某办公楼中央空调系统毕业设计

摘要本设计为南京市XX公司办公楼中央空调系统,拟为之设计合理的中央空调系统,为室内工作人员提供舒适的工作环境。设 计 内 容 包 括 : 空 调 冷 负 荷 的 计 算 ； 空 调 系 统 的 划 分 与 系 统 方 案 的 确 定 ； 冷 源 的 选择 ;空 调 末 端 处 理 设 备 的 选 型 ； 风 系 统 的 设 计 与 计 算 ； 室 内 送 风 方 式 与 气 流 组 织 形 式的 选 定 ； 水 系 统 的 设 计 、 布 置 与 水 力 计 算 ； 风 管 系 统 与 水 管 系 统 保 温 层 的 设 计 ； 消 声防 振 设 计 ； 等 内 容 。本 设 计 依 据 有 关 规 范 考 虑 节 能 和 舒 适 性 要 求 ， 设 计 的 空 调 系 统 采 用 风 机 盘 管 新 风系 统 。关键字：办公楼；中央空调；风机盘管新风系统；性能比较。AbstractThe graduation project designs a central air conditioning system for XX official building in Nanjing City, so as to create a comfortable work environment for the stuff.It contains: cooling load calculation; the estimation of system zoning; the selection of refrigeration units; the selection of air conditioning equipments; the design of air duct system and calculation; the estimation of air distribution method and the selection of relevant equipments; the design of water system and its resistance analysis; the insulation of air duct plant and chilled water pipes; noise and vibration control; etc.According to some correlation standard, allow for energy safe and indoor comfort, the air condition system of the design is Fan coil units (FCUs)-fresh air system.Key words: official building; Central air conditioning; Fan coil units (FCUs)-fresh air system; The function compare.1 绪论1.1 我国暖通空调的现状及其发展进入90年代后，我国的居住环境和工业生产环境都已广泛地应用空调，空调技术已成为衡量建筑现代化水平的重要标志之一 。90年代中期，由于大中城市电力供应紧张，供电部门开始重视需求管理及削峰填谷，蓄冷空调技术提到了议事日程。近年来，由于能源结构的变化，促进了吸收式冷热水机组的快速发展，以及热泵技术在长江中下游地区的应用。随着生产和科技的不断发展,人类对空调技术也进行了一系列的改进,同时也在积极研究环保、节能的空调产品和技术,已经投入使用了冰蓄冷空调系统、燃气空调、VAV空调系统、地源热泵系统等。暖通空调技术的发展，必然会受到能源、环境条件的制约，所以能源的综合利用、节能、保护环境及趋向自然的舒适环境必然是今后发展的主题。1.2 建筑空调系统节能国内外研究现状 1.2.1 建筑空调系统节能国外研究现状 能源是整个经济系统的基本组成部份，作为一个能源消耗大国，美国在节能和提高能源利用率方面投入了大量的人力、物力。在美国的整个能源消耗中，有约1/3以上消耗在建筑能耗上，这些能耗用来满足人们的热舒适、空气品质、提高人们的生活质量。美国暖通空调制冷工程师协会、美国制冷协会、美国冷却塔协会等组织、美国能源部以及众多暖通空调设备生产厂家如York, Carrier等都为建筑节能做出了很大贡献。特别是美国制冷设备生产厂商投入了大量的资源研究高性能冷水机组，使得冷水机组单位制冷量的能耗仅为20世纪70年代的62.3%。美国在空调冷源水系统方面的研究也卓有成效，在冷却水系统方面着重于降低冷却水流量，以达到减少冷却水泵能耗的目的。日本是一个资源贫困的国家，其主要能源来自进口，同时又是一个能源高消费国家。因此，节能和提高能源的利用率对日本来讲有着重要的意义。长期以来，在建筑节能方面，日本做了大量工作，颁布了许多节能法规，提出了建筑节能的评价方法。日本的一些设备生产厂家对空调和制冷设备的投入也很大。Daikin公司首推的变频VRV系统，为中小型建筑安装集中式空调系统创造了条件；Sany公司则在直燃式冷水机组上成绩卓著。世界各国大力发展可再生能源作为空调冷热源用能。地源热泵供暖空调是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的工程系统。在美国地源热泵系统占整个空调系统的20%左右; 瑞士40%的热泵为地祸热泵，瑞典65% 的热泵为地祸热泵。1.2.2 建筑空调系统节能国内研究现状 我国是一个人均资源相对贫乏的国家，因此节能降耗有着十分重要的意义。近年来，由于国民经济的快速发展，使我国的能源显得越来越紧张。