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暖通空调设计说明书

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2020年4月19日
文档仅供参考

土木建筑学院
课程设计（论文）说明书

课程名称： 《暖通空调2》课程设计
设计题目： 空调通风系统设计
专 业：建筑环境与设备工程 班级： -1
设 计 人：
指导教师：

1 月 10日

课程设计任务书
专业（方向）： 建筑环境与设备工程 班级： -1
学 生 姓 名： 学号：
一、 课程设计题目： 空调通风系统设计
二、 原始资料：（1）夏季室外设计参数：空调室外计算温度34.8℃，湿球温度27℃，室外风速2.8m/s；（2）夏季室内设计参数：空调室内计算温度26±2℃，相对湿度60±10℃：（3）设计地区：济南。
三、 设计应解决下列要问题：
空调通风系统设计：（1）负荷计算；（2）方案确定；（3）气流组织计算；（4）管道水力计算；（5）设备及附件选择；（6）保温计算；（7）消声减震处理；(8)施工图的绘制。
四、 设计图纸：
（1）空调风管平面布置图1张；（2）空调水管平面布置图1张；（3）空调水管系统布置图1张。
五、命题发出日期： .12.23 设计应完成日期： .1.10

设计指导人（签章）：
系 主 任（签章）：
日期： 年 月 日
指导教师对课程设计评语

指导教师（签章）：
系 主 任（签章）：
日期： 年 月 日
目 录
目录...........................................................................................................................1
第1章 工程概况和原始资料...................................................................................3
1.1 工程概况......................................................................................................3
1.2 原始资料......................................................................................................3
1.2.1 室外气象参数.................................................................................3
1.2.2 室内设计参数.................................................................................3
1.2.3 围护结构参数.................................................................................4
第2章 负荷计算.....................................................................................................4
2.1 冷负荷理论依据..........................................................................................4
2.2 冷负荷计算..................................................................................................7
2.3 热负荷计算...................................................................................................7
2.4 湿负荷计算...................................................................................................8
第3章 空调方案的确定...........................................................................................8
3.1 空调系统的布置方式..................................................................................8
3.2 水系统的布置方式......................................................................................9
第4章 房间的空气处理方案及送风量的确定......................................................11
4.1 风机盘管加新风系统.................................................................................11
4.2 末端设备的选型原则.................................................................................12
4.3 新风机组的选择..........................................................................................14
第5章 气流组织计算..............................................................................................14
5.1 概述.............................................................................................................14
5.2 房间气流组织方式.....................................................................................14
5.3 气流组织计算和风口选择.........................................................................15
第6章 水力计算......................................................................................................18
6.1 通风管道设计和选择.................................................................................18
6.2 风管水力计算 ............................................................................................19
6.3 空调水系统的水力计算..............................................................................22
6.4 凝结水管配管..............................................................................................25
第7章 通风与防排烟设计.....................................................................................25
7.1 通风设计 .....................................................................................................25
7.2 防排烟设计...................................................................................................26
第8章 保温、消声及减振设计..............................................................................26
8.1 管道的保温设计 .........................................................................................26
8.2 噪声影响及采取的措施...............................................................................27
8.3 系统减振.......................................................................................................28
总结............................................................................................................................30
参考文献....................................................................................................................31

第1章 工程概况和原始资料

1.1工程概况
济南市某厂办公楼第二层，层高3.6m，总建筑面积为1225.5，包括8个化验室， 1个办公室，1个休息室，2个卫生间。
1.2 原始资料
1.2.1室外气象参数
由《空气调节设计手册》得济南市的主要参数如下：
纬度：北纬36°41′；海拔51.6m；
大气压力：冬季102.02kPa，夏季99.85kPa.
采暖室外计算温度：-7°C；
冬季空调室外计算温度：-10°C；冬季空调室外计算相对湿度：54%；
夏季空调室外计算干球温度：34.8°C；夏季空调室外计算湿球温度：26.7°C；
夏季空调日平均干球温度：31.3°C；夏季平均日较差：6.7°C；
室外风速：冬季：3.2m/s 夏季：2.8m/s
1.2.2室内设计参数
1．2．2．1温、湿度
夏：Tn=26±2℃，Ф=60±10％， 风速ｖ≤0.3m/s；
冬季：Tn=18±2℃，Ф≥35％， 风速ｖ≤0.2m/s。

房间类型
夏季
冬季
最小新风量（m3/(h·人)
空气温度/°C
相对湿度/%
气流平均速度/(m/s)
空气温度/°C
相对湿度/%
气流平均速度/(m/s)
办公室
26
60
0.30
20
40
0.20
30
化验室
26
60
0.30
20
40
0.20
30
休息室
26
60
0.50
20
40
0.20
30

