辦公樓空調制冷系統設計計算書1 工程概述本工程為杭州市學院辦公樓，磚混結構共三層，建筑面積1381m2。底層為教室和機房，二、三層為辦公室、會議室等。業主已給出建筑平面圖和各個房間的功能，要求設計本辦公樓的中央空調系統，實現每個有人員房間的夏季空調供冷。2 設計依據2.1設計任務書 2.2設計規范及標準（1）采暖通風與空氣調節設計規范(GBJ19-87 2001版)（2）房屋建筑制圖統一標準（GB/T500012001）（3）采暖通風與空氣調節制圖標準（GBJ114-88）3 設計范圍(1)中央空調系統選型，空氣處理過程的確定。(2)組合式空氣處理機、空調箱、風機盤管、送風口、回風口的選型，風管布置。(3)冷凍機組、冷卻塔、水泵、膨脹水箱的選型及水系統設計。4 設計參數14.1室外空氣計算參數空調通風主導風向風速大氣壓力夏季干球溫度35.7溫度33C NNW2.2m/s100050Pa濕球溫度28.54.2室內空氣設計參數及有關指標房間名稱夏季人員密度p/m2新風量m3/hp允許噪聲dB(A)溫度()相對濕(%)辦公室26600.153055教室26600.72540會議室26600.52050走道及前廳26600.120505 空調冷負荷計算5.1相關參數的選取圍護結構參數見下表34結構類型類型傳熱系數外墻石灰砂漿(20mm)加一磚半黏土實心磚墻(370mm)總厚度390 mm II型墻1.79外窗普通鋼窗3mm普通玻璃6.46外門單層3mm玻璃木門，結構修正0.72.00內墻內外抹面(各20mm)加一磚黏土實心磚墻(240mm)總厚度280 mmIII型墻1.97屋頂加氣混凝土保溫屋面 編號(1)0.8 其它的冷負荷相關參數:房間名稱人員照明設備散熱W/m2勞動強度群集系數類型功率W/m2辦公室極輕0.93暗裝熒光燈,燈罩有孔3025教室極輕0.89明裝熒光燈,燈罩有孔5010公議室極輕0.93暗裝熒光燈,燈罩有孔4020走道及前廳輕0.93一樓同教室,其它同辦公室3010注: (1)電腦房、設備間、設備按實際發熱量估算。(2)室內保持正壓，不考慮空氣滲透引起的冷負荷。(3)教室、會議室工作時段取上午8：00到12:00，下午13:00到16:00，辦公室工作時段取上午8：00到晚上21:00。(4)除機房外全部房間和走道都設置了空調，不考慮內圍護結構的傳熱。5.2 冷負荷計算中所用到的公式5.2.1人體冷負荷 人體顯熱散熱形成的計算時刻冷負荷Q，按下式計算：Q=nq1X-T 式中 群體系數； n計算時刻空調房間內的總人數； q1一名成年男子小時顯熱散熱量，W； T人員進入空調房間的時刻，點鐘； -T從人員進入房間時算起到計算時刻的時間，h； X-T-時間人體顯熱散熱量的冷負荷系數。人體散濕形成的潛熱冷負荷Q(W)，按下式計算:Q=nq2 式中 q2一名成年男子小時潛熱散熱量，W； 群體系數。5.2.2人體濕負荷 人體散濕量D(kg/h)按下式計算:D=0.001ng 式中 n房間人數； g一名成年男子的小時散濕量，g/h。5.2.3燈光冷負荷照明設備散熱形成的計算時刻冷負荷Q(W)，應根據燈具的種類和安裝情況分別按下列各式計算： 1.白只燈和鎮流器在空調房間外的熒光燈Q=1000n1NX-T 2.鎮流器裝在空調房間內的熒光燈Q=1200n1NX-T 3.暗裝在吊頂玻璃罩內的熒光燈Q=1000n0NX-T 式中 N照明設備的安裝功率，kW； n0考慮玻璃反射，頂棚內通風情況的系數，當熒光燈罩有小孔， 利用自然通風散熱于頂棚內時，取為0.5-0.6，熒光燈罩無通風孔時，視頂棚內通風情況取為0.6-0.8； n1同時使用系數，一般為0.5-0.8； T 開燈時刻，點鐘； -T從開燈時刻算起到計算時刻的時間，h； X-T-T時間照明散熱的冷負荷系數。 5.2.4設備冷負荷設備散熱引起的冷負荷Q(W)按下式計算:Q=10000qX式中 q設備散熱量，kg/h； X設備散熱量的冷負荷系數g/h；其中設備散熱量按每平米的設備散熱量與空調面積估算。5.2.5新風冷負荷 新風全冷負荷Qq(W)按下式計算:Qq=mdmx(iw - in)/3.6式中 md - 夏季空調室外計算干球溫度下的空氣密度，1.13kg/m3； mx - 新風量，m3/h； iw - 夏季室外計算參數下的焓值，kJ/kg； in - 室內空氣的焓值，kJ/kg。