1、 1杭州某学校实验室空调系统设计计算说明书1.工程概况本工程位于杭州市，为某大学的高精度的恒温恒湿教学实验室的空调设计。实验室位于六层实验楼的第五层，层高为 3.9 米。空调区为两间恒温恒湿实验室，面积分别为 67.2m2，56.4 m 2，总面积为 123.6 m2。与空调区同层的相邻室内空间走廊、机房、楼梯间均为非空调区；垂直的相邻室内空间第四层和第六层均为空调区。维护结构作法：（1）内外墙厚均为 240mm，K=2.25W/(m 2)；（2）隔断厚 120mm。（3）外窗为单层铝合金框玻璃窗，长宽=3600 mm2200 mm。2.设计参数2.1 室外设计参数由空气调节设计手册可查的杭州
2、当地的设计参数：（1）地理位置 北纬 30.14、东经 120.10；（2）大气压力 冬季 102090Pa、夏季 100050 Pa；（3）室外空气参数 夏季空调室外计算干球温度 tw 35.7 ；夏季空调室外计算湿球温度 ts 28.5；夏季空调室外日平均温度 twp 31.5；夏季通风室外计算温度 33.0；冬季空调室外计算干球温度 -4；冬季通风室外计算温度 4；冬季室外计算相对湿度 77%；夏季室外计算相对湿度 62%；夏季室外平均风速 2.2 m/s；冬季室外平均风速 2.3 m/s；2.2 室内设计参数由空调课程设计任务书可知室内设计参数如下：室内空气计算温度 t Nx =201
3、；室内空气计算相对湿度 056n3.空调冷湿负荷计算空调房间的冷(热)、湿负荷是确定空调系统送风量和选取空调设备的基本依据。在室内外热、湿扰量的作用下，某一时刻进入房间的总热量和湿量叫做该时刻的得热量和得湿量。冷负荷的含义是维持一定的室内热湿环境所需要的在单位时间内从室内除去的热量，包括显热量和潜热量两部分。热负荷的含义是维持一定室内的热湿环境所需要的在单位时间内向室内加入的热量，也同样包括显热负荷和潜热负荷量部分。湿负荷的含义是维持室内恒定的相对湿度所需除去的湿量。采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003）规定：空调区的夏季2计算得热量，包括：通过围护结构传入的热量，通过外窗进入
4、的太阳辐射热量，人体散热量，照明散热量，设备、器具、管道及其内部热源的散热量，食品或物料的散热量，渗透空气带入的热量。3.1 空调冷负荷的计算该实验室为教学实验室，其开放时间为 8:0021:00，实验室的实验人员为实验室 1 有 30 人，实验室 2 有 20 人。3.1.1 围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法1. 外墙瞬时传热引起的冷负荷CL=FK(twl+td)kk-tnx (2-1)式中： CL外墙和屋顶瞬变传热引起的逐时冷负荷，W；F外墙的面积，m 2；K外墙传热系数，取 2.25W/(m2) ；tNx室内计算温度， ；twl 外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，；td地点修正值；k
5、吸收系数修正值，取 1.04；k外表面换热系数修正值，取 1.0。实验室 1 北外墙瞬时传热引起的冷负荷计算结果列于表 1。2.内墙稳态传热引起的冷负荷CL=FKtwp+t ls-tnx （2-2）式中： CL、F、K、t Nx同式（ 2-1）；t ls邻室计算平均温度与夏季空气调节室外计算日平均温度的差值，；twp夏季空气调节室外计算日平均温度， ，t wp=35.1。实验室 1 西内墙稳态传热引起的冷负荷计算结果列于表 2。3. 外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷CL=CwKwFw(twl+tdt nx) (2-3)式中 ：CL、t nx同式（2-1）；Kw 外玻璃窗传热系数， W/(m2k )
6、；Fw 窗口面积，m 2；3twl 外玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，；Cw 玻璃窗传热系数的修正值，取 Cw=1.0；td 地点修正值，取 td=3。根据 i=8.7w/m2.K,o=15.82w/m 2.K(o=3.5+5.6*v 取 v=2.2m/s),可知 Kw=5.62W/(m2k )实验室 1 北外窗瞬变传热引起的冷负荷计算结果列于表 3。3.1.2 透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷CLQ=CFwCsCiDjmaxCLQ (2-4)式中 ：CLQ透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷，W；Ca 有效面积系数；Fw 窗口面积，m 2；Cs 窗玻璃的遮阳系数；Ci 窗内遮阳设施的遮阳系数；Djm