1．2．2．2、噪声要求
根据《暖通空调设计规范》对建筑物室内允许噪声作了规定：办公楼 ≤30-45 dB(A)

1.2.3 围护结构参数
围护类型[名称]
传热系数
(w/㎡.℃)(夏/冬)
传热衰减
传热延迟(h)
外墙[断热铝合金低辐射中空玻璃]
2.77/2.85
0.98
0.92
内墙[砖墙(00 )]
2.02/2.02
0.41
7.16
内门[双层玻璃门]
2.75/2.75
0.98
0.94
外窗[断热铝合金低辐射中空玻璃]
2.77/2.85
0.98
0.92
外门[双层玻璃门]
3.30/3.42
0.99
0.7
外窗[8-10mm双层空气层,隔热玻璃]
2.22/2.28
1
0.4
外墙[轻集料混凝土砌块框架填充墙]
0.78/0.79
0.26
8.42
屋面[非上人加气混凝土砌块聚苯板50]
0.55/0.56
0.28
9.91

第2章 负荷计算
2.1 冷负荷理论依据
在设计中，存在三种冷负荷计算的计算方法：一为谐波反应法（负荷温差法），一为冷负荷系数法。三是冷负荷概算指标估算。谐波反应法（负荷温差法）计算的冷负荷的形成包括两个过程：一是由于外扰（室外综合温度）形成室内得热量的过程（既内扰量）。此一过程考虑外扰的周期性以及围护结构对外扰量的衰减和延迟性。二是内扰量形成冷负荷的过程。此一过程是将该热扰量分成对流和辐射两种成分。前者是瞬时冷负荷的一部分，后者则要考虑房间总体蓄热作用后才化为瞬时冷负荷。两部分叠加即得各计算时刻的冷负荷。经过冷负荷温度与冷负荷系数直接从各种扰量值求得各分项逐时冷负荷。下面先介绍冷负荷系数法计算冷负荷。

2.1.1外墙瞬变传热形成的冷负荷计算方法
在日射和室外的气温综合作用下，外墙瞬变传热引起的逐时冷负荷可按下式计
算：
（2-1）
（2-2）
式中：---------外墙或屋顶瞬变传热形成的逐时冷负荷，W；
----------外墙传热系数；根据外墙和屋顶的不同构造，由附录5[1]和附录6[1]中查取；
-------外墙的传热面积（m2）；
------外墙和屋顶冷负荷计算温度的逐时值（℃）；
-------夏季空气调节室内计算温度（℃）；
-------以北京地区的气象条件为依据计算出的外墙和屋顶冷负荷计算温度的逐时值（℃），根据外墙和屋顶的不同类型分别在附录7[1]和附录8[1]中查取；
--------不同类型构造外墙和屋顶的地点修正值（℃），根据不同的涉及地点在《空调负荷使用计算法》表3-5中查取；
-------外表面放热系数修正值，在表3-7[1]中查取（
-------外表面吸收系数修正值，在表3-8[1]中查取，考虑到城市大气污染和中浅颜色的耐久性差，建议吸收系数一律采用ρ=0.90，=1.0。

2.1.2内维护结构冷负荷
计算内围护结构冷负荷时，当邻室与空调区的夏季温差大于3℃时，宜按下式进行计算经过空调房间隔墙、楼板、内窗、内门等内维护结构的温差传热而产生的冷负荷：
（2-3）
（2-4）
式中：、、、————同式（2-1）
————邻室计算平均温度（℃）
————邻室计算平均温度与夏季温度空气调节室外计算平均温度的差值（℃），由表3-9查的。
————夏季空气调节是室外计算日平均温度（℃）

2.1.3外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷计算发方法
在室内外温差作用下，经过外玻璃窗瞬变传热的冷负荷可按下式计算： （2-5）
式中： 、————同公式（2―1）；
————外玻璃窗传热系数，w/m2•℃；
————窗口面积，m2；
————外玻璃窗冷负荷度的逐计算温时值，℃，查附录13[1]；
————玻璃窗传热系数的修正值，根据窗框类型从中附录12[1]中查得
————玻璃窗的地点修正值，可从中附录15[1]中查得。
根据附录14查的，本大楼采用玻璃厚6mm的双层普通玻璃，=3.3 w/m2•℃.