其中新風量 = 空調房間人數 * 房間中的人均新風量5.2.6新風濕負荷 新風濕負荷Dx(kg/h)按下式計算:Dx=mdmx(dw-dn)0.001 式中 mx - 新風量，m3/h；dw - 夏季空調室外計算參數時的含濕量，g/kg；dn - 室內空氣的含濕量，g/kg。5.2.7外墻和屋面冷負荷外墻和屋面冷負荷CL(W)按下式計算: CL=FK(tl+td)Ka-tn) 式中F - 外墻或屋面的面積，m2； K - 外墻或屋面的傳熱系數，W/（m2）； tl- 冷負荷計算溫度的逐時值，； td- 溫度的地點修正值, ； Ka- 溫度的由于外表面放熱系數不同引起的溫度修正系數； tn- 室內設計溫度，。2.3.8 外窗冷負荷 該冷負荷可分為三部分: 直射冷負荷CL(W),散射冷負荷CL(W),傳熱冷負荷CL(W),其中: 直射冷負荷 CL=FzCzDj,maxCcl 式中Fz - 窗玻璃的直射面積，m2； Cz - 窗玻璃的綜合遮擋系數； Dj, max - 日射得熱因數的最大值，W/ m2； Ccl - 冷負荷系數。 散射冷負荷 CL=FsCzDj,maxCcl 式中Fs - 窗玻璃的散射面積，m2。 傳熱冷負荷 CL=FK(tl -tn)。5.3冷負荷計算使用鴻業冷負荷計算軟件對各個房間進行冷、濕負荷計算。由于篇幅有限，附錄1只列出101教室的逐時負荷構成。下表列出同層面負荷最大出現時刻的各個房間負荷數據。房間號空調面積(m2)人數(人)負荷最大時刻房間內冷負荷(W)房間濕負荷(kg/h)新風量(m3/h)新風冷負荷(W) 總冷負荷(W)101教室43.23016點65512.910750806114611102教室43.23016點65512.910750806114611103電腦房82.76016點133805.82115001612229501104控制室21.6216點17540.209505372291105教室97.26815點144746.59717001827132745106休息室21.61515點33161.45537540307347107接待室27.11816點37091.74645048368546109男廁21.6415點12470.68412012902537走道及門廳125.61216點66692.05324025799249一層小計483.823916點5765124.385593563787121438201辦公室21.6314點12070.304909672174202辦公室21.6314點12070.304909672174203辦公室21.6314點12070.304909672174205會議室61.13015點55803.041600644912028206藏書室21.629點12260.203606451871207設備庫21.6213點12300.203606451875208辦公室32.4513點15480.50715016123161209辦公室21.6313點12360.304909672203房間號空調面積(m2)人數(人)負荷最大時刻房間內冷負荷(W)房間濕負荷(kg/h)新風量(m3/h)新風冷負荷(W) 總冷負荷(W)210辦公室21.6313點12360.304909672203211辦公室21.6313點12360.304909672203212辦公室21.6313點16320.304909672600213女廁21.6414點15560.68412012902846二層走道86.0816點27500.81116017204470二層小計417.17514點240587.88118702009744156301會議室43.22015點40722.02740042998371302休息室21.6314點13980.304909672365303控制室21.6214點12890.203606451934304活動室104.36010點1300310.26712001289725901305辦公室32.4513點19010.50715016123513306辦公室43.2613點26450.60818019354579307辦公室43.2613點30420.60818019354976308男廁21.6413點16920.68412012902982三層走道86.0816點39561.36916017205676三層小計417.111414點3299817.89225402730060297全樓總計131842811470750.158103452911842258916 系統方案及風量的確定一層房間空間大，人員密集，冷負荷密度大，室內熱濕比小。