风管系统的设计与计算水系统水力计算样本机房设备选型(部分)运行费用概算

1、第6章 风管系统的设计与计算6.1空气管道设计与计算说明空气管道是空调系统的重要组成部分，承担着传输即定风量以满足空调房间热、湿以及洁净度要求的任务。空气管道系统的设计中应考虑管路之间的平衡、控制噪声水平以及适当的压力损失等方面的问题。虽然在实际的设计总，综合系统平衡、噪声水平、管路阻力特性和造价等各方面的因素而进行最优设计是非常困难的，但在一定范围能，恰当地选择管内流速，使能耗和管道材料及工时费处于合理的水平还是可能的。在设计中，可以根据空调设计相关手册中给出的空气管道内推荐风速值进行管道规格的选择，能够较好的控制这几方面因素。基于推荐风速的空气管道设计和阻力计算方法在相关设计手册中均有较详

2、细的说明，本设计中利用该方法进行空气管道的设计与计算。根据空气处理装置及各送风点所在位置设计送风管道的走向和连接管。同时确定回风管的走向和联接部件。空调机房内的新风通路亦需确定位置与走向。排风系统的设计在空调房间中，在送入的新风量较大，而门窗缝隙在室内外压差下形成的自然渗透风量尚不足以排除多余的风量时，应考虑对空调房间进行适当的排风，从而保证和维持空调室内恒定的正压。空调房间的气流流型主要取决于送风射流，排风口的位置对气流流型影响很小，对区域温差的影响亦小。因此，除了高大空间或面积大而有较高区域温差要求的空调房间外，一般可仅在一侧集中布置排风口。因此也将排风口布置在内墙的下侧，将过量空调风排到

3、走廊，进而进入楼宇大空间以释放空调室过多送风压力，保证空调房间的设计压力。排风量及排风口尺寸的计算，在气流组织章节进行。6.2 空气输送与分配6.2.1 空气管道的设计本设计采用基于推荐风速的空气管道设计和阻力计算法，步骤如下：1. 根据空气处理装置及各送风点所在位置设计风道的走向和联接管，同时确定回风管的走向和联接部件。空调机房内的新风通路和排风通路亦需确定位置与走向。2. 画出空调系统的轴侧的，管段编号并标出长度和风量。3. 根据风速推荐表选择各管段的风速，并计算管道断面。在确定断面时应尽量选用通风管道的统一规格。6.2.2 空气管道阻力计算方法风管的压力损失包括沿程损失和局部损失。沿程损

4、失空气在管内流动时的沿程压力损失：PY=lv2/2D （Pa） 单位风管长度上的沿程损失（即比摩阻）：Rm=v2/2D （Pa/m） 局部损失当气流经过阀门、三通、弯头、风口及变径等和管件时，都将产生局部阻力，从而导致局部损失。局部损失可用下式计算： PJ=v2/2 （Pa） 6.2.3 具体空气管道阻力计算二层办公室风管阻力计算（1）管段1-2局部阻力计算：单层百叶回风口：按有效面积90%查手相关册中局部管件的局部阻力系数得=3.5。取45的矩形渐扩管：=0.11。直流三通：=0.1。调节阀：=0.52。弯头：方形90弯头，b/h=2.5，R/b=0.75，查得=0.29。（2）管段2-3局

5、部阻力计算：直流三通：=0.1。取45的矩形渐扩管：=0.11。（3）管段3-4局部阻力计算：直流三通：=0.1。取45的矩形渐扩管：=0.11。（4）管段4-5局部阻力计算：弯头：方形90弯头，b/h=2.5，R/b=0.75，查得=0.29。取45的矩形渐扩管：=0.11。直流三通：=0.1。 图5-2（5）管段5-6局部阻力计算：直流三通：=0.1。取45的矩形渐扩管：=0.11。（6）管段6-7局部阻力计算：直流三通：=0.1。取45的矩形渐扩管：=0.11。（7）管段7-8局部阻力计算：直流三通：=0.1。矩形渐扩管：取45的矩形渐扩管，=0.1。 （8）管段8-9局部阻力计算：弯头