1）建筑空调系统节能国内研究现状概况随着经济建设的不断深入和人们生活水平的不断提高，空调建筑物越来越多，建筑物消耗的能量也越来越大，甚至出现了空调系统与经济建设争抢电力资源的情况。因此，在建筑物节能显得十分迫切。在我国建筑总能耗中，空调系统的能耗占有相当大的比重，因此研究探讨空调系统的节能就显得十分重要。在建筑物空调系统运行能耗中，冷源系统的能耗是最大的。近年来，我国暖通空调学术界和工程界在空调冷源系统的节能方面做了大量的研究工作。研究工作主要集中在冷源系统的形式选择上，对压缩式冷水机组和吸收式冷水机组的技术经济比较研究较多，通过对众多方案的分析已经基本达成共识：吸收式冷水机组节电而不节能，对其在我国的应用应区别对待，对于有余热可以利用的地区，应大力提倡使用吸收式冷水机组，而一般建筑物则应采用蒸汽压缩式制冷。当然，在进行冷热源系统的选择时，还要考虑建筑物所在地的气象条件、电力供应状况、能源情况、空调系统有无采用余热回收的可能性等方面的问题。2）我国建筑空调系统节能研究有待解决的问题通过对一些地区空调系统的调查发现，设计人员在涉及选用冷水机组时多考虑其额定工况下的全负荷性能，而对其部分负荷性能的考虑较少。在风冷式冷水机组和水冷式冷水机组的选择应用上我国制冷工程界也存在着认识上的差异。我国在冷源水系统方面的研究目前较少，一般都是按冷水机组的样本提供的冷却水量和冷冻水量进行冷却水泵和冷冻水泵的选择。对于水系统的水泵是否运行节能则关注不多。事实上，对于冷水机组的运行而言，冷凝器和蒸发器都要求定流量，因此，对于冷水机组部分负荷状态运行时，水泵的输出都是全负荷输出，水系统的全年运行能耗是相当大的。因此水系统的节能具有很大的潜力。1.3 空调系统的设计与建筑节能 空调制冷技术的诞生是建筑技术史一项重大进步，它标志着人类从被动适应宏观自然气候发展到主动控制建筑微气候，在改造和征服自然的过程的又迈出了坚实的一步。但是对空调的依赖也逐渐成为建筑能耗增长的最主要的原因。制冷空调系统的出现为人们创造了舒适的空调环境，但20世纪70年代的全球能源危机，使制冷空调系统这一能源消耗大户面临严重考验，节能降耗成为空调系统设计的关键环节。据统计，我国建筑能耗约占全国总能能耗的35%，空调能耗又约占建筑能耗的50%60%左右。由此可见，暖通空调能耗占总能耗的比例可高达22.75%。因此，建筑中的空调系统节能已成为节能领域中的一个重点和热点。于是降低空调能耗也被纳于建筑节能的任务中，如何更好的利用现在的空调技术服务人类同时又能满足建筑能耗的要求，是现阶段专业技术人员的工作要点。而暖通空调设计方案的好坏直接影响着建筑环境的质量和节能状况。随着科学技术的迅速发展以及对节能和环保要求的不断提高，暖通空调领域中新的设计方案大量涌现，针对同一个设计项目，往往可以有很多不同的设计方案可供选择，设计人员要进行大量的方案比较和优选工作，设计方案技术经济性比较正在成为影响暖通空调设计质量和效率的一项重要工作。如何对暖通空调设计方案进行科学的比较和优选，是暖通空调设计人员在实际设计工作中经常遇到的一个重要技术难题。1.4 空调的发展和前景1.4.1 变频空调的发展变频空调是目前空调消费的流行趋势。它与一般空调比，有着高性能运转、舒适静音。节能环保、能耗低的显著特点，它的出现改善了人们的生活质量。日本作为变频空调强国，从20世纪80年代初开始到现在，变频空调已占其空调市场的90左右。变频空调在我国发展速度相当快，不到8年时间就达到与日本先进水平同步。进入2000年，国内个别企业将直流变频技术与PAM控制技术结合应用，使空调完全进入变频空调的最高领域。它不仅使直流变频压缩机的优越性能充分发挥，更能利用数码特点，准确提高能效，达到节能51的目的。1.4.2 无氟空调的发展臭氧层破坏是当前全球面临的重大的环境问题之一，由于以前空调业所采用的传统制冷剂对臭氧层有破坏作用及产生温室效应，对大气造成破坏，因而无氟空调是众所期待的产品。近年来以海尔空调为代表的无氟空调的出现，标志着无氟空调时代的来临。1.4.3 舒适性空调的发展健康是空调业发展的主题之一。以前的空调采用了多种健康技术，如负离子、离子集尘、多元光触媒等，这些技术的运用使空调产品的健康性能得到了极大提升。海尔空调把负离子、离子集尘、多元光触媒、双向换新风、健康除湿等领先技术在内的高科技手段组合起来使用，发挥了巨大的威力，而未来空调进步的一个方向也就是对各种技术的灵活使用。空调气流的舒适度是健康空调的另一个标准。传统空调的送风方式简单直吹人体，易引起伤风、感冒、头痛、关节痛等不舒适状态，因此新近推出的风可以从周围环绕，而不是对人直吹，通过改善空调送风的气流分布，令人感觉更舒适的空调环绕立体送风、三维立体风的健康空调成了热销产品也就不足为奇了。1.4.4 一拖多空调器的发展从一个侧面反映了我国居民居住环境的巨大变化，也为自身发展指明了方向。1993年以前，中国空调市场主要以一拖一为主，1993年海尔推出一拖二空调后，率先将空调业引入了一拖多时代。目前海尔一拖多空调产量突破了百万台足以证明其市场消费能力。海尔MRV网络变频一拖多中央空调的出现以及众多厂家的家用中央空调产品使得家庭中央空调迅速普及。1.4.5 其它空调新技术的发展1）HEPA酶技术HEPA酶杀菌技术，对于0.3微米以上的粉尘吸附率可达99.9 ，对结核菌、大肠菌等有害细菌具有高效杀菌能力，对霉菌的生长也有很强的抑制作用。2） 冷触媒技术冷触媒这一技术采用日本专利，是一种低温低吸附的材料，根据吸附-催化原理，在常温下就能对甲醛等有害物质边吸附边分解成二氧化碳和水，这种触媒不需要再生，不需更换，使用寿命长达十年以上。 