2.1.4透过玻璃窗的日射得热形成的冷负荷计算方法
透过玻璃窗进入室内的日射得热分为两部分，一部分是透过玻璃窗直接进入室内的太阳辐射热，另一部分是玻璃窗吸收太阳辐射后传入室内的热量。由于窗户的类型、遮阳设施、太阳入射角及太阳辐射等因素的各种组合太多，最后根据公式：
（2-6）
式中： ————窗口面积，（m2）；
————窗玻璃的遮阳系数，有附录17[1]查的。
————窗内遮阳设施的遮阳系数，由附录18[1]查的。
————有效面积系数，由附录19[1]查得；
————窗玻璃冷负荷系数，由附录至附录23[1]查得。
Dj.max————夏季各纬度带的日射得热因数最大值(W/ m2),由附16[1]查得。

2.1.5设备显热冷负荷计算方法
办公设备散热量，空调区办公室设备的散热量可按下式计算：
（2-7）
式中： p————设备的种类数；
————第i类设备的台数；
————第i类设备的单台散热量，见表[1]3-12；

2.1.6照明设备冷负荷计算方法
由于明装荧光灯，镇流器装设在客房内，故镇流器消耗功率系数取1.2。灯罩隔热系数取0.6。根据室内开灯时间为14:00 ~21:00，开灯时数为8小时，由附录26[1]查的照明散热冷负荷系数。
照明设备冷负荷按下式计算：
（2-8）
式中： ——照明散热引起的冷负荷，W；
——照明散热的冷负荷系数，可由附录26[1]查得；
——照明所需要的功率，KW；
——镇流器消耗功率系数；
——灯罩得隔热系数。

2.1.7人员散热形成的冷负荷计算方法
查3-15[1]表，当室温为24℃时，成年男子每人散发的显热和潜热量分别为145 W和262W，由表3-14[1]查的群集系数=0.92.由保龄球场的开放时间14:00~21:00,在球场的时间为8h，由附录27[1]查得人体显热散热冷负荷系数逐值。分别按下面公式可计算：
人体散热引起的冷负荷包括显热冷负荷和潜热冷负荷，即：
（2-9）
人体显热散热引起的冷负荷：
（2-10）
人体潜热散热引起的冷负荷：
（2-11）
式中 ： ————人体显热散热引起的冷负荷，W；
————人体潜热散热引起的冷负荷，W；
————不同室温和劳动性质的成年男子显热散热量，由表3-15 [1]查得；
————不同室温和劳动性质的成年男子潜热散热量，由表3-15 [1]查得；
————群集系数，由表3-14 [1]查取；
n———— 室内全部人数（取58人）；
————计算时刻空调区内的总人数；
————人体显热散热冷负荷系数，由附录27[1]查取。

2.2冷负荷计算
本设计采用空调负荷的概算指标来估算。由《民用建筑采暖通风设计技术措施》,办公室每平方米建筑面积冷负荷指标估算。
计算结果见表2-1。

2.3热负荷计算
对于民用建筑来说，空调冬季的经济性对空调系统的影响要比夏季小。因此空调热负荷一般是按稳定传热理论来计算的。
维护结构的基本耗热量Qh=aAk(tn,d-tw,k) （2-12）
式中：a—温差修正系数；
A— 维护结构传热面积，㎡；
k—维护结构冬季传热系数，W/㎡·℃
tn,d—冬季室内设计温度，℃；
tw,k—冬季室外空调计算干球温度，℃。
2.4湿负荷计算
设散湿源只有人体散湿，散湿量可按下式计算：

（2-13）
式中 —人体散湿量，；
—室内全部人数；
—群集系数；
—成年男子的小时散湿量，。
g取109,取0.96。
计算结果见表2-1。
表2-1
房间类型
面积
人员密度
人数
冷指标（w/m2）
湿负荷（kg/h)
湿负荷（g/s)
冷负荷（w）
办公室
23.76
0.12
3
90
0.298
0.083
2138.4
化验室1
23.76
0.1
2
100
0.249
0.069
2376
化验室2
23.76
0.1
2
100
0.249
0.069
2376
化验室3
23.76
0.1
2
100
0.249
0.069
2376
化验室4
25.92
0.1
3
100
0.271
0.075
2592
化验室5
129.6
0.1
13
100
1.356
0.377
12960
化验室6
129.6
0.1
13
100
1.356
0.377
12960
化验室7
142.56
0.1
14
100
1.492
0.414
14256
化验室8
142.56
0.1
14
100
1.492
0.414
14256
休息室
25.92
0.12
3
70
0.325
0.090
1814.4