6、：方形90弯头，b/h=2.5，R/b=0.75，查得=0.29。（9）管段9-10局部阻力计算：管段测口直流，查表得：=0.1。（10）管段10-11局部阻力计算：矩形渐缩管：取45的矩形渐缩管，=0.11。管段测口直流，查表得：=0.1。（11）管段11-12局部阻力计算：矩形渐缩管：取45的矩形渐缩管，=0.1。管段直流，查表得：=0.1。（12）管段12-13局部阻力计算：矩形渐缩管：取45的矩形渐缩管，=0.11。 计算成果如下：二楼大空间办公室序号风量(m3/h)管宽(mm)管高(mm)管长(m)流速m/s R(pa/m)Py动压Pj总阻力1258340025041.620.124

7、0.4975.121.578.068.552311664002504.53.240.4401.9800.216.291.323.303423324004004.54.050.4822.1670.219.832.074.234534985005008.53.890.3402.8880.799.067.1610.0556524763063043.670.2310.9230.218.091.702.6267699663063044.900.3951.5780.114.381.443.0278874580063044.820.3341.3370.2113.942.934.268910494100063

8、044.630.2771.1080.2912.843.724.83910122431500630103.600.1471.4670.37.772.333.801011221542000630104.880.2362.3650.4114.315.878.2311122681820006308.45.910.3392.8540.7820.9716.3619.20121330513148220100063072.280.0550.3832.33.137.197.58系统总阻力为最不利环路1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-12-13-14的阻力之和，即384.67Pa，再加上房间10Pa

9、的正压，则总阻力P=394.67Pa。风机风量 Lf=1.15L=1.1526818=30841m3/h风机风压 Pf=1.15P=1.15394.67=454Pa三楼大空间办公室序号风量(m3/h)管宽(mm)管高(mm)管长(m)流速m/s R(pa/m)Py动压Pj总阻力1256740025051.580.1180.5904.41.496.557.4423113440025053.150.4182.090.395.952.324.4134170140040042.950.2691.0740.215.231.102.1745340250050043.780.3231.2900.218.57

10、1.803.0956510380050043.540.2220.8890.217.531.582.47676804100050043.780.2270.9090.218.571.802.71788505150050043.150.1400.5620.15.950.61.168910206150050043.780.1970.7880.398.573.344.1391011907150063043.500.1390.5570.17.350.731.291011204122000630114.500.2032.2310.4112.154.987.211112300512500630115.300.

11、2602.8590.4116.856.919.7712133345325006308.45.900.3182.6720.6820.8814.2016.871314305141510030150080072.320.0540.3752.33.237.447.81系统总阻力为最不利环路1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-12-13-14-15的阻力之和，即375.53Pa，再加上房间10Pa的正压，则总阻力P=385.53Pa。风机风量 Lf=1.15L=1.1533453=38471m3/h风机风压 Pf=1.15P=1.15385.53=444Pa四至十层新风系统阻力序号风量(m3/h)

12、管宽(mm)管高(mm)管长(m)流速m/s R(pa/m)Py动压Pj总阻力12144200200210.090.184.40.602.642.82232882002001420.3114.360.392.400.945.30348283202008.13.590.7025.690.147.751.086.774513685002008.13.800.6485.2460.148.681.216.465619086302008.14.210.7265.8770.1410.611.497.366721966302008.14.830.9387.5980.6613.989.2316.8378305