選擇一次回風的定風量單風道全空氣系統。為節約能源和資投，只進行單參數的露點送風。二、三樓人房間較小，選擇風機盤管加新風系統，新風處理到同室內點等焓的狀態，然后同風機盤管的送風混合后送入室內2。6.1全空氣系統的空氣處理過程一層全熱冷負荷為57.651kW，人體的散發的濕負荷為6.77g/s(24.385kg/h)。熱濕比8516，查焓濕圖得送風溫度為17.4。送、回風點的焓值分別為hs=46.18kJ/kg,hn=58.85kJ/kg。焓差12.67kJ/kg。總送風量3600 * 冷負荷/焓差16381kg/h(13651m3/h)。總新風量為5935m3/h，新風比43.5%，回風量為7716m3/h。混合點干球溫度30.3，濕球溫度24.2，焓值hm=73.5kJ/kg。由于新風比很大，一層在某些部位應設排風系統，本設計說明書中暫不涉及。6.2風機盤管加新風系統的空氣處理過程考慮到衛生和能效，選擇處理后的新風和風機盤管處理過的空氣混合后送入室內的方案2。采用新風不負擔室內負荷的方式，即將送入室內的新風處理到90%相對濕度的室內等焓點l(見焓濕圖)。即下面以201為例計算風機盤管的處理狀態和風量，201房間在下午14點出現最大負荷，此時參數為：全熱1207W,濕負荷304g/h。取新風量為90m3/h，分析空氣處理過程。 室內的熱濕比為14293kJ/kg，取送風溫差為8，室內狀態點沿熱濕比下降到26818即為送風狀態點S。hs=48.8kJ/kg,焓差10.05kJ/kg。(送風溫差也可按混合點相對濕度90%選取，本例選擇先確定送風濕差，后效合相對濕度的方法)總送風量3600 * 冷負荷 / 焓差432kg/h(360m3/h)。風機盤管送風量總送風量新風量270m3/h（276kg/h）。風機盤管空氣出口溫度為16.8，可以處理。風機盤管的冷量即為房間的冷負荷1.207kw。由于沒有找到給出顯熱比(SHF)的風機盤管樣本，暫不對風機盤管處理的熱濕比進行效合。二層和三層各個房間的送風狀態及送風量列于下表:房間名稱最大負荷出現時刻房間內冷負荷(W)送風溫差()送風點風機盤管送風溫度()風機盤管送風量(m3/h)新風量總送焓(kJ/kg)焓差(kJ/kg)(m3/h)風量(m3/h)201辦公室14點1207848.810.0516.8270 90360 202辦公室14點1207848.810.0516.8270 90360 203辦公室14點1207848.810.0516.8270 90360 204辦公室14點1207848.810.0516.8270 90360 205會議室15點5657845.5513.314.9676 6001276 206藏書室9點1593750.97.9518.7541 60601 207設備庫13點1252750.688.1718.6400 60460 208辦公室13點1604848.2210.6316.3303 150453 209辦公室13點1292848.949.9117301 90391 210辦公室13點1292848.949.9117301 90391 211辦公室13點1292848.949.9117301 90391 212辦公室13點1699849.399.4617.3449 90539 213女廁14點1556846.8811.9716.5270 120390 二層走道16點3008848.6510.217.2725 160885 二層小計14點24058-5348 18707218 301會議室15點4095846.1612.6915.6568 400968 302休息室14點1398849.099.7617.1340 90430 303控制室14點1289750.718.1418.6415 60475 304活動室10點13261845.3913.4615.61756 12002956 305辦公室13點1972848.7510.116.8436 150586 306辦公室13點2778849.089.7717.1673 180853 307辦公室13點3186849.39.5517.2821 1801001 308男廁13點1699847.2311.6216.7319 120439 三層走道16點4176848.110.7517.51005 1601165 三層小計14點32998-6332 25408872 注：對于304活動室，由于濕負荷太大，降低濕度要求來確定送風狀態。