7、ax日射得热因数；CLQ 窗玻璃冷负荷系数。由规范可知：单层铝合金框玻璃窗有效面积系数 Ca=0.85；窗内遮阳设施设施为中间色活动百叶帘 Ci=0.60；玻璃为普通玻璃，C s=1.0；杭州纬度 30.14，DJmax=115w/，杭州为北区，可查知北区内有遮阳的玻璃窗冷负荷的逐时值，列于表 4 中。3.1.3 室内热源造成的冷负荷1.照明散热形成的冷负荷(荧光灯)CL=1000n1n2NCLQ (2-5)式中 ：CL灯具散热形成的冷负荷，W；N 照明灯具所需功率,kw；n1镇流器消耗公率系数；n2灯罩隔热系数；CLQ照明散热冷负荷系数。由于暗装荧光灯，安装荧光灯镇流器，设在顶棚内，取 n1
8、=1.0，灯罩隔热系数 n2=0.6，室内照明采用 40w 的暗装荧光灯，每个实验室 12 支荧光灯，开灯时间为上午 8:00 至晚上 21:00，计算结果见表 5。2. 人体散热形成的冷负荷4(1)人体显热散热形成的冷负荷CLs=qs*n*CLQ (2-6)式中：qs不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W，取 qs=90W；n室内全部人数；群集系数，取 0.9；CLQ人体显热散热冷负荷系数。实验室 1 人体显热散热形成的冷负荷计算结果列于表 6。(2)人体潜热散热引起的冷负荷CLq=q2n (2-6)式中：q2不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量 W，取 q2=90W；n，同上。实验室工作
9、属于轻度劳动，当室温 20时，成年男子每人散发的显热和潜热量为 90w 和 90w，群集系数 =0.90。实验室 1 人体潜热散热引起的冷负荷计算结果列于表 7。表 1 实验室 1 北外墙瞬时传热引起的冷负荷时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00twl 32.3 32.1 31.8 31.6 31.4 31.3 31.2 31.2 31.3 31.4 31.6 31.8 32.1 32.4td 1.2k 1.04k 1twl 34.84 34.63 34.32 34
10、.11 33.9 33.8 33.7 33.7 33.8 33.9 34.11 34.32 34.63 34.94tnx 20F 30.96K 2.25CL 1034 1019 997.5 983 968.6 961.3 954.1 954.1 961.3 968.6 983 997.5 1019 1041表 2 西内墙传热冷负荷twp 31.50 t ls 7.00 tnx 20.00 F 7.02 5K 2.25 CL 292.21 表 3 实验室 1 北外窗瞬变传热引起的冷负荷时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 1
11、7:00 18:00 19:00 20:00 21:00twl 26.9 27.9 29 29.9 30.8 31.5 31.9 32.2 32.2 32 31.6 30.8 29.9 29.1td 3tnx 20F 15.84K 5.62Cw 1CL 881.3 970.3 1068 1148 1228 1291 1326 1353 1353 1335 1300 1228 1148 1077表 4 北外窗日射得热形成的冷负荷时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00C
12、LQ 0.54 0.65 0.75 0.81 0.83 0.79 0.79 0.71 0.6 0.61 0.68 0.17 0.16 0.15Ca 0.85Cs 1F 15.84Ci 0.6Djmax115CL 501.7 603.9 696.8 752.5 771.1 733.9 733.9 659.6 557.4 566.7 631.7 157.9 148.6 139.4表 5 照明设备冷负荷时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00CLQ 0.58 0.75 0.