3） 体感温度控制技术智能装在遥控器上的感温元件，感知室内人们活动范围的温度，并将信息发射到主机接收器上，使主机随时调整运行状态，实现真正的体感温度控制自动化。4） 人感控制技术人感控制技术利用双红外感应器控测人的方位，自动调节送风方向（左送风、中送风、右送风或全方位送风），风随人行。5） PTC电辅助加热技术PTC电辅助加热技术，可在超低温条件下迅速制热，效力强劲，安全可靠，可长期使用。总之，伴随着科技和社会的进步，节能、环保、健康、智能控制已成为空调发展的大趋势。1.5 防治“非典 ”时期空调系统的应急措施（风机盘管新风系统）进入空调降温时，面对“非典” 蔓延的高峰期，不适当的运行空调，很可能导致“非典”的交叉感染，扩大 “非典”传播，必须对此有高度重视。需要非常注意的是各大型商业建筑、公共建筑，这些建筑一般设集中制冷站，再通过送风系统和冷水系统把冷量送到各个房间。这时，就很容易通过空调系统使建筑物内空气互相掺混，某处有污染的空气很有可能通过空调系统传播到其它房间，从而导致交叉感染。尤其是有些高层建筑不能开窗，或有许多无外窗的内区房间，更容易出现问题。必须引起高度重视。防治“ 非典 ”的一个很有效的措施就是加强通风， 其原理就是通过大量的室外空气进入室内，将室内可能存在的“非典” 病毒通过换气排出室外，从而抑制了其发作的可能性。然而如果是内部循环通风，则不能起到排出病毒的作用，反而会使病毒积累，甚至使浓度逐渐增加。因此正确地运行空调通风系统至关重要。下面针对风机盘管新风系统方式介绍应采取的相应措施。多数办公楼、宾馆客房、医院病房都采用这种空调方式，该方式有单独的新风机将新鲜空气送入房间，风机盘管有不同的回风方式。一种回风方式是各房间单独安装风机盘管，各房间的回风经过盘管冷却后送出，回风仅在自身房间内循环，不同房间之间互不流通。另一种回风方式是各个楼层的多个房间统一通过吊顶掺混回风后经过风机盘管冷却后送入各个房间，不同房间之间的回风有交叉。不论何种方式的风机盘管加新风系统，首先都要注意避免新风系统混入从建筑排出的污染空气，同时要注意风机盘管的清洁。根据不同的回风方式，风机盘管加新风方式在运行时要注意如下问题具体：1）各房间单独回风的系统首先要保持新风入口清洁，不被污染。新风机房位于大楼的地下或者顶部，一般直接通过风道从室外取新风。要注意取风口的位置，不要使其吸入建筑排风。有些系统是从风机房内取新风，对这种形式应防止楼内空气通过机房门进入机房并吸入新风机，应严格保证新风机房密闭，同时要保证新风机房清洁，必要时安装新风道，从室外取风，此外，新风过滤网也要作到定时清洗。新风竖井或者新风风道要注意清洁通畅。风机盘管加新风系统的排风系统多数是和厕所排风合用，为保证通风效果，建议将厕所排风系统全天连续运行。此外凝结水盘是污垢存积的地方，也要保持清洁。由于凝水是从房间回风在通过盘管制冷后凝结产生的，目前还难以确认空气中的病毒是否会在凝水中存活，为防患未然，建议运行管理人员对各风机盘管的凝结水盘统一清洁，消灭病毒生存的载体。2）吊顶统一回风的系统有一些小型办公楼采用此类系统，和各房间单独回风的方式不同，采用这种方式的建筑基本上隔断仅到吊顶，吊顶上空是互相连通的，各房间的空气相互交叉。这种系统和全空气系统相同，也存在各房间空气相互掺混，污染物有可能在建筑各区域之间传播，潜在危险较大。对于这类系统，除了要注意保持新风不被污染、凝结水盘清洁外，要尽可能地停用风机盘管。可通过降低冷冻水温度，加大冷冻水流量，寻找增大新风量的途径等手段增加新风供冷能力来满足供冷要求。2 工程概况本建筑是一幢五层高的办公楼，地处江苏省南京市。南京地处我国长江下游地区，属北亚热带季风气候区，四季分明，夏热冬冷，春秋短暂，雨量集中，历年平均气温16，主导风向夏季为西南风，冬季为东北风。 本办公楼第一层为中央空调机房及停车场,二五层为办公室, 采用风机盘管加新风系统，这四层的布局基本相同。每层有24间办公室，大部分办公室都配有卫生间。第一层高4.5m, 二五层层高均为3.8m，建筑物总高度约为 21.2m。总建筑面积约为6690m。本系统管线不复杂，施工方便，夏季空调和冬季供暖同用一套系统，无论从经济、使用寿命，还是从美观、清洁的角度讲，该系统都很符合建筑用途的要求。二五层办公室风机盘管加新风系统；厕所设置排风扇，保持厕所的相对负压，通过其他房间渗透补充厕所风量，再通过厕所风机排出，使厕所异味不能扩散至其他房间。正压控制的问题，为防止外部空气流入空调房间，设定保持室内510Pa正压，送风量大于排风量时，室内将保持正压。该设计中采用的计算方法和数据依据主要来源于张萍主编的中央空调设计实训教程 1,还有其他的一些相关资料。相关建筑图见附录。该建筑物相关资料如下：1）屋面保温材料为沥青膨胀珍珠岩，厚度为70mm。2）外墙外墙为厚度为240mm的红砖墙，墙外表面为水泥砂浆抹灰加浅色喷浆，墙为厚为70mm的加气混凝土保温层，内粉刷加油漆。3）外窗单层钢窗，玻璃为6mm厚的吸热玻璃，内有活动百叶帘作为内遮阳。4）人数人员数的确定是根据各房间的使用功能及使用单位提出的要求确定的，本办公楼人员密度按每平方米0.15人估算。5）照明、设备由建筑电气专业提供，照明设备为暗装荧光灯，镇流器设置在顶棚内，荧光灯罩无通风孔，功率为30w/m 。设备负荷为40 w/m。6）空调使用时间办公楼空调每天使用10小时，即8：0018：00。7）动力与能源资料a. 动力：工业动力电 380V50Hz;b. 能源：由自备空调机房供给。8）气象资料a.表2.1 室外气象参数表 地理位置（南京） 海拔(m) 大气压力(Kpa) 室外平均风速m/s北纬 东经 冬季 夏季 冬季 夏季3110 11843 8.9 1025.2 1004.0 2.6 2.6b.