毕业设计论文广场空调系统设计文档格式.docx
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g重力加速度m/s2
h局部阻力Pa
hf沿程阻力Pa
Cp定压比热kJ/kg.℃
Φ相对湿度%
F面积m2
Y效率
Q新风量m3/h
i焓值kJ/kg
δ厚度m
1原始资料
1.1工程名称及概况:
本设计是郑州市时代广场空调系统及冷冻站设计,主要内容包括了冷冻站及空调风系统、空调水系统的全面设计。
该综合楼的建筑状况:
共有十一层,其中地下一层,地上十层。
地下一层为冷冻站。
一层为服务大厅有:
大堂,营业厅,办公室。
此大楼地上总建筑面积为32370.7平方米,地下752.5平方米。
总建筑高度31米,地下室5米,一层为4米,二至十层为3.0米。
1.2气象资料及室内设计参数:
1.2.1气象资料:
地点:
郑州
北纬:
34°
43′
东经:
113°
39′
海拔:
396.9m
夏季
大气压:
971.9hPa
室外计算日平均温度35.6℃
室外干球温度:
34.9℃
室外湿球温度:
27.4℃
室外平均风速:
2.2m/s
密度:
1.136Kg/m³
相对湿度:
71.26%
含湿量:
20.87g/kg
露点温度:
26.60℃
焓值:
84.14kj/kg
水蒸气分压力:
3113.6Pa
饱和水蒸气分压力:
4369.435Pa
冬季
990.4hPa
采暖计算温度:
-5℃
空调计算温度:
-7℃
室外相对湿度:
68%
1.326Kg/m3
1.8m/s
0.94kj/kg
湿球温度:
-2℃
-7.29℃
2.00g/kg
328.12Pa
437.50Pa
室内设计参数:
序号
房间名称
t
ψ
新风量(m3/h.p)
冬
夏
1
客房
21~22
24~25
≧40
≦60
30
2
餐厅、多功能厅
20~21
25~26
≦65
3
会议室
4
大堂
19~20
18
1.3动力资料:
(1)冷源:
为冷水机组
(2)水源:
城市自来水
(3)电源:
220/380v交流电
1.4土建资料:
(1)外墙体:
根据《节能规范》及建筑条件图选12号中型墙计算K=1.07(w/m²
*k)
(2)内墙体:
δ=120mm红砖抹灰K=1.3(w/m²
(3)屋面:
根据建筑条件K=0.48(w/m²
(4)门窗:
单层玻璃钢窗K=2.37(w/m²
(5)层高:
地下室5.0m,一层大厅为4.0m,二至十层均为3.0m.。
2负荷计算
2.1冬季空调热负荷计算:
2.1.1墙体、地面、天棚、门窗形成的负荷计算
墙体、地面、天棚、门窗的热负荷可由下式计算:
(2—1)
式中:
—围护结构的基本耗热量
—围护结构的面积
—围护结构的传热系数
.℃
—空调室外计算温度℃
—空调房间冬季设计温度℃
—计算温度修正系数
此外,负荷计算时还应注意以下几点:
(1)计算时宜选用不同朝向的修正系数。
(2)由于本设计为综合楼建筑,处于市区内,风向修正为0。
(3)高度修正:
当房间高度大于4m时,高出1m应附加2%,但总的附加率应不大于15%。
房间高度小于4m不加修正。
(4)对于有正压要求的房间,可不算门窗冷风侵入和渗入,朝向修正照常。
但有负压要求的房间如公共卫生间、浴室则需计算门窗冷风侵入和渗入。
(5)本设计选取典型房间计算热负荷,其它相同房间可参照其热负荷值。
2.2夏季空调冷负荷的逐时计算:
2.2.1负荷计算方法及公式
(一)、外墙和屋面传热冷负荷计算公式
外墙或屋面传热形成的计算时刻冷负荷Qτ(W),按下式计算:
Qτ=KFΔtτ-ξ
(2-2)
式中
F—计算面积,㎡;
τ—计算时刻,