13、79 0.8 0.81 0.82 0.83 0.84 0.86 0.87 0.39 0.35 0.31 0.25N 0.04n1 1n2 0.6CL 13.92 18 18.96 19.2 19.44 19.68 19.92 20.16 20.64 20.88 9.36 8.4 7.44 6表 6 人体显热散热形成的冷负荷时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00CLs 0.53 0.62 0.69 0.74 0.77 0.8 0.83 0.85 0.87 0.89 0
14、.42 0.34 0.28 0.23n 30 0.96qs 90CL 1288 1507 1677 1798 1871 1944 2017 2066 2114 2163 1021 826.2 680.4 588.9表 7 人体潜热散热冷负荷n 30 0.9qs 90CLq 2430表 8 实验室 1 各分项逐时冷负荷汇总时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00北外墙 1034 1019 997.5 983 968.6 961.3 954.1 954.1 961.3 9
15、68.6 983 997.5 1019 1041西外墙 661.3 644 626.6 609.3 595.4 581.5 571.1 560.7 557.3 557.3 560.7 574.6 591.9 616.2东外墙 595.6 578.4 568.1 561.2 561.2 568.1 581.8 599.1 616.3 633.6 647.4 661.2 671.5 678.4外窗传热 881.3 970.3 1068 1148 1228 1291 1326 1353 1353 1335 1300 1228 1148 1077日射特热 501.7 603.9 696.8 752.5
16、 771.1 733.9 733.9 659.6 557.4 566.7 631.7 157.9 148.6 139.4西内墙 292.2东内墙 213.2南内墙 248.8照明冷负荷 13.92 18 18.96 19.2 19.44 19.68 19.92 20.16 20.64 20.88 9.36 8.4 7.44 6人体显热 1288 1507 1677 1798 1871 1944 2017 2066 2114 2163 1021 826.2 680.4 558.9人体潜热 2430总计 8160 8525 8837 9056 9199 9284 9388 9396 9364 94
17、29 8337 7639 7452 7301表 9 实验室 2 各分项逐时冷负荷汇总时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00西内墙 925.3 925.3 925.3 925.3 925.3 925.3 925.3 925.3 925.3 925.3 925.3 925.3 925.3 925.3东内墙 675.2 675.2 675.2 675.2 675.2 675.2 675.2 675.2 675.2 675.2 675.2 675.2 675.2 675.2
18、南内墙 1173 1173 1173 1173 1173 1173 1173 1173 1173 1173 1173 1173 1173 1173照明冷负荷 13.92 18 18.96 19.2 19.44 19.68 19.92 20.16 20.64 20.88 9.36 8.4 7.44 6人体显热 858.6 1004 1118 1199 1247 1296 1345 1377 1409 1442 680.4 550.8 453.6 372.6人体潜热 2025 2025 2025 2025 2025 2025 2025 2025 2025 2025 2025 2025 2025 2
19、025总计 5671 5821 5935 6016 6065 6114 6163 6195 6228 6261 5488 5358 5259 5177表 10 实验室总冷负荷时间 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00实验室 1 8160 8525 8837 9056 9199 9284 9388 9396 9364 9429 8337 7639 7452 7301实验室 2 20:36 5821 5935 6016 6065 6114 6163 6195 6228 62
20、61 5488 5358 5259 51777总计 13831 14345 14772 15072 15265 15398 15551 15592 15593 15690 13825 12996 12711 12478由计算结果可知，负荷最大值出现在下午 5 点，其值为 15592kW。3.2 散湿量人体散湿量可按下式计算：D=0.001ng (2-7) 式中：D 人体散湿量, Kg/h；g成年男子的小时散湿量； n室内全部人数；群集系数。实验室工作属于轻度劳动，当室温 20时，成年男子的小时散湿量为134g/h，群集系数 =0.90。实验室 1 的人体散湿量相同，就为 D=0.001*30*
