1、中央空调冷负荷计算2008-10-27 21:02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：LQ1 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1 6（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1 7（a）表1 7（g）
2、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 n + 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1-101；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
3、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
4、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1-131 ；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1-141。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，Cs
5、 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1-181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 CLQ1.0。设备和用具的实际显热散热量按下式计
6、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0.7 0.9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
7、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：n4 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：LQ5 =1000NCLQ W (4.13)荧光灯：LQ5 =1000n1n2 NCLQ W (4.14)式中：LQ5 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
8、空调房间内时，取 n11.2；当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时，可取 n11.0；本设计取 n11.0 ；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 n2 0.50.8；而荧光灯罩无通风孔时,取 n20.60.8 ；本设计取 n20.6；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：LQ6qsnnCLQ +qlnn W (4.15)式中：LQ6 人体散热形成的冷负荷，W；qs不同室温和劳动性质成年男
9、子显热散热量，W(见表1-201)；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1-211)。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
10、)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8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:001#421847505011520244265671605863406520647958092#373741394323445345624629469147264740480145313#372341334330447345884661472047
11、224747478445313#(2间 )744682668660894691769322944094449494956890624#341438244021416442794352441144394438447542504#(3间 )1024211472120634.4 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
12、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/hG
13、w 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 tw 和湿球温度 tws 确定新风状态点 W，得出新风的焓 hW；根据室内空气的设计温度 tN 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 hN。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
14、=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 Q0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 Kf=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.
15、05 1.10；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 Q0=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；
16、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(52.5-4
17、4.9)=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=1807m/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3749 0.91=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
18、W单台中速风量 m3/ h单台全冷量 W水流量Kg/h水压降KPa台数1#FP-10WA625019404580/2810374959215.422#FP-12.5WA480119402861101042206563.713#FP-12.5WA478419402844101042206563.714#FP-12.5WA447519402844101042206563.715#FP-14WA499319403053117646216504.315.2 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 m3/ h所需要新风负荷 KW型号额定风量 m3/ h冷量KW盘管数量电机功率 KW水
19、流量Kg/h水压降Kpa余压Pa西区150019.53FPG4-20D200020.94排0.371.1614.3220东区180023.28FPG6-20D200027.86排0.371.54261706 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
20、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
21、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
22、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Pe=e v 2/2 g mH2O （6.1）沿程阻力系数 e=0.025L/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：Pm=v 2/2 g mH2O （6.3 ）3）水管总阻力P=Pe+Pj mH2O （6.4）4)确定管径 mm （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 公称直径：DNV（m/s）