表2.2 室外计算（干球温度）表 冬季 夏季空气调节 通风 空气调节 空调日平均 通风夏季空调室外计算湿球温度-6 2 35 31.4 32 28.3c.表2.3 室内计算参数表 名称 房间用途 温度() 湿度(%) 室内风速m/s夏季 办公室 26 50 v0.25冬季 办公室 23 40 v0.159)其他新风量取30 m/h.p;噪声声级不高于40 dB;空气中含尘量不大于0.30 mg/m;室内空气压力稍高于室外大气压。3 设计方案的论证3.1 办公楼（写字楼）空调特点1）建筑特点办公楼的外围护结构多为钢筋混凝土的框架结构,采用自重的轻型墙体材料作为外围护结构。大量采用玻璃幕墙,采用大面积单层玻璃幕墙加铝合金饰板作为高层写字楼外围护结构的主流,其玻璃幕墙主要为6mm或8mm厚度的热反射镀膜玻璃。办公楼由吊顶或架空地板形成办公自动化机器和通讯设备的线性空间，办公楼的净高为2.6m左右。2）使用特点办公楼的使用性质与时间全楼大体一致,所以整幢楼可选择用同样的空调系统和设备,管理比较方便。办公楼一般采用集中或半集中空调系统。3)办公楼空调系统注意事项a.分区问题：按建筑物分为内区和外区,也可以按朝向分或根据房间用途、标准高低、负荷变化以及使用时间等特点划分系统。b.过度季节问题：过度季节外区可不用冷热源,但内区仍需要降温,这时应用室外空气直接进入内区降温,即节能又简单;或考虑采用一台小容量的制冷机。c.加班问题：个别办公楼或某层需要节假日加班,为此最好不要设太大的集中空调系统。d.特殊房间的个别控制问题：用风机盘管系统以便控制。3.2 方案比较表3.1 全空气系统与空气水系统方案比较表 2 比较项目 全空气系统 空气水系统设备布置与机房 1 空调与制冷设备可以集中布置在机房2 机房面积较大层高较高3 有时可以布置在屋顶或安设在车间柱间平台上1 只需要新风空调机房、机房面积小2 风机盘管可以设在空调机房内3 分散布置、敷设各种管线较麻烦风管系统 1 空调送回风管系统复杂、布置困难2 支风管和风口较多时不易均衡调节风量1 放室内时不接送、回风管2 当和新风系统联合使用时，新风管较小节能与经济性 1 可以根据室外气象参数的变化和室内负荷变化实现全年多工况节能运行调节，充分利用室外新风减少与避免冷热抵消，减少冷冻机运行时间2 对热湿负荷变化不一致或室内参数不同的多房间不经济3 部分房间停止工作不需空调时整个空调系统仍需运行不经济1 灵活性大、节能效果好，可根据各室负荷情况自我调节2 盘管冬夏兼用，内避容易结垢，降低传热效率3 无法实现全年多工况节能运行使用寿命 使用寿命长 使用寿命较长安装 设备与风管的安装工作量大周期长 安装投产较快，介于集中式空调系统与单元式空调器之间维护运行 空调与制冷设备集中安设在机房便于管理和维护布置分散维护管理不方便，水系统布置复杂、易漏水温湿度控制 可以严格地控制室内温度和室内相对湿度对室内温度要求严格时难于满足空气过滤与净化 可以采用初效、中效和高效过滤器，满足室内空气清洁度的不同要求，采用喷水室时水与空气直接接触易受污染，须常换水过滤性能差，室内清洁度要求较高时难于满足消声与隔振 可以有效地采取消防和隔振措施 必须采用低噪声风机才能保证室内要求风管互相串通 空调房间之间有风管连通，使各房间互相污染，当发生火灾时会通过风管迅速蔓延各空调房间之间不会互相污染表3.2 风机盘管+新风系统的特点表 2 优点 1)布置灵活，可以和集中处理的新风系统联合使用，也可以单独使用2)各空调房间互不干扰，可以独立地调节室温，并可随时根据需要开停机组,节省运行费用，灵活性大，节能效果好3)与集中式空调相比不需回风管道，节约建筑空间4)机组部件多为装配式、定型化、规格化程度高，便于用户选择和安装5)只需新风空调机房，机房面积小6)使用季节长7)各房间之间不会互相污染缺点 1)对机组制作要求高，则维修工作量很大2)机组剩余压头小室内气流分布受限制3)分散布置敷设各中管线较麻烦，维修管理不方便4)无法实现全年多工况节能运行调节5)水系统复杂，易漏水6)过滤性能差适用性 适用于旅馆、公寓、医院、办公楼等高层多层的建筑物中,需要增设空调的小面积多房间建筑室温需要进行个别调节的场合表3.3 风机盘管的新风供给方式表 1 供给方式 示意图 特点 适用范围房间缝隙自然渗入1)无规律渗透风，室温不均匀2)简单、方便3)卫生条件差4)初投资与运用费用低5)机组承担新风负荷，长时间在湿工况下工作1)人少，无正压要求，清洁度要求不高的空调房间2)要求节省投资与运行费用的房间3)新风系统布置有困难或旧有建筑改造机组背面墙洞引入新风1)新风口可调节，冬、夏季最小新风量；过渡季大新风量2)随新风负荷变化，室内直接受影响3)初投资与运行费节省4)须作好防尘、防噪声、防雨、防冻措施5)机组长时间在湿工况下工作同上房高为6m以下的建筑物单设新风系统，独立供给室内1)单设新风机组，可随室外气象变化进行调节，保证室内湿度与新风量要求 2)投资大3)占有空间多4)新风口尽量紧靠风机盘管，为佳要求卫生条件严格和舒适的房间，目前最常采用此方式单设新风系统供给风机盘管1)单设新风机组，可随室外气象变化进行调节，保证室内湿度与新风量要求2)投资大3)新风按至风机盘管，与回风混合后进入室内，加大了风机风量，增加噪声要求卫生条件严格的房间，目前较少采用此种方式本设计为办公楼的空调系统设计，系统的选定应注意档次和安全的要求，按负担室内空调负荷所用的介质来分类可选择四种系统全空气系统、空气水系统、全水系统、冷剂系统。