13、89219650040013.040.2490.2491.725.559.559.80系统总阻力为最不利环路1-2-3-4-5-6-7-8-9的阻力之和，即365Pa，再加上房间10Pa的正压，则总阻力P=375Pa。风机风量 Lf=1.15L=1.152200=2530m3/h风机风压 Pf=1.15P=1.15375=423Pa第7章 水管系统的设计与计算7.1 空调水系统设计空调工程中水管系统的功能，是为各种空气处理设备和空调终端设备输送冷、热水。对水管系统要求是：1） 具有足够的输送能力，能够满足空调系统对冷、热负荷的要求2） 具有良好的水利工况稳定性3） 调节灵活，能够适应多种负荷工

14、况的要求4） 投资省、运行经济，便于维修管理在本设计中，将围绕上述宗旨进行水系统设计，为达到上述目的，需要首先对空调水系统的形式选择，水系统的形式从不同的角度考虑可以有1）开式系统、闭式系统；2）单式水泵供水系统、复式水泵供水系统；3）同程式和异程式系统；4；定水量系统和变水量系统。下面根据设计要求，对以上系统进行分析比较，并从中选择对中央空调实验设备更适合的系统形式。根据分析可知，闭式系统在很多方面都优于开式系统，在有条件的情况下，应尽量将系统设计为闭式结构。结合冷冻水供回水过程均不经过敞开于大气的设备的实际情况，决定在该部分设计中采用闭式系统形式，而在冷却水系统中则应用较先进的闭式冷却塔，

15、使冷却水系统也为闭式结构，另外，因选用的闭式冷却塔自带了定压装置，因此不需要为冷却水系统设置膨胀水箱。由所学的空调系统知识知道，单式水泵供水是指系统的冷、热源部分设备和负荷部分设备（空调箱、风机盘管机组等）共用水泵的系统形式，这种系统的结构简单、一般投资较复式泵系统小。但其调节作用有限，多用于小型建筑物的空调。复式水泵共水系统是指冷、热源与末端设备分别配置动力水泵，对于有空调分区而且负荷变化规律不一，供水半径相差悬殊的大型建筑物较宜采用，此时，冷、热源侧和末端设备侧分别设置一、二次水泵，构成相互独立的两个环路，可以根据空调分区划分二次环路，以适应不同工况条件，结合本设计中系统较小的情况，选择单

16、式水泵供水系统。在同程式系统中，各并联环路的管路总长度基本相等，故流量分配均衡、系统稳定性好，异程式系统管路简单、管材省，但不利于水力平衡，结合本设计系统小、设备多的特点选择使用同程式系统。这是从调节性能的角度划分的，定水量系统中流量保持不变，当空调房间的负荷发生变化时，通过改变供回水温差来进行调节。在变水量系统中，当空调房间的负荷变化时，系统的供回水温差保持不变，通过改变流量来适应空调房间负荷的变化。由于本设计是空气水风机盘管系统，末端设备风机盘管自身有调节供冷、热量的能力，故采用定水温和水量的系统，在房间要求不能满足时，再通过控制系统改变系统的水流量或水温。结合以上分析，对中央空调实验装置

17、的水系统进行了设计，系统的平面和轴侧视图见相关图纸。7.2 冷冻水系统的水力计算基本公式1)沿程阻力Pe=e v 2/2 g（mH2O） 沿程阻力系数 e=0.025L/d 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） 3）水管总阻 P=Pe+Pj （mH2O） 4)确定管径 （mm） 式中：Vj冷冻水流量,m 3/s ；vj流速,m/s 。空调系统的水系统的管材有镀锌钢管和无缝钢管。当管径DN100mm时可以采用镀锌钢管，其规格用公称直径DN表示；当管径DN100mm时采用无缝钢管，其规格用外径壁厚表示，一般须作二次镀

18、锌。本设计空调水管采用闭式，同程式系统。水平是同程式系统，竖直是异程式系统，立管有2根。阻力计算时选择最不利环路最不利环路阻力计算本设计选择10层1004室的风机盘管为末端设备。从分水器出来回到集水器这段环路中1004室为最不利环路。1）水力计算的步骤：（1）：选定最不利环路，给管段标号。（2）：根据个管段的冷负荷，计算各管段的流量，计算式如下： kg/h 式中： Q管段的冷负荷， W； t 供水回水的温差， （3）：用假定流速法确定管段管径。管段内流速的取值范围如下表： 水管流速表 表7-1管径(mm)400冷冻水0.5-0.80.6-0.90.8-1.21.0-1.51.4-2.01.8-