第3章 空调方案的确定
3.1空调系统的布置方式
空调系统按空气处理设备的设置情况分类，可分为三类：
表3-1 空调系统的比较
空调系统
特点
使用范围
集中式
空气处理设备和风机等集中设在空调机房内，经过送回风管道与被调节的各房间相连，对空气进行集中处理和集中分配。
1）建筑空间大，可布置风管；2）室内温湿度、洁净度控制要求严格的生产车间；3）空间容量很大的大空间公共建筑。

半集中式
把一次空气处理设备和风机、冷风机组等设备集中的空调机房内，而把二次空气空气处理设备设在空气调节器内。
1）室内温湿度控制要求一般的场合；2）多层或高层建筑而层高较低的场合，如旅馆和一般的标准的办公楼。

分散式
局部式或冷剂式空调系统
1）空调房间布置分散；2）空调使用时间要求灵活；3）无法设置集中式冷热源。

本工程为某厂房办公楼八层空调系统设计,八层全部为办公室和休息室,采用半集中式空调系统（风机盘管加独立新风系统）。新风采用集中的空调送风方式，风机盘管承担室内全部冷负荷，而新风机组只负担新风本身的负荷。考虑到房间的面积不大，室内送风采用散流器下送的形式。

3.2水系统的布置方式
本设计采用两管制、闭式、水平异程、一次泵、变流量系统。
3.2.1两管制系统的优点
两管制水系统是采用同一套供回水管路。冬季供热水，夏季供冷水。由运行人员依据多数房间的需要决定，实行供热与供冷的转换。两管系统具有管理方便，一次性投资较小等优点。本设计对空调精度要求不是很高，故采用两管制。而三管制是共用一根回水管，因此冷热有混合损失，运行效率不高，而且系统水力工况复杂，难于运行。四管制初投资较高且多占空间。
3.2.2闭式系统的优点
1）水泵扬程仅需克服循环阻力，与楼层数无关，仅取决于管路长度和阻力。
2）循环水不易受污染，管路腐蚀情况比开式系统小。
3）、不需要设回水池，但要设一个膨胀水箱。膨胀水箱尽量接至水泵入口，其管上不用装设阀门。
4）水泵能够安装在系统内任意位置。
缺点：蓄冷能力小，低负荷时冷冻机也需经常开启；膨胀水箱的补水有时需要加压泵。
3.2.3同程和异程系统的选择
同程系统的特点是经过各个环路的管路的总长度都相等。由于经过最近立管的循环环路与经过最远立管的循环环路的总长度相等，故压力损失易于平衡。但同程系统的管材消耗量要多些。异程系统的特点是经过各个立管的循环环路的总长度不相等。由于异程系统供、回水干管的总长度短，故节省管材。但在机械循环中，由于作用半径大，连接立管多，因此经过各个立管环路的压力损失较难平衡。初调节不当时，就出现近立管流量超过要求而远立管流量不足，即水平失调。
另外，对于异程系统，往往出现前端拥护的水力稳定性极好而末端用户水力稳定性很差的情况。但对于同程系统，如果设计合理，能够避免前后端用户水力稳定性相差悬殊的问题。与异程系统不同的是，同程系统水力稳定性最差的用户往往出现在网络中部，这也是同程系统有时会出现中部用户供热空调效果差甚至出现倒流的原因。由于大楼层面积较大，水平管路布置采用异程式。立管采用同程式便于达到水力平衡。
3.2.4一次泵系统的选择依据
一次泵系统的特点是直接把从空调主机出来的空调水经过管道输送到各末端装置后再回到空调主机，如此循环流动。其流量控制能够经过供、回水总管的旁通管来保持空调主机侧的定流量而让用户侧处于变流量运行。一次泵系统比较简单，控制元件少，且本设计中水泵的扬程大约在28 米，一般水泵都能满足要求，因此在本设计中采用一次泵系统。二次泵系统虽然能节省冷冻水泵的耗电量，但初投资比较大，自控要求比较高，而且占地面积也大些。
3.2.5定流量和变流量系统
定流量系统中循环水量为定值，负荷变化时，减少制冷量或供热量改变供回水温度的系统。定水量系统简单，不要变水量定压控制，用户采用三通阀，改变表冷器的水量，但总管路中水量始终按照最大负荷运行，使水泵无效能耗很大。定水量系统一般适应于间歇性降温和空调面积小，只有一台冷冻机和水泵的系统。定流量系统中末端大部分采用双位三通阀进行调节。变流量系统，保持供水温度在一定的范围内，当负荷变化时，改变供水量的系统。变水量系统的水泵能耗随负荷减少而降低，但需要采用供、回水压差进行台数和流量控制，采用变频泵调节水泵流量。变水量系统适应于大面积空调全年运行的系统。变水量系统各用户的流量采用自动控制，负荷侧常采用双通调节进行控制。