全空气系统分一次回风式系统和二次回风式系统，该系统是全部由处理过的空气负担室内空调冷负荷和湿负荷；空气水系统分为再热系统和诱导器系统并用、全新风系统和风机盘管机组系统并用；全水系统即为风机盘管机组系统，全部由水负担室内空调负荷，在注重室内空气品质的现代化建筑内一般不单独采用，而是与新风系统联合运用；冷剂系统分单元式空调器系统、窗式空调器系统、分体式空调器系统，它是由制冷系统蒸发器直接放于室内消除室内的余热和余湿。对于较大型公共建筑，建筑内部的空气品质级别要求较高，全水系统和冷剂系统只能消除室内的余热和余湿，不能起到改善室内空气品质的作用，所以全水系统和冷剂系统在本次的建筑空调设计时不宜采用。终上所述，拟采用风机盘管加新风系统，风机盘管的新风供给方式用单设新风系统，独立供给室内。3.3 方案的确定本办公楼采用风机盘管加新风系统，分成两个区（东区和西区） 。因为办公室是间歇性使用，白天使用，晚上关闭，人员分布较平均，同时各房间冷热负荷并不相同需要进行个别的调节，导致热湿比不同，所以全空气系统并不适合。每层设有新风机组，可以由同层的新风机组送入室内，和风机盘管一起满足室内的冷热负荷。 风机盘管空调方式，这种方式风管小，可以降低房间层高，但维修工作量大，如果水管漏水或冷水管保温不好而产生凝结水，对线槽内的电线或其它接近楼地面的电器设备是一个威胁，因此要求确保管道安装质量。风机盘管加新风系统占空间少，使用也较灵活，但空调设备产生的振动和噪音问题需要采取切实措施予以解决。对于该系统所存在的缺点，可在设计当中根据具体的问题予以解决和弥补。3.4 风机盘管机组的结构和工作原理风机盘管机组是空调机组的末端机组之一,就是将通风机、换热器及过滤器等组成一体的空气调节设备。机组一般分为立式和卧式两种,可以按室内安装位置选定,同时根据室内装修要求可做成明装或暗装。风机盘管通常与冷水机组(夏)或热水机组(冬)组成一个供冷或供热系统。风机盘管是分散安装在每一个需要空调的房间内(如宾馆的客房、医院的病房、写字楼的各写字间等)。风机盘管机组中风机不断循环所在房间内的空气和新风，使空气通过供冷水或供热水的换热器被冷却或加热，以保持房间内温度。在风机吸风口外设有空气过滤器，用以过滤被吸入空气中的尘埃，一方面改善房间的卫生条件，另一方面也保护了换热器不被尘埃所堵塞。换热器在夏季可以除去房间的湿气，维持房间的一定相对湿度。换热器表面的凝结水滴入接水盘内，然后不断地被排入下水道中。由于本系统采用风机盘管+新风系统，有独立的新风系统供给室内新风，即把新风处理到室内参数，不承担房间负荷。这种方案既提高了该系统的调节和运转的灵活性，且进入风机盘管的供水温度可适当提高，水管结露现象可以得到改善。机组由风机、电动机、盘管、空气过滤器、室温调节装置及箱体等组成(见图3.1) 。图 3.1 风机盘管机组构造图4 空调冷负荷计算4.1 冷负荷构成及计算原理4.1.1 围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法具体计算见附录11）外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷可按下式计算：LQ1=FK(tl n - tn) W （4.1）式中：LQ 1外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷,W；F外墙和屋面的面积，；K外墙和屋面的传热系数，W/(),可根据外墙和屋面的不同构造，表16（a）或表16（b） 1中查取；tn室内计算温度，；tl n外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，根据外墙和屋面的不同类型分别在表17（a）表17（g） 1中查取必须指出：(4.1)式中的各围护结构的冷负荷温度值都是以北京地区气象参数为依据计算出来的，因此对不同地区和不同情况应按下式进行修正：tl n =( tl +td) ka kp （4.2）式中: td地区修正系数，见表18（a）及表18（b） 1；ka不同外表面换热系数修正系数，见表 1-91；kp不同外表面的颜色系数修正系数，见表1-10 1；2） 内墙,楼板等室内传热维护结构形成的瞬时冷负荷当空调房间的温度与相邻非空调房间的温度大于3时,要考虑由内维护结构的温差传热对空调房间形成的瞬时冷负荷,可按如下传热公式计算：LQ2=FK(tl s - tn) W （4.3）式中： F内维护结构的传热面积，m；K内维护结构的传热系数，W /( mk) ；tn 夏季空调房间室内设计温度，；tl s 相邻非空调房间的平均计算温度， 。 tl s按下式计算 tl s = t + tl s （4.4）式中：t 夏季空调房间室外计算日平均温度， ；tl s 相邻非空调房间的平均计算温度与夏季空调房间室外计算日平均温度的差值,当相邻散热量很少(如走廊)时, tl s 取 3 ,；当相邻散热量在23116 W /m2时, tl s取5 。3）外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷在室内外温差的作用下, 玻璃窗瞬变热形成的冷负荷可按下式计算：LQ3=FK(tl tn) W （4.5）式中：F外玻璃窗面积，m；K玻璃的传热系数，W /( mk) ； 本设计单层玻璃K=6.26 W /( mk) ； tl玻璃窗的冷负荷温度逐时值，见表1-13 1；tn室内设计温度， 。不同地点对 t l按下式修正： t l=t l+ t d （4.6）式中： t d地区修正系数， ，见表1-14 1。