7 空調設備的選型及布置7.1全空氣系統7.1.1各房間風量確定及風口的選型按負荷計算各房間風量，確定風口數量及尺寸。送風選擇四面吹方形散流器。回風選擇單層百葉回風口。送風散流器吼部風速取33.5m/s，回風百葉風口風速取45m/s。衛生間不回風。按房間大小及形狀布置風口（見圖紙）。按各房間負荷出現最大時刻選型，列于下表:房間號101102103104105106107109走道總計負荷(W)6551655113380175414474331637091247666957651送風量(m3/h)1551155131684153427785878295157913649送風口數(個)44828241538送風口型(cm)18*1818*1818*1814*1420*2018*1814*1416*1616*16吼部風速(m/s)3.323.323.402.942.973.373.113.203.43回風量(m3/h)8768761790234193644449608927544回風口數(個)22414110217回風口型(cm)10*3010*3010*308*2010*3010*3010*30-10*30吼部風速(m/s)4.064.064.144.064.484.114.59-4.13注：口型指吼部尺寸。7.1.2送、回風管的布置和管徑的確定風管用鍍鋅鋼板制作，用帶玻璃布鋁箔防潮層的離心玻璃棉板材（容量為48kg/m3）保溫，保溫層厚度30mm。按房間的空間結構布置送回風管的走向（見圖紙），并計算各管段的風量。吊頂中留給空調的高度約為1050mm。由于建筑空間的局限，回風管干管安置在送風干管上部。根據教室內允許噪聲的要求，風管干管流速取56.5m/s，支管取34.5m/s來確定管徑(見圖紙)。7.1.3最不利管路的壓力損失繪制全空氣系統最不利環路的軸測圖，標出各段標號、長度、流量、管徑。鍍鋅鋼板粗糙度K取0.15。列表計算壓力損失(見附2)7，以來決定空氣處理機組的余靜壓。相關計算公式及依據如下：當量管徑2 * 管寬 * 管高 / (管寬 管高)；流速秒流量/管寬/管高*1000000；單位長度沿程阻力由流速，管徑，K查設計手冊阻力線圖；沿程阻力管段長度 * 單位長度沿程阻力；局部阻力系數根據局部管件的形狀查設計手冊；動壓流速2 * 1.2/2；局部阻力局部阻力系數 * 動壓；總阻力沿程阻力局部阻力。計算得沿程阻力為59.98Pa，局部阻力為143.30Pa。取法蘭，軟接頭等其它阻力約50Pa，則組合式空氣處理機組的余靜壓應為250Pa。7.1.4全空氣系統空調機組的選型全空氣系統的總送風量為13651m3/h。總冷量為：1.1*（房間內的冷負荷新風冷負荷）1.1 * 121.438133.6kW根據“清華同方”組合式空調機組樣本選型，選擇ZKW15-JT-Z6。額定風量15000m3/h，左式，六排管額定冷量94.4kW，按新、回風混合溫度為30.3，進水溫度7進行修正，冷量為145.4kW。風量和冷量分別有9%，和8%的富余量。機組取混合段板粗過濾袋中過濾表冷段垂直風機段的組合形式。機組全長3040mm。寬高1660mm1510mm。風口尺寸及定位尺寸見圖紙。7.2風機盤管加新風系統7.2.1 各房間風機盤管的選型選用臥式暗裝風機盤管，因各房間所需處理的熱濕比不同，實際選型中不可能配齊所有滿足濕度要求的風機盤管。所以參考某廠家產品樣本，主要通過冷量對風機盤管進行選型。吊頂中留給空調的高度約為650mm。風機盤管名義風量(m3/h)額定冷量(W)個數高度(mm)出風口尺寸(mm)所用房間FP-2.5250158014246130*430201204,206,207,209211,213二層走道*2,302,303FP-3.5350203010246130*480205*2,208,212,301*2,305,三層走道*2,308FP-550030902246130*580306,307FP-10100058402246130*880304*2注：以上機外余壓都為20Pa。