19、2.5冷却水1.0-1.21.2-1.61.5-2.01.8-2.5根据假定的流速和确定的流量计算出管径，计算式如下： 根据给定的管径规格选选定管径，由确定的管径，计算出管内的实际流速： （4）：计算比摩阻从而计算管段的沿程阻力：沿程阻力的计算式如下： 式中 沿程阻力， R 每米管长的沿程损失（比摩阻），/ L 管段长度，m比摩阻R的计算式为： 式中： 管段的摩擦阻力系数； d 管段的内径，m； 流体在管内的流速，m/s；摩擦阻力系数由柯列勃洛克公式确定： 式中 K 管道的相对粗糙度，本设计中取K=0.15mm； Re 雷洛数。该式为一元方程，用excel可解。（5）：用局部阻力系数法求管段的

20、局部阻力。计算式如下： 式中： 局部阻力，Pa； 管段中总的局部阻力系数。（6）：计算总的阻力，计算式如下：=+ 2）根据前边的计算步骤，对各个管路进行阻力计算计算结果，列出下表：表7-2序号流量Kg/h管径mm管长mVm/sRPa/mPy动压Pj总阻力1-2773DN201.30.606365.02474.531.5183.38275.07749.62-31546DN259.60.750398.743787.990.3281.4584.43872.433-44512DN408.30.950361.813075.370.2450.8590.173165.544-57478DN508.00.94

21、2255.252041.990.2443.5188.712130.695-610444DN709.00.799135.091215.810.2319.2563.851279.666-712073DN701.00.924178.43178.430.1426.6142.66221.097-814185DN70421.086243.4710225.741.0588.92588.9210814.668-914185DN1003.60.44725.4191.490.399.7429.92121.419-1027938DN1003.60.88092.29332.240.1386.9038.69370.93

22、10-1141691DN1003.61.313200.03720.110.1861.5886.16806.2711-1255444DN1503.60.80647.96172.670.1324.8232.48205.1512-1369197DN1503.61.00673.47264.490.1505.9550.60315N1503.61.206104.33375.600.1727.0572.71448.3114-1596229DN150381.339139.215289.90.1978.4797.855387.791-2773DN201.30.606365.02474

23、.533.0183.38550.141024.672-31546DN252.50.750398.74996.851.5281.45422.181419.033-414185DN707.01.086243.471704.290.3588.92176.681880.974-514185DN1003.60.44725.4191.490.399.7429.92121.415-627938DN1003.60.88092.29332.240.1386.9038.69370.936-741691DN1003.61.313200.03720.110.1861.5886.16806.277-855444DN15

24、03.60.80647.96172.670.1324.8232.48205.158-969197DN1503.61.00673.47264.490.1505.9550.60315N1503.61.206104.33375.600.1727.0572.71448.3110-1196229DN150381.339139.215289.90.1978.4797.855387.79管道总压降P=41868.16Pa=41.86Kpa，其中风机盘管的阻力为5 mH20故系统总压降为 H=41.860.1+5=4.19+5=9.19mH20 序号流量(m3/h)管径管长(m)(m

25、/s)R(Pa/m)Py(Pa)动压(Pa)Pj(Pa)Py+Pj(Pa)1-255.40DN12563.981.14117.247500.573.10651.732020.369520.93234.88DN1003.601.10142.00511.180.10602.7060.27571.45317.44DN803.600.95152.96550.650.20452.9890.60641.25411.54DN706.400.88164.271051.351.10389.73428.711480.0654.52DN5020.800.5798.012038.661.10161.75177.932