第4章 房间的空气处理方案及送风量的确定
4.1风机盘管加新风系统
4.1.1 风机盘管加新风系统处理过程
建筑全部采用风机盘管加独立新风系统，将新风处理至室内空气焓值，并直接供入房间的方案，其夏季供冷设计工况下的空气处理过程可简示为：

风机盘管加新风在夏季的处理过程如图4－1所示：

图5-1 夏季处理过程焓湿图
W—室外状态点，N—室内状态点，O—送风状态点，
L—机械露点，ε—热湿比线
关于夏季供冷设计工况的确定与设备选择按以下步骤进行：
1．确定新风处理状态：
新风机组处理空气的机器露点L达90%湿度线，结合一定的风机，风道温升和的处理要求，即可确定W状态的新风集中处理后的终状态L。新风机组处理的风量即空调房间设计新风量的总和，故由W→L过程得到新风机组设计冷量为：
（4-1）
2.选择新风机组：
根据考虑一定安全裕量后，机组所需风量，冷量及机外余压，由产品资料初选新风机组类型与规格。而后，根据新风初状态和冷水初温进行表冷器的校核计算，并经过调节水量使新风处理满足的要求。
3.确定房间总送风量：
房间设计状态N及余热Q，余湿W和ε线均已知，过N点做作ε线与90%湿度线相交，即可得风机盘管在最大送风温差下的送风状态O，于是房间总送风量G可由这一关系求得。
4.确定风机盘管处理风量及终状态：
由于从中可求得风机盘管的风量。风机盘管处理状态M点理应处于KO线的延长线上，由新回风混合关系即可确定M点。风机盘管处理空气的N→M过程所需的设计冷量可随之确定：
4.1.2 风机盘管加新风系统计算举例
以化验室1为例，夏季室内冷负荷Q=2376W,湿负荷W=0.069g/s，室内空气参数=26°C，=60%，室外空气设计参数=34.8°C,=26.7°C，iw=84.4KJ/Kg；房间所需新风量=0.024kg/s。采用风机盘管加新风系统，则风机盘管所需冷量计算如下：
（1） 计算热湿比及房间送风量
热湿比==34434.78KJ/Kg
在i-d图上根据=26°C，=60%确定N点，KJ/Kg，过N点作线与=90%相交，既得送风状态点O，KJ/Kg,则总送风量为
（2） 计算FP风量

（3） 确定M点
由得
，可算得KJ/Kg。
连接L、O两点并延长与相交得M点，°C.
（4） FP供冷量
全冷量：
显冷量：
（5） 新风负荷

4．2 末端设备的选型原则
末端设备均按设备冷量来选择，并用校核房间所需要的风量。风机盘管按夏季负荷进行选型，供热量一般为制冷量的1.5 倍，均可满足冬季工况的要求。设计中可按名义制冷工况选取即可。
名义制冷量：干球温度27℃ 湿球温度19.5℃
冷冻水进口温度7℃ 进出口温差5℃
风机盘管全热制冷量Qt≥（1+β1+β2）Qc 式中：
β1：考虑积灰对风机盘管传热影响的附加率，冬、夏两用盘管取20%
β2：考虑风机盘管间歇使用的附加率15%～20%
采用卧式暗装风机盘管，无静压型的标准风机盘管，当风管、送风口、回风口及风口过滤器的总阻力小于无静压风管的30pa，在此前提下，按风机盘管中档风量下制冷量进行选型。
选风机盘管型号，当风量与冷量不匹配时，选型号时按冷量优先。
房间类型
新风量（m3/h）
风机盘管风量（m3/h）
风盘供冷量（w）
风盘型号
额定风量（m3/h）
制冷量（w）
数量
办公室
85.536
619.58
2197.5
FP-85
850
4500
1
化验室1
71.28
733.18
2424.9
FP-85
850
4500
1
化验室2
71.28
733.18
2424.9
FP-85
850
4500
1
化验室3
71.28
733.18
2424.9
FP-85
850
4500
1
化验室4
77.76
793.53
2645.7
FP-85
850
4500
1
化验室5
388.8
3967.38
13229
FP-85
850
4500
4
化验室6
388.8
3967.38
13229
FP-85
850
4500
4
化验室7
427.68
4364.02
14552
FP-85
850