4.1.2 透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷按下式计算：LQ4=FC ZD j.max CLQ W （4.7）式中：F玻璃窗的净面积,是窗口面积乘以有效面积系数 Ca， 本设计单层钢窗Ca=0.85 ； C Z玻璃窗的综合遮挡系数C Z=CsCn ；其中，C s 玻璃窗的遮挡系数，由表 1-161查得，6mm 厚吸热玻璃 Cs =0.89；Cn 窗内遮阳设施的遮阳系数，由表 1-171查得，中间色活动百叶帘 Cn =0.6；D j.max日射得热因数的最大值，W/m，由表1-18 1查得；CLQ 冷负荷系数，由表1-19（a）表1-19 （b） 1查得。4.1.3 设备散热形成的冷负荷设备和用具显热形成的冷负荷按下式计算：Q7=Qq+QCLQ W (4.8)式中： Q7设备和用具实际的显热形成的冷负荷，W；Qq设备和用具的实际显热散热量，W；CLQ设备和用具显热散热冷负荷系数；如果空调系统不连续运行，则C LQ1.0。设备和用具的实际显热散热量按下式计算1）电动设备当工艺设备及其电动机都放在室内时：Q1000 n1n2n3N/ (4.9)当只有工艺设备在室内，而电动机不在室内时：Q1000 n1n2n3N (4.10)当工艺设备不在室内，而只有电动机放在室内时：Q1000 n1n2n3 N (4.11)式中： N电动设备的安装功率，kW；电动机效率，可由产品样本查得；n1利用系数，是电动机最大实效功率与安装功率之比，一般可取0.70.9可用以反映安装功率的利用程度；n2电动机负荷系数，定义为电动机每小时平均实耗功率与机器设计时最大实耗功率之比；n3同时使用系数，定义为室内电动机同时使用的安装功率与总安装功率之比，一般取0.50.8。2）电热设备散热量对于无保温密闭罩的电热设备，按下式计算：Q1000 n1n2n3n4N (4.12)式中：n 4考虑排风带走热量的系数，一般取0.5；其中其他符号意义同前。3）电子设备散热量计算公式同(4.10)，其中系数 n2的值根据使用情况而定，本设计对计算机 n2取1.0。4.1.4 照明散热形成的冷负荷根据照明灯具的类型和安装方式的不同，其冷负荷计算式分别为：白炽灯：LQ 5 =1000NCLQ W (4.13)荧光灯：LQ 5 =1000n1n2 NCLQ W (4.14)式中：LQ 5灯具散热形成的冷负荷，W；N照明灯具所需功率，KW；n1镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时，取n 11.2；当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时，可取n 11.0；本设计取n 11.0；n2灯罩隔热系数，当荧光灯上部穿有小孔（下部为玻璃板） ，可利用自然通风散热与顶棚内时，取n 20.50.8；而荧光灯罩无通风孔时,取n 20.60.8；本设计取n 20.6；CLQ照明散热冷负荷系数。本设计照明设备为暗装荧光灯，镇流器设置在顶棚内，荧光灯罩无通风孔，功率为30w/m。设备负荷为 40 w/m。4.1.5 人体散热形成的冷负荷人体散热引起的冷负荷计算式为：LQ6 qsnnCLQ +qlnn W (4.15)式中：LQ 6人体散热形成的冷负荷，W；qs不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W(见表1-20 1)；n室内全部人数；n群集系数，办公楼群集系数为0.93；CLQ人体显然散热冷负荷系数，人体显然散热冷负荷系数(见表1-21 1)。4.1.6 新风冷负荷目前，我国空调设计中对新风量的确定原则，仍采用现行规范、设计手册中规定或推荐的原则, 办公楼的新风量取30 m/h.p。夏季，空调新风冷负荷按下式计算：CLW1.2 LW(hW-hN) W (4.16)式中: CLW夏季新风冷负荷，KW；LW新风量，kg/s；hW室外空气的焓值，kj/kg；hN室内空气的焓值，kj/kg。4.2 湿负荷 人体散湿量人体散湿量可按下式计算：D=nnw10-3 kg/h (4.17)式中： D人体散湿量，kg/h；n群集系数，办公楼群集系数为0.93；w成年男子的小时散热量，kg/(hp)；26时，极轻劳动成年男子的小时散热量为0.109 kg/(hp)。 4.3 各层房间冷负荷计算表4.1 办公室冷负荷汇总表 时间房间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:001# 4218 4750 5011 5202 4426 5671 6058 6340 6520 6479 58092# 3737 4139 4323 4453 4562 4629 4691 4726 4740 4801 45313# 3723 4133 4330 4473 4588 4661 4720 4722 4747 4784 45313#(2间) 7446 8266 8660 8946 9176 9322 9440 9444 9494 9568 90624# 3414 3824 4021 4164 4279 4352 4411 4439 4438 4475 42504#(3间) 10242 11472 12063 12492 12837 13056 13233 13317 13314 13425 127505# 3929 4331 4515 4645 4754 4821 4883 4918 4932 4993 47236# 5156 5600 5569 5448 5411 5524 5594 5637 5625 5634 52597# 3188 3588 3781 3924 3392 4336 4723 4997 5185 5132 45458# 1309 1540 1686 1791 1379 1917 1908 1894 1879 1880 