τ-ξ—温度波的作用时刻,即温度波作用于外墙或屋面外侧的时刻。
(二)、外窗的温差传热冷负荷
通过外窗温差传热形成的计算时刻冷负荷Qτ按下式计算:
Qτ=KFΔtτ(2-3)
Δtτ—计算时刻下的负荷温差,℃;
K—传热系数。
(三)、外窗太阳辐射冷负荷
透过外窗的太阳辐射形成的计算时刻冷负荷Qτ,应根据不同情况分别按下列各式计算:
1.当外窗无任何遮阳设施时
Qτ=FCsCaJwτ(2-4)
Jwτ—计算时刻下太阳总辐射负荷强度,W/㎡;
2.当外窗只有内遮阳设施时
Qτ=FCsCaCnJwτ(2-5)
3.当外窗只有外遮阳板时
Qτ=[F1Jnτ+FJnnτ]CsCa(2-6)
注:
对于北纬27度以南地区的南窗,可不考虑外遮阳板的作用,直接按式(3.1)计算。
4.当窗口既有内遮阳设施又有外遮阳板时
Qτ=[F1Jnτ+FJnnτ]CsCnCa(2-7)
Jnτ—计算时刻下,标准玻璃窗的直射辐射照度,W/㎡;
Jnnτ—计算时刻下,标准玻璃窗的散热辐射照度,W/㎡;
F1—窗上收太阳直射照射的面积;
F—外窗面积(包括窗框、即窗的墙洞面积)㎡
Ccl、CclN—冷负荷系数(CclN为北向冷负荷系数),无因次,按纬度取值;
Ca—窗的有效面积系数;
Cs—窗玻璃的遮挡系数;
Cn—窗内遮阳设施的遮阳系数;
对于北纬27度以南地区的南窗,可不考虑外遮阳板的作用,直接按式(2-5)计算。
(四)、人体冷负荷
人体显热散热形成的计算时刻冷负荷Q,按下式计算:
Qτ=nq1CclrCr(2-8)
Cr—群体系数;
n—计算时刻空调房间内的总人数;
q1—一名成年男子小时显热散热量,W;
Cclr—人体显热散热冷负荷系数。
(五)、灯光冷负荷
照明设备散热形成的计算时刻冷负荷Qτ,应根据灯具的种类和安装情况分别按下列各式计算:
1.白只灯和镇流器在空调房间外的荧光灯
Q=1000n1NXτ-T(2-9)
2.镇流器装在空调房间内的荧光灯
Q=1200n1NXτ-T(2-10)
3.暗装在吊顶玻璃罩内的荧光灯
Q=1000n0NXτ-T(2-11)
N—照明设备的安装功率,kW;
n0—考虑玻璃反射,顶棚内通风情况的系数,当荧光灯罩有小孔,利用自然通风散热于顶棚内时,取为0.5-0.6,荧光灯罩无通风孔时,视顶棚内通风情况取为0.6-0.8;
n1—同时使用系数,一般为0.5-0.8;
T—开灯时刻;
τ-T—从开灯时刻算起到计算时刻的时间,h;
Xτ-T—τ-T时间照明散热的冷负荷系数。
(六)、设备冷负荷
热设备及热表面散热形成的计算时刻冷负荷Qτ,按下式计算:
Qτ=qsXτ-T(2-12)
T—热源投入使用的时刻,点钟;
τ-T—从热源投入使用的时刻算起到计算时刻的时间,h;
Xτ-T—τ-T时间设备、器具散热的冷负荷系数;
qs—热源的实际散热量,W。
电热、电动设备散热量的计算方法如下:
1.电热设备散热量
qs=1000n1n2n3n4N(2-13)
2.电动机和工艺设备均在空调房间内的散发量
qs=1000n1aN(2-14)
3.只有电动机在空调房间内的散热量
qs=1000n1a(1-η)N(2-15)
4.只有工艺设备在空调房间内的散热量
qs=1000n1aηN(2-16)
N—设备的总安装功率,kW;
η—电动机的效率;
n1—同时使用系数,一般可取0.5-1.0;
n2—利用系数,一般可取0.7-0.9;
n3—小时平均实耗功率与设计最大功率之比,一般可取0.5左右;
n4—通风保温系数;
a—输入功率系数。
详细计算见附录1。
2.3新风负荷计算
夏季空调新风冷负荷
Qc.o=Mo(ho—hR)
式中:
Qc.o-------夏季新风冷负荷,kW;