7.2.2風管的布置和管徑確定選擇方型四面吹散流器作為送風口、單層回風百葉作為回風口。統計如下：風機盤管名義風量(m3/h)送風口個數送風口規格同類送風口總數回風口規格同類回風口總數備注FP-2.5250214*1444450*15014FP-3.5350216*1620500*15010FP-5500414*1444600*1502FP-101000414*1444900*1502各個房間安裝獨立的風機盤管，負荷大的房間安裝2個。新風管干管布置在走道中，新風支管在風機盤管的第一個出風口前與風管匯合。以新風干管風速取 46m/s，房間中管道取風速為23m/s，來確定管徑。走道中風機盤管安置在新風干管下面，房間內的風機盤管與新風管同標高。具體定位尺寸見圖紙。7.2.3 新風機組的選型二層新風量為1870m3/h，新風所需冷量20097W。根據某廠樣本選擇BFD2DX吊頂式變風量系統作為新風處理機組。額定風量為2000m3/h,額定冷量25060W,風量和冷量分別有6.5%，20%的余量。機外余壓180Pa。三層新風量為2540m3/h，新風所需冷量為27300W。根據樣本選擇BFD-2.5DX型。額定風量2500，額定冷量31320W,風量比較接近，冷量富余13%。機外余壓200Pa。以上兩機安置在走道西邊的盡頭，機組選擇上出風型（即BFP-DIII型）,以便在干管下布置走道中的風機盤管。機組高度都為650mm,與吊頂式空余的高度正好相當，風口和定位尺寸見圖紙。8 水系統的設計8.1水系統方案的確定水系統選擇閉式等溫變流量的形式，利用集水器和分水器之間的壓差旁通閥調節負荷。冷凍水從制冷機組出來后進入分水器后分三路，分別為一樓組合式空調機組，二、三樓新風機組，二、三樓風機盤管。集分器回水后再由冷凍水泵泵入冷凍機組的蒸發器。冷凍水泵前連接膨脹水箱。新風機組和風機盤管選擇垂直異程，水平同程的供回水方式。同層面的風機盤管水管從南向房間到北向房間繞一個回路同程設置。8.2管路的布置和管徑的確定根據二、三層風機盤管布置，連接風機盤管的供、回、凝水管路(見圖紙)。冷凍水供回水管DN50時采用鍍鋅鋼管；50時采用無縫鋼管。空調凝結水管采用UPVC管。按冷凍水供回水7/12計算流量,水泵壓出口流速取2.43.6m/s，吸入口取1.22.1m/s，主干管流速取1.24.5m/s，一般管道取1.53m/s，閉式系統選表面當量絕對粗糙度K0.2mm，確定主要管段流量、流速、管徑。相關公式及依據如下:冷量(W)1.1 * 實際冷負荷(W)；1W0.86kcal/h；流量(kg/s)冷量（kcal/h）/3600(s/h)/5()；流速(m/s)4*流量(kg/s)/0.001/3.14/管徑（mm）2；比摩阻(Pa/m)根據K、流速、管徑查設計手冊水力計算表。凝結水管徑按下表選取： 冷量(W)7Kw7.117.6Kw17.7100Kw101176Kw凝水管徑DN20mm25mm32mm40mm各主要管段冷凍水管及凝水管管徑確定列于下表：管段名稱冷量流量管徑流速比摩阻凝水管備注(W)(kcal/h)(kg/s)DN(mm)(m/s)(Pa/m)DN(mm)水泵吸入主干管250000215000 11.94 1001.5 276 水泵壓出主干管250000215000 11.94 802.4 907 組合式空調箱水管133600114896 6.38 801.3 273 40管徑按表冷器選2F,3F新風機干管5200044720 2.48 402.0 1523 322F,3F風機盤管6276253975 3.00 501.5 621322F新風機2200018920 1.05 321.3 784 323F新風機3000025800 1.43 321.8 1481 322F風機盤管干管2646422759 1.26 321.6 1176 32實際漸縮到DN153F風機盤管干管3629831216 1.73 401.4 757 32實際漸縮到DN15FP-2.5風機盤管15801359 0.08 150.4 244 20按額定冷量計算FP-3風機盤管20301746 0.10 150.5 371 20按額定冷量計算FP-5風機盤管30902657 0.15 150.8 911 20按額定冷量計算FP-10風機盤管58405022 0.28 151.6 3496 20按額定冷量計算注：1.