21、134*0.9=3.618 Kg/h。实验室 2 的人体散湿量相同，就为 D=0.001*20*134*0.9=2.412 Kg/h。4. 空调系统的选择公共建筑节能设计规范 （GB50189-2005）5.3.2 规定：房间面积或空间较大，人员较多或有必要集中进行温湿度控制的空气调节区，其空气调节风系统宜采用全空气系统，不宜采用风机盘管系统。采暖通风与空气调节设计规范 （GB50019-2003）6.3.5 规定：当空气调节区允许采用较大送风温差或室内散湿量较大时，应采用具有一次回风的全空气定风量空气调节系统。集中全空气系统采用存在风管占用空间较大的缺点，但人员较多的空气调节区新风比例较大，
22、与风机盘管加新风等半集中式空气-水式系统相比，多占用空间不明显，人员较多的大空间空调负荷和风量较大，便于独立设置空调风系统，集中式全空气定风量系统易于改变新回风比例，必要时可实现全新风系统，能够获得较大的节能效果，且设备集中，便于维修管理。集中式全空气定风量系统易于消除噪声、过滤净化和控制空气调节区温湿度，且气流组织稳定。本次设计中，实验室的层高较高达到 3.9m，所以采用的是一次回风的全空气定风量空气调节系统。5. 送风量和送风状态的确定1、热湿比的确定： WQ实验室 1 的热湿比 1=9382，实验室 2 的热湿比 2=9345。总热湿比 总 =9367。所以两个实验室的热湿比基本相等，可
23、以采用相同的送风状态送风。取共同的热湿比 =9367。2、确定送风状态点：在 i-d 图（见附图）上确定室内状态点 N 点，tn=20 ，h n=42.5 kJ/kg，d n=8.8 g/kg，过 N 点作热湿比线 9350 线，送风温8差为 8，确定送风状态点 O，t o=12，h o=31kJ/kg，d o=7.6g/kg.3、送风量确定： ONmhQq，即 2380 m3/h；)/(819.035.4291 skghqONm，即 1580 m3/h；)/(462Q所以，总送风量为 hqm/3960281504、新风量的确定：该实验室的工作性质类同于办公室，新风量去 30 m3/（h人）.
24、新风量 )/(033. hqw5、确定新回风混合状态点由 = = ，用作图法在 NW 线上确定 C 点，h c=62kj/kg。NWC9615查图可得 hL=28.5 kj/kg。空气处理过程如下图6、系统需要的冷量Qo=qm(hc-hL)=1.363(62-28.5)=43.66kw7、系统所需的热量Qo=qm(hc-hL)=1.363(31-28.5)=3.41kw6.空气处理设备确定根据送风量和系统冷量为一层选用空调机组，经查样本选用北京明力空调设备有限公司生产的 ZK04 -8QZ 型空气处理机组一台，其机组性能参数如下。9额定风量 m3：4000；制冷量 Kw：44.56；制热量 K
25、w：72.22；风机流量 m3/h：4095；7.风系统计算计算对于民用舒适性空调，风管材料一般采用薄钢板涂漆或镀锌薄钢板，本设计采用镀锌薄钢板，该种材料做成的风管使用寿命长，摩擦阻力小，风道制作快速方便，通常可在工厂预制后送至工地，也可在施工现场临时制作。风管的形状一般为圆形和矩形，圆形风管强度大，耗材量少，但占有效空间大，其弯头与三通需较长距离，矩形风管占由空间较小，易于布置、明装较美观的特点。本设计采用矩形风管，而且矩形风管的高宽比控制在 2.5 以下。风管用镀锌薄钢板制作，用带玻璃布铝箔防潮层的离心玻璃棉板材保温，保温层厚度 30mm。按房间的空间结构布置送回风管的走向（见图纸） ，并
26、计算各管段的风量。吊顶中留给空调的高度约为 900mm。送回风管空间交汇处，回风管干管安置在送风干管上部。根据室内允许噪声的要求，风管干管流速取69m/s，支管取 34.5m/s 来确定管径(具体尺寸见图纸)。风管最不利点压力损失计算绘制全空气系统最不利环路的轴测图如下图，标出各段标号、长度、流量、管径（见附录） 。镀锌钢板粗糙度 K 取 0.15。列表计算压力损失，校核空调机组的余压值是否满足需要。相关计算公式及依据如下：10流速 baqDv360单位长度沿程阻力由流速、管径，查阻力线图而得；沿程阻力管段长度 * 单位长度沿程阻力；局部阻力局部阻力系数沿程阻力损失，局部阻力系数取 1.3；总
27、阻力沿程阻力局部阻力。现以二层左侧空调系统为例进行水力计算，计算结果如下表（十三）：风管最不利环路水力计算表管段 流量 q（m3/h） 管道宽 a（m） 管道高 b（m） 长度 l（m） 流速 (m/s)R(Pa/m)Py(Pa)沿程损失(Pa)局部阻力损失(Pa)总阻力(Pa)0-1 396.70 0.16 0.16 2.80 4.30 1.40 3.921-2 793.40 0.32 0.16 3.54 4.30 0.90 3.182-3 1586.80 0.32 0.20 2.94 6.89 1.50 4.413-4 2380.00 0.32 0.32 5.93 6.46 1.05 6.