Mo-------新风量,m³
/h;
ho-------室外空气的焓值,kJ/kg;
hR-------室内空气的焓值,kJ/kg;
3冷热源方案的确定
3.1风冷与水冷机组的比较
3.1.1风冷与水冷机组费用上的比较
一、风冷机组与水冷冷水机组的初投资的比较
风冷热泵机组所需的附属设施为:
冷冻水泵、集水器、分水器而水冷式冷水机组所需的设施为:
专用机房、冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵、集水器、分水器。
从中可以得出在初期投资中风冷热泵机组要小于水冷式冷水机组。
二、风冷热泵机组与水冷冷水机组的运行费用的综合比较
1、电量的比较:
比较两者的耗电量应明确机组装机容量与耗电量的区别及负荷分布对机组效率和耗电量的影响。
全负荷时,风冷式冷水机组之冷凝温度高于水冷式机组,故风冷式冷水机组的压缩机需要较大的功率,但是空调负荷在整个夏季的分布式及不均匀的,所以机组在最大负荷下运行的时间是极其有限的。
风冷式冷水机组的冷凝温度取决于室外干球温度,而水冷式冷水机组的冷凝温度则取决于室外湿球温度。
在一天之内,室外空气干球温度的变化比湿球温度要大得多,在干旱地区甚至可以达到15℃—16℃,而湿球温度在一天之内是变化很小的所以可以认为水冷式机组的冷凝温度在一天之内是几乎不变,而风冷式机组的冷凝温度当室外干球温度下降时随之下降。
2、维护费用的比较:
风冷式冷水机组在维护上只需要对机组本身进行维护而水冷式冷水机组不仅要对机组进行维护对冷却设施也需要很多的维护其中冷却塔的维护费用尤为多,例如风机电机轴承的更换、水泵的轴瓦、轴套的更换、冷却塔的冲洗等等。
结论:
(1)风冷式机组的初投资要比水冷式机组的初投资低但单位制冷耗电量要略高于水冷机组,但风冷机组的年度综合费用与水冷机组基本持平或稍低。
(2)从运行上看,只有在机组年运行时间非常长的情况下,水冷机组才有可能在以后慢慢收回高出的那部分投资。
(3)水冷机组冷却水补水量的多少是影响其费用的重要因素。
加强维护管理,减少水消耗量是降低水冷机组费用的重要方面。
3.1.2风冷与水冷机组优缺点比较
同水冷机组相比,风冷机组具有以下优缺点:
不需要占用专门的机房,并且无需安装冷却塔及泵房,维修简单,运行方便,无需专业人员维护。
无冷却水系统,无冷却水系统动力消耗,无冷却水损耗。
空气源热泵体型较大,占地面积大,同时室外机噪声较高,并存在热岛效应,使得外界局部空间环境条件恶化。
冬季在一定的温度和湿度条件下,室外机组需要除霜,浪费能源,相关文献显示除霜损失约占热泵总能耗损失的10%左右;
受室外环境制约:
这是空气源热泵的主要缺点。
在遇到夏季高温和冬季寒冷的天气时热泵的效率大大降低,而且制热量随室外空气温度降低而减少,制冷量随室外温度升高而降低,这与建筑热负荷需求趋势正好相反;
尤其在室外温度低于-8℃时,机组效率极低,甚至无法开机。
本设计采用水冷式冷水机组作为冷源。
3.2冷水机组的确定
3.2.1冷冻站冷负荷的确定
根据以上分析计算冷冻站的设计最大冷负荷,作为选择冷水机类型、台数、确定冷冻站规模的依据。
冷冻站的最大计算冷负荷等于设计计算冷负荷乘以冷量消耗系数,对于一般冷水机组冷量消耗系数取1.05~1.10,氨制冷系统取1.10~1.15。
本设计将采用一般的冷水机组,在此取1.10。
根据冷负荷计算的总冷负荷可知道本建筑中采用水冷式冷水机组承担的设计计算冷负荷为:
426kw,所以冷冻站的最大计算冷负荷为:
426×
1.10=468.6kw。
3.2.2冷水机组类型的选择
制冷机组种类较多,各种制冷机组的容量范围和性能都各有特点及最佳适应条件。