26、216.5963.41DN4024.900.72212.895300.901.00257.81257.815558.7172.48DN3218.110.69234.374244.381.10236.26259.894504.2780.28DN153.600.39244.14878.890.8077.0061.60940.4992.48DN3216.110.69234.373775.651.10236.26259.894035.54103.41DN4024.900.72212.895300.901.00257.81257.815558.71114.52DN5020.800.5798.012038

27、.661.10161.75177.932216.591211.54DN706.400.88164.271051.351.10389.73428.711480.061317.44DN803.600.95152.96550.650.20452.9890.60641.251434.88DN1003.601.10142.00511.180.10602.7060.27571.451555.40DN12563.981.14117.247500.573.10651.732020.369520.93图7-1 水管系统图空调水系统凝水管考虑风机盘管和机组在运行时产生的冷凝水，必须及时排走，排放凝结水的管路的系统

28、设计中，应注意以下几点：1）风机盘管和机组凝结水盘的进水坡度不应小于0.01。其它水平支干管，沿水流方向，应保持不小于0.002的坡度，且不允许有积水部位；2）冷凝水管道宜采用聚乙烯塑料管或镀锌钢管，不宜采用焊接钢管。采用聚乙烯塑料管时，一般可以不加防止二次结露的保温层，但采用镀锌钢管时应设置保温层。 3)冷凝水管的公称直径D（mm）,一般情况下可以按照机组的冷负荷Q（KW），按照下列数据近似选定冷凝水管的公称直径：Q7KW， DN=20mm;Q=7.1-17.6KW, DN=25mm;Q=17.7-100KW, DN=32mm;Q=101-176KW, DN=40mm;Q=177-598KW

29、, DN=50mm;Q=599-1055KW, DN=80mm;Q=1056-1512KW, DN=100mm;Q=1513-12462KW, DN=125mm;Q12462KW, DN=150mm.本设计的凝水管采用聚乙烯塑料管，可以不加防止二次结露的保温层；风机盘管的凝水管管径与风机盘管的接管管径一致，均为DN20，干管为DN32,就近排放至近的卫生间下水口；新风机组的凝水管管径为DN32，也就近排放至临近的卫生间下水口。7.3 制冷（热）机房的设计7.3.1 冷水机组的选型通过计算本系统的空调设计冷负荷为：QAC=1266.68KW电动冷水机组总容量为 Qe=A1A2A3A4 QAC=1

30、.01.051.01.01266.68=1330.01KW式中：A1同时使用系数，一般在0.61.0范围内； A2冷损失系数，可取1.051.15； A3事故备用量修正系数，可取1.0； A3考虑设备传热及出力效率降低系数，可取1.0； QAC空调设计负荷，W或KW;考虑到本系统所需冷量不是很大，属于中型系统，故采用电制冷半封闭螺杆式比较经济合理。它的优点是高效的换热器，制冷量自动控制，最可靠的机组保护，方便的现场安装，电气高度智能化。半封闭是曲轴箱体与电动机共同构成一个密闭空间，从而取消轴封装置，整机尺寸紧凑。根据冷量选用两台由沈阳第一冷冻机有限公司生产的DLSZ720半封闭螺杆冷水机组。技

31、术参数如下：名义制冷量：716.0KW 耗电量：158.5KW压缩机型式：半封闭单螺杆压缩机 冷冻水进出口管径：DN150冷冻水额定水量：123m3/h 冷冻水侧承压能力：1.6MPa冷冻水侧阻力：0.1 Mpa 冷却水进出口管径：DN125冷却水额定水量：154 m3/h 冷却水侧承压能力：1.0Pa冷却水侧阻力：0.1 Mpa 机组尺寸： 长宽高 420013202130该冷热水机组采用R22制冷工质，COP可达4.5要求。两台机组完全运行时总制冷量为：716.02=1432KW, 满足最大负荷的情况；运行一台 DLSZ720时制冷量716.0KW。7.3.2 分水器和集水器的选择冷水机组