16829# 3648 4149 4405 4589 4748 4819 4845 4870 4880 4913 45469#(2间) 7296 8298 8810 9178 9496 9638 9690 9740 9760 9826 909210#、11# 3594 4105 4388 4597 4779 4849 4848 4841 4833 4846 449010#、11# (9间) 32346 36945 39492 41373 43011 43641 43632 43569 43497 43614 4041012# 4049 4354 4238 4059 3970 4047 4112 4123 4110 4100 380413# 1284 1514 1664 1772 1874 1913 1914 1908 1904 1911 1717合计 84200 94797 99812 103283 1E+05 108515 109878 1E+05 110960 111363 103384一楼楼板 16559 16559 16559 16559 16559 16559 16559 16559 16559 16559 16559顶层屋面 10228 9184 8871 7932 7932 8349 9184 10541 12106 13776 15446总负荷 110987 120540 125242 127774 128779 133423 135621 137713 139625 141698 1353894.4 各房间送风状态的确定4.4.1 方案终上所述，采用风机盘管加新风系统，风机盘管的新风供给方式用单设新风系统，独立供给室内。风机盘管加新风系统的空气处理方式有:1）新风处理到室内状态的等焓线，不承担室内冷负荷；2）新风处理到室内状态的等含湿量线，新风机组承担部分室内冷负荷；3）新风处理到焓值小于室内状态点焓值,新风机组不仅承担新风冷负荷，还承担部分室内显热冷负荷和全部潜热冷负荷，风机盘管仅承担一部分室内显热冷负荷，可实现等湿冷却，可改善室内卫生和防止水患；4）新风处理到室内状态的等温线风机盘管承担的负荷很大，特别是湿负荷很大，造成卫生问题和水患； 5）新风处理到室内状态的等焓线，并与室内状态点直接混合进入风机盘管处理。风机盘管处理的风量比其它方式大，不易选型。所以本设计选择新风处理到室内状态的等焓线，不承担室内冷负荷方案。4.4.2 办公室的新风量及新风负荷的确定按办公室的新风量指标30 m/h.p；本办公楼人员密度按 0.15 m2/p估算；则新风量：Gw 1=301=30 m/hGw 4=304=120 m/hGw 5=305=150 m/h新风负荷计算: 在湿空气的h-d图上，根据设计地的室外空气的夏季空调计算干球温度t w和湿球温度t ws确定新风状态点W，得出新风的焓h W；根据室内空气的设计温度t N和相对湿度， 确定回风状态点N（也就是室内空气设计状态点） ，得出回风的焓h N。则夏季空调的新风负荷按 CLW1.2 LW (hW-hN) W 计算。 (4.18)根据室内外参数（ tN=26, =50%;tw=35 ,tws=28.3）查h-d图（见图4.1）得 hW=91.2， hN=52.4 ； h=hW-hN=91.2-52.4=38.8 KJ/Kg。则 CLW 1=Gwh=301.238.810003600=388（W） CLW 4= Gwh=1201.238.810003600=1552（W）CLW 5= Gwh=1501.238.810003600=1940（W）图4.1湿空气的h-d图4.5 制冷系统负荷的确定制冷系统负荷Q 0可按下式确定：Q0=QKrKKKb KW (4.19)式中： Q空调系统冷负荷，KW ； Kr房间同期使用系数，0.61.0 ，本设计 Kr=0.8；Kf 冷量损失附加系数，风-水系统K f=1.101.15；直接蒸发式表冷系统 Kf=1.051.10；本设计为风-水系统， Kf=1.10；K效率降低修正系数， K=1.051.10；本设计 K=1.05；Kb事故备用系数，一般不考虑备用，仅在特殊工程中才采用X台1备用的方式。本设计不考虑备用， Kb=1.0。则本设计制冷系统的负荷Q 0=QKrKKKb =475.7870.81.101.051.0=439.627 KW5 风机盘管加新风系统选型计算5.1 风机盘管系统选型计算1) 空气处理方案及有关参数的查取采用新风直入式空气处理方式，新风机组不承担室内负荷，空气处理方案过程线如下图：图 5.1 空气处理方案过程图由 tN=26, =50%得 hN=52.5 KJ/Kg， tNS=18.6；由 tw=35, tws=28.3得 hW=91.2 KJ/Kg；查h-d图(见图5.1) tNL=14.9， tN-tNL=26-14.9=11.110，则取送风温度差为t =10；则 tl(F)=26-10=16,由 tl(F)=16， l(F)=90%，在h-d图上定出风机盘管机器露点L (F)，得 hl(F)=44.9 KJ/Kg。2）房间所需冷量（包括新风）以1#办公室为例： Q=6520 W3）房间所需新风冷负荷以1#办公室为例： CLW 5 =1940W4）风机盘管所需冷量以1#办公室为例： QF=Q- CLW 5 =6521-1940=4580W5）风机盘管所需风量LF= QF/1.2(hN - hl(F)=4.58/1.2(52.5-44.9)=0.502m/s=1807 m/h6）选择风机盘管所选的风机盘管要求当进水温度为7时，进风参数DB/WB=26/18.6， LF=1807 m/h， QF=4580 W。