28、234-5 3960.00 0.40 0.32 7.24 8.59 1.20 8.6926.43 34.36 60.78而所选空调机组 DBFP8 的机组余压为 170Pa，故满足最不利点的要求。8.气流组织计算本工程空调区送回风方式采用上送上回式，中间采用方形散流器送风，回风口设在南北两侧。散流器平送流型送风射流沿着顶棚径向流动形成贴附射流，使工作区容易由稳定而均匀的温度和风速，当有吊顶可以利用或由设置吊顶的可能性时，采用散流器送风既能满足使用要求，又比较美观，是常见的送风形式。以实验 1 为例计算，空调区的尺寸为 L=12m，B=5.6m，H=3.0m，总送风量为 0.66m/s，送风温度
29、 to=12，工作区温度为 20。1.布置散流器 将空调区进行细分，将空调区分成 6 干 42.8 小区域，每个区域为一个散流器的服务区域，散流器的数量 n=6 个.2.选用方形散流器，假定散流器喉口风速 Vd=4m/s，则单个散流器喉部面积为 ；0275.64.*nVqdv选用喉口尺寸为 160160mm 的方形散流器，则喉部实际风速为 Vd=m/s；9.1.0散流器实际出口面积约为喉部面积的 90%，则散流器的有效面积 F=90%0.160.0.16=0.023；散流器出口风速为 Vo=Vd/90%=4.77m/s.3.计算射程X= mXFkoxo 95.107.5.02374.1式中：x
30、以散流器中心为起点的射流水平距离；Vx在 x 处的最大风速（m/s）；11Vo散流器出口风速（m/s）；Xo 自散流器中心算起到射流外观原点的距离，对于多层锥面型为0.07m；F散流器的有效流通面积（）；K系数，多层锥面散流器为 1.4，盘式散流器为 1.1。散流器中心到区域边缘距离为 2m，根据要求，散流器的射程为散流器中心到房间或区域边缘的 75%，所需射程为 20.75=1. 51.955。4.室内计算平均风速Vm= smHLr /1.0).34/12(958.0)4/(38.02/22 式中 ：L散流器服务区边长，（m）；H房间净高，（m）；r射流射程与边长 L 之比 因此 rL 即为
31、射程。夏季工况送冷风，则室内平均风速为 0.0591.2=0.133m/s,满足舒适性空调夏季室内风速不应大于 0.3m/s 的要求。5.校核轴心温差衰减93.082.45odxtVt满足要求。可用同样的方法计算得实验室 2 亦满足要求。9.制冷机组等设备选型由前面的计算知，系统最大计算冷负荷是 43.66kW，考虑误差、摩擦阻力、温升等因素，取 1.1 的修正系数，则总的冷负荷是 48.01kW。根据建筑条件选择风冷热泵机组安装在屋顶，机组品牌为约克，型号为YHAC50CE110 型，制冷量为 49kW，制热量为 55kW。输入功率 17.5kW，压缩机为涡旋式。10.冬季热负荷的计算和校验