風機盤管干管冷量按最大負荷*1.1計算。2.風機盤管供水環路管徑由大到小漸縮，回水環路由小到大漸擴，流速控制在2m/s以內計算。篇幅有限，這里不再列出。8.3水管保溫層厚度的確定冷凍水管及冷凝水管都采用泡沫塑料保溫材料(=0.034w/mK)，按下列公式計算保溫層厚度：8式中 t空氣干球溫度，以最熱有室外空氣平均溫度計算，；tn管道或設備內介質的溫度，；tw保溫層表面溫度，比最熱月室外空氣的平均溫度高2左右，；空氣與保溫層外表面的表面傳熱系數，一般取5.8W/(m2K)；保溫層厚度，m；保溫材料的熱導率，W/(mK)；d0圓形設備或管道外徑，m。按上式代入本工程數據：由于上式為超越方程，使用數學計算軟件Matlab對其數值求解，按供水管、回水管、冷凝水管tn分別取7、12、20來計算，繪出不同溫度下的d0的曲線。由于實際當中保溫材料厚度是有規格的，所以實際選用要取整。根據曲線，下表列出不同水管保溫層厚度的建議取值（精確到1mm）： 保溫層水 厚度管類型公稱(mm)DN15DN20DN25DN32DN40DN50DN80DN100外徑(mm)21.326.833.542.34857*89*108*冷凍供(7計算)3233353738394244冷凍回(12計算)2527282930313334凝水管(20計算)1414151516161717*此類為無縫鋼管。8.4水環路阻力損失的計算由于水系統垂直異程，水平同程，選擇三層的一條主計算環路進行水力計算2。繪制計算環路的軸測圖，標出各段標號、長度、流量、管徑，列表計算沿程和局部損失（見附3）7，以來決定所需水泵的揚程。計算得管道沿程阻力和局部阻力約為226kPa，取蒸發器阻力50kPa,風機盤管阻力取30kPa，集水器，分水器及其它阻力取10kPa。總阻力約為316kPa。9 制冷機組的選型全樓室內冷負荷和新風負荷總計225891W。考慮機組本身和介質在泵、風機、管道中升溫及泄露的損失，取1.1系數，制冷系統總制冷量取250kW。取冷凍水進出口溫度為12、7時，冷凍水流量為11.94kg/s(43T/h)。取冷卻塔排走熱量為制冷機負荷的1.3倍5，冷凝器的負荷約為325kW（280kcal/h）。取冷卻塔進水35、出水30，溫差5。則冷卻水流量為(56T/h)。根據德國“能博士”家用/商用中央空調樣本選型，選擇水冷半封閉螺桿式冷水機組。型號為NBSW270S，配置如下：電源：380350名義冷量：270kW能量調節：5075100% 啟動為25%壓縮機：數量1臺Y啟動150W油加熱器冷凍油：SUNISO5 GS 制冷劑：R2260kg 感溫式外平衡熱力膨脹閥控制蒸發器：干式殼管式水頭損失54kPa 水管接口：DN100Flg冷凝器：臥式殼管式水頭損失55kPa 水管接口：DN100Flg外形尺寸：長寬高309011001590mm機組重量：1500kg運轉重量：1650kg噪音：68dB(A)在冷凍水進出水溫為127、冷卻水進出水溫3035工況下性能參數如下：制冷量：273kW(2.35103kcal/h) 運轉電流：104A壓縮機輸入功率：60.5kW,冷凍水流量：47m3/h. 冷卻水流量：60m3/h按以上工況計算，本工程選擇改機型將有8.5%冷量余量。冷凍水流量和冷卻水流量也滿足要求。10 水泵的選型10.1冷凍水泵選型取冷凍水供回水溫差5計算，冷凍水流量約為11.94kg/s，取1.1安全系數。冷凍水泵流量選擇13.13kg/s，即47.3T/h。揚程按下式計算5：式中hf、hd-水系統總的沿程阻力和局部阻力損失，Pa；hm-設備阻力損失，Pa；本工程Hp=226+90=316kPa，取1.1安全系數水泵揚程選擇348kPa，即35.5 mH2O。選擇ISG80-200B型立式管道離心泵，性能參數如下：流量揚程轉速汽蝕余量效率功率(kW)重量外形尺寸口徑DN(mm)(m3/h)(m)(r/min)(m)(%)軸功率配帶功率(kg)長寬高進水出水2840.529003.4565.527.597450410695808040383.5656.3752334.7676.98冷凍水泵選擇一用一備的方式