32、生产的冷水送入供水集管，再经供水集管向各支系统或各分区送水，各支系统或各分区的空调回水，先回流至回水集管，然后由水泵送入冷水机组。供回水集管上的各管路均应设置调节阀和压力表，底部应设置排污阀或排污管（一般选用DN40）。供回水集管的管径按其中水的流速为0.50.8 m/s范围确定。管长由所需连接的管的接头个数、管径及间距确定，两相邻管接头中心线间距为两管外径+1200mm，两边管接头中心线距集管断面宜为管外径+60mm。1）集水器的选型计算可按经验公式D=(1.53)dmax来确定直径D,其中dmax=200mm。 D=(1.53)dmax=2200=400mm其中L1=d1+60=40+60

33、=100mm L2=d1+d2+120=40+200+120=360mmL3= d2+d3+120=200+150+120=470mm L4= d3+d4+120=150+150+120=420mmL5= d4+d5+120=150+150+120=420mm L6= d5+d6+120=150+100+120=370mmL7= d6+60=100+60=160mm L=Li=2300mm2）分水器的选型计算可按经验公式D=(1.53)dmax来确定直径D,其中dmax=200mm。 D=(1.53)dmax=2200=400mm其中L1=d1+60=200+60=260mm L2=d1+d2

34、+120=200+150+120=470mmL3= d2+d3+120=150+150+120=420mm L4= d3+d4+120=150+150+120=420mmL5= d4+d5+120=150+100+120=370mm L6= d5+60=100+60=160mmL=Li=2100mm7.3.3 补水定压系统的选型与计算1）有效膨胀容积有效膨胀容积VC是系统内水有低温向高温变化过程中，水的体积膨胀量。水的膨胀系数为0.0006,则： VC=0.0006tV (L) 式中V为系统内的存水量。系统的单位水容量 单位：L/m2 (建筑面积)项目全空气系统空气-水空调系统供冷时0.400

35、.550.701.30供热时1.252.001.201.90在本系统中，单位水容量去1.50，改建筑的建筑面积为12000m2。故V=1.512000=18000 m2，t为水的平均温差，冷水取15，热水取45，则：VC=0.00064518000=486L；注意：本设计是闭式系统用定压罐稳定压力。2）补给水泵的选型与计算补给水泵在闭式系统中起定压补水的作用，是中央空调中广泛采用的定压方式。补给水泵的扬程应保证将水送到系统最高点并留有25mHO的富裕压头。补给水泵的流量营部从系统的漏水量。正常情况下补水量取系统循环水量的1%，事故补水量为正常补水量的的 四倍。水泵扬程： H=42+3=45 m

36、正常情况下的水泵的流量： L=0.01 Lmax =0.01227=2.27 m3/h事故时水泵的流量： L=40.01 Lmax =9.08 m3/h选择两台一用一备。7.3.4 水泵的选型与计算1）空调循环水泵的选型与计算根据选型原则，选择三台空调循环水泵（两用一备）。水泵所承担的供回水管网的最不利环路。（1）水泵流量的确定水泵水量 L=(1.051.1) Lmax（m3/h） 式中 Lmax 冷水机组的冷水流量； 1.051.1 安全系数； 水泵流量 L=1.1123=135.3m3/h（2）水泵扬程H 的确定水泵扬程H 按下式计算：H = Hmax 式中：H水泵扬程，m; Hmax水泵所承担的最不利环路的水压降，m H2O; 扬程储备系数取=1.051.1。总压降为供回水管网最不利环路的水压降，可以按照以下公式估算水泵的扬程：Hmax=hf+hd+hm m H20 式中：hf水系统总的沿程阻力损失，m H20； hd水系统总的局部阻力损失，m H20； hm设备的阻力损失，m H20；蒸发器的局部阻力损失为8m H20，自动控制阀的局部阻力为5 m H20；风机盘管局部阻力损失为5 m H20；最不利环路总