根据所需风量及中等风速选型原则，初选型号为FP-10WA的标准型风机盘管两台，其额定风量为1010 m/h，取最小水量 L=656kg/h，进水温度为7时查得风机盘管的冷量为37490.91=3411.6W，满足要求。故选FP-10WA的标准型风机盘管两台，其水压降为3.7kpa。用同样方法确定其他房间风机盘管型号,见下表:表5.1 各房间风机盘管型号汇总表房间 FP型号 总负荷W 新风负荷 W 单台风机盘管负荷W 单台中速风量m 3/ h 单台全冷量W 水流量Kg/h 水压降KPa 台数1# FP-10WA 6250 1940 4580/2 810 3749 592 15.4 22# FP-12.5WA 4801 1940 2861 1010 4220 656 3.7 13# FP-12.5WA 4784 1940 2844 1010 4220 656 3.7 14# FP-12.5WA 4475 1940 2844 1010 4220 656 3.7 15# FP-14WA 4993 1940 3053 1176 4621 650 4.3 16# FP-8WA 5637 1940 3697/2 670 2731 312 4.3 27# FP-16WA 5185 1552 3633 1310 6502 1057 14.5 18# FP-7.1WA 1917 388 1529 570 2719 332 4.1 19# FP-14WA 4913 1940 2973 1176 4621 650 4.3 110#、11# FP-12.5WA 4849 1940 2909 1010 4220 656 3.7 112# FP-12.5WA 4123 1552 2571 1010 4220 656 3.7 113# FP-7.1WA 1914 388 1526 570 2719 332 4.1 15.2 新风机组选型 表5.2 新风机组选型表空调分区所需要新风量m 3/ h所需要新风负荷KW 型号额定风量m 3/ h冷量KW盘管数量电机功率 KW水流量Kg/h水压降Kpa余压Pa西区 1500 19.53 FPG4-20D 2000 20.9 4排 0.37 1.16 14.3 220东区 1800 23.28 FPG6-20D 2000 27.8 6排 0.37 1.54 26 1706 空调水系统的确定6.1 水系统的比较、选择空调水系统包括冷水系统和冷却水系统两个部分，它们有不同类型可供选择。表6.1 空调水系统比较表 1 类型 特征 优点 缺点闭式管路系统不与大气相接触，仅在系统最高点设置膨胀水箱与设备的腐蚀机会少;不需克服静水压力，水泵压力、功率均低。系统简单与蓄热水池连接比较复杂开式 管路系统与大气相通 与蓄热水池连接比较简单 易腐蚀，输送能耗大同程式供回水干管中的水流方向相同；经过每一管路的长度相等水量分配，调度方便，便于水力平衡需设回程管，管道长度增加，初投资稍高异程式 供回水干管中的水流方向相反；经过每一管路的长度不相等不需设回程管，管道长度较短，管路简单，初投资稍低水量分配，调度较难，水力平衡较麻烦两管制 供热、供冷合用同一管路系统 管路系统简单，初投资省 无法同时满足供热、供冷的要求三管制分别设置供冷、供热管路与换热器，但冷热回水的管路共用能同时满足供冷、供热的要求，管路系统较四管制简单有冷热混合损失，投资高于两管制，管路系统布置较简单四管制供冷、供热的供、回水管均分开设置，具有冷、热两套独立的系统能灵活实现同时供冷或供热，没有冷、热混合损失管路系统复杂，初投资高，占用建筑空间较多单式泵 冷、热源侧与负荷侧合用一组循环水泵 系统简单，初投资省不能调节水泵流量，难以节省输送能耗，不能适应供水分区压降较悬殊的情况复式泵 冷、热源侧与负荷侧分别配备循环水泵可以实现水泵变流量，能节省输送能耗，能适应供水分区不同压降，系统总压力低。系统较复杂，初投资较高根据以上各系统的特征及优缺点，结合本办公楼情况，本设计空调水系统选择闭式、同程、双管制、单式泵系统，这样布置的优点是过渡季节只供给新风，不使用风机盘管的时候便于系统的调节，节约能源。6.2 空调水系统的布置本系统设计可以采用双管制供应冷冻水，且具有结构简单，初期投资小等特点。同时考虑到节能与管道内清洁等问题，可以采用闭式系统，不与大气相接触，仅在系统最高点设置膨胀水箱，管路不易产生污垢和腐蚀，不需要克服系统静水压头，水泵耗电较小。由于设计属于多层建筑，因此可以采用同程式水系统，此系统除了供回水管路外，还有一根同程管，由于各并联环路的管路总长度基本相同，各用户盘管的水阻力大致相等，所以系统的水力稳定性好，流量分配均匀，且此系统属于垂直同程系统。 本设计采用的是模块化活塞式冷水机组，机组布置在一楼机房的方案。供水、立管均采用同程式，新风机组和风机盘管系统共用供、回水立管；各层水管也采用同程式，新风机组和风机盘管系统共用供、回水立管。画各层水管路西区和东区。定压补水系统采用膨胀水箱，膨胀水箱置于顶层。6.3 标准层风机盘管水系统水力计算6.3.1 基本公式本计算方法理论依据张萍编著的中央空调实训教程 1。1)沿程阻力P e=e v 2/2 g mH2O （6.1）沿程阻力系数e=0.025 L/d （6.2）2)局部阻力水流动时遇弯头、三通及其他配件时，因摩擦及涡流耗能而产生的局部阻力为：P m=v 2/2 g mH2O （6.3）3）水管总阻力P =P e+P j mH2O （6.4）4)确定管径 mm 1.3jnVdv（6.5）式中： Vj冷冻水流量,m 3/s ；vj流速,m/s 。在水力计算时，初选管内流速和确定最后的流速时必须满足以下要求：表6.2 管内水的最大允许水流速表 1