主要应根据用户的经济效益及能耗等优劣状况进行综合分析,全面衡量,一般要考虑以下几点:
1.选择冷水机组的考虑因素:
建筑物的用途。
各类冷水机组的性能和特征。
当地水源(包括水量水温和水质)、电源和热源(包括热源种类、性质及品位)。
建筑物全年空调冷负荷(热负荷)的分布规律。
初投资和运行费用。
对氟利昂类制冷剂限用期限及使用替代制冷剂的可能性。
2.冷水机组的选择注意事项:
在充分考虑上述几方面因素之后,选择冷水机组时,还应注意以下几点:
对大型集中空调系统的冷源,宜选用结构紧凑、占地面积小及压缩机、电动机、冷凝器、蒸发器和自控组件等都组装在同一框架上的冷水机组。
对小型全空气调节系统,宜采用直接蒸发式压缩冷凝机组。
对有合适热源特别是有余热或废热等场所或电力缺乏的场所,宜采用吸收式冷水机组。
制冷机组一般以选用2~4台为宜,中小型规模宜选用2台,较大型可选用3台,特大型可选用4台。
机组之间要考虑其互为备用和切换使用的可能性。
同一机房内可采用不同类型、不同容量的机组搭配的组合式方案,以节约能耗。
并联运行的机组中至少应选择一台自动化程度较高、调节性能较好、能保证部分负荷下能高效运行的机组。
表1是相关规范中的水冷式冷水机组选型范围。
水冷式冷水机组选型范围表3-1
单机名义工况制冷量KW
冷水机组类型
≦116
涡旋式
116-1054
螺杆式
1054-1785
离心式
≧1785
电力驱动的制冷机的制冷系数COP比吸收式制冷机的热力系数高,前者为后者的二倍以上。
能耗由低到高的顺序为:
离心式、螺杆式、活塞式、吸收式(国外机组螺杆式排在离心式之前)。
但各类机组各有其特点,应用其所长。
选择制冷机时应考虑其对环境的污染:
一是噪声与振动,要满足周围环境的要求;
二是制冷剂CFCs对大气臭氧层的危害程度和产生温室效应的大小,特别要注意CFCs的禁用时间表。
在防止CFCs污染方向吸收式制冷机有着明显的优势。
根据以上几点的考虑,本设计选用螺杆式水冷冷水机组。
选择的水冷冷水机组型号为LS-200,LS-250,各一台。
LS-200其性能技术性能参数为:
制冷量215.0kW,数量1台,LS-250其性能技术性能参数为;
291.0KW,数量1台。
总制冷量为506.0kw>
468.6kw。
制冷剂为R22,冷冻水进水温度为12℃,出水温度为7℃。
LS-200,冷冻水流量40m3/h,水侧阻力30kPa,冷却水进水温度30℃,出水温度35℃,冷却水流量65m3/h,水侧阻力35kPa,外形尺寸:
长3460mm,宽1250mm,高1980mm,机组重量1000kg。
LS-250,冷冻水流量50m3/h,水侧阻力35kPa,冷却水进水温度30℃,出水温度35℃,冷却水流量80m3/h,水侧阻力40kPa,外形尺寸:
长3460mm,宽1250mm,高1980mm,机组重量1200kg。
3.3热源的确定
热负荷Q=421kW,换热器选型时换热器的换热量应在此基础上附加10-20%的余量,则Q’=Q×
1.2=505.2kW。
可选用智能型板式换热机组HWHZ/T-0.7,其参数如下:
换热器G×
12-51;
换热面积1万平米;
蒸汽流量0.296kg/s;
换热器压损2/60KPa;
热媒:
60-50℃;
循环泵两台,流量65m^3/h,扬程25米水柱,功率7.5Kw;
补水泵,一台,流量2m^3/h,扬程36米水柱,功率1.1Kw。
机组配置:
传特板式换热器,美国霍尼维尔温控器,单级单吸管道循环泵,多级管道或单级单吸管道补水泵,反冲洗排污过滤器,控制柜。
3.4机房的布置
查参考文献,制冷机房的布置原则如下:
1.制冷机房的位置应尽可能靠近负荷中心,力求缩短输送管道,本设计将机房布置在地下室。
2.大中型制冷机房的主机宜与辅助设备分间布置。
3.在建筑设计中,应根据需要预留大型设备的进出安装和维修的空间,并应配备必要的起吊设备。
4.机房需要设置每小时不小于2次的机械通风,配用的电机必须采用防爆型,并设置必要的消防和安全器材。
5.制冷机房设备布置的间距见下表3-2。
制冷机房设备布置间距表表3-2
项目
间距(m)
主要通道和操作通道宽度
≥1.5
制冷机突出部分与配电盘之间
制冷机突出部分相互之间的距离
≥1.0
制冷机与墙面之间的距离
≥0.8
非主要通道
6.机房内应考虑留出必要的检修用地,当利用通道作为检修用地时,根据设备的种类和规格适当加宽。
根据以上布置原则布置制冷机房,主要布置见图纸。
4空调方案的确定
4.1确定空调系统方案的因素
空调系统的方案确定与很多因素有关,在设计是应与建筑、结构、工艺等专业密切配合,其中主要需考虑以下的因素:
4.1.1.外部环境
(1)气象资料:
建筑物所处的地点,纬度,海拔高度,室外气温、相对湿度、风向、平均风速,冬季和夏季的日照率等。
(2)周围环境:
建筑物周围有无有害气体放散源、灰尘放散源;
周围环境噪声要求;
属于住宅区、混合区还是工业区;
周围建筑的位置、规模和高度;
环保、防火和城市规划等部门对本建筑的要求等。
4.1.2.所设计建筑物的特点
(1)规模:
需要所空调净化的面积,所在的位置。
(2)用途:
目前的用途,今后可能的改变。
(3)室内参数要求:
要求的温度、相对湿度及其允许波动范围,有无区域温差要求;
允许的工作区气流速度和均匀度;
房间的净化要求;
需不需要过滤、需要的净化级别;
噪声的控制要求等。
(4)负荷情况:
房间朝向、围护结构的构造,窗的构造和尺寸;
设备的发热情况,人员及其流动情况,照明等发热情况;
排风量。
(5)能源:
有无区域供热、供冷及其压力、温度,可供应的量、价格等。
4.2空调系统方案的比较及选择
空调系统一般由空气处理设备和空气输送管道以及空气分配装置组成。
根据需要,可以组成许多不同形式的系统。
工程中常用到的空调系统形式有一次回风系统、变风量(VAV)空调系统、风机盘管+新风空调系统、水环热泵空调系统、变制冷剂流量(VRV)空调系统、家用中央空调系统等。
4.2.1空调系统的分类
现如今在我国广泛应用的系统主要有以下几种:
风机盘管加新风系统、制冷剂系统、传统的中央空调、冷热组合系统中的热泵系统及燃气锅炉加制冷系统等。
本设计的空调系统方案确定如下:
该建筑一层各房间均采用全空气一次回风系统;
二至十层各房间均采用风机盘管加独立新风末端设备。
4.2.2房间中的新风送风方式
房间中的新风供应有三种方式:
(1)新风与风机盘管各自送风至空调房间。
这种方式即使风机盘管机组停止运行,新风将保持不变。
(2)新风与风机盘管的出风口处(压出端)混合。
这种方式无需设置专门的新风口,对吊顶布置比较有利;
当风机盘管机组运行时,要求新风提高在该处的压力。
这种的方法在卫生条件上较好。
(3)新风与风机盘管回风混合后送入空调房间。
这种方式与上述两种方式比较房间换气次数略有减少;
当风机盘管机组停止运行时,新风量有所减少;
而且新风从回风口吹出,回风口一般都有过滤器,此时过滤器上灰尘将被吹入房间。
根据最新的空调卫生标准次种送风方式已禁止使用。
所以本设计采用新风与风机盘管的出风口处(压出端)混合的方法。
4.2.3新风处理状态点的分析
房间的显热冷负荷和湿负荷(包括新风负荷)是由风
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