32、围护结构的基本耗热量 ()nwqKFta式中: 温差修正系数；F围护结构传热面积；K围护结构冬季传热系；tn冬季室内计算温度； 冬季室外空气计算温度；w包括基本耗热量和附加耗热量，附加耗热量按基本耗热量的百分率确定。此建筑只考虑朝向修正率。北：10%；东西：-5由于空调建筑室内保持正压，因而在空调系统工作的情况下，不计算门窗缝隙、门渗入室内的冷空气引起的耗热量。根据以上公式计算冬季空调热和负荷结果如下，详细计算请参考附表，冬12季空调总热负荷约为：43000W总负荷小于夏季总负荷，机组选择按夏季确定11.管道保温设计的考虑11.1 保温材料的选用保温材料的热工性能主要取决于其导热系数，导热系数
33、越大，说明性能越差，保温效果也越差，因此选择导热系数低的保温材料是首要原则。同时综合考虑保温材料的吸水率、使用温度范围、使用寿命、抗老化性、机械强度、防火性能、造价及经济性，可以在本设计中对供回水管及风管的保温材料均采用带有网格线铝箔帖面的防潮离心玻璃棉。11.2 保温管道防结露下表为各管径下要求的防结露厚度。保温材料(玻璃棉)的防结露厚度表 管径 DN15 DN20 DN25 DN32 DN40 DN50 DN70 DN80 DN100厚度mm 11 12 12.5 13 13.5 14 14.5 14.5 1511.3 保温材料的经济厚度从上面可以选出冷介质管道防结露所需的最小保温厚度。应
34、该明确的是,除空气凝结水管外,其余计算的保温防结露厚度通常都不是最经济的厚度而只是满足了最低使用要求的厚度。关于经济厚度,要考虑以下一些因素：1、保温材料的类型及造价(包括各种施工、管理等费用)；2、冷（热）损失对系统的影响；3、空调系统及冷源形式；4、保温层所占的空间对整个建筑投资的影响；5、保温材料的使用寿命。本设计以下表作为经济厚度的参考，因此供回水管及风管的保温材料可以选用30mm厚的采用带有网格线铝箔帖面的防潮离心玻璃棉。保温材料的选用厚度表 空调水管材料 玻璃棉 12.空调系统消声设计噪声的控制方法主要有隔声、吸声和消声三种。本空调系统的噪声主要是风道系统中气流噪声和空调设备产生的
35、噪声。隔声是减少噪声对其它室内干扰的方法。一个房间隔声效果的好坏取决于整个房间的隔墙、楼板及门窗的综合处理，所以，凡是管道穿过空调房间的围护结构其孔洞四周的缝隙必须用弹性材料填充实心密实。12.1 空调系统的消声设计1、由于风管内气流流速和压力的变化以及对管壁和障碍物的作用而引起的气流噪声，设计中相应考虑风速选择，总干管风速 69 m/s，支管风速34.5m/s。2、在机组和风管接头及吸风口处都采用软管连接，同时管道的支架、吊架13均采用橡胶减振。3、空气处理机组和新风机组静压箱内贴有 5mm 厚的软质海绵吸声材料。4、风管送回风干管段均设有消声箱段。5、将风冷式冷热水机组置于六楼屋面上，可大大降低其对各空调房间的噪声影响。13.参考文献 1 采暖通风与空气调节设计规范（GB500192003） ，北京：中国计划出版社. 2001.2 黄翔. 空调工程，北京：机械工业出版社. 2008.3 王汉青，通风工程，北京：机械工业出版社，2007.4 陆耀庆. 实用供热空调设计手册，北京：中国建筑工业出版社. 2007.5 公共建筑节能设计标准（GB50189-2005） ，北京：中国计划出版社.2005.6 暖通空调制图标准（GB/T50114-2001） ，北京：中国计划出版社.2001.7 付祥钊. 流体输配管网，北京：中国建筑工业出版社.2005.
