空调工程设计计算说明书

吉林建筑工程学院本科毕业设计

吉林建筑大学课程设计

摘要

本次设计的是沈阳市某商场空调系统。针对该商场的功能要求和特点，以及该地区气象条件和空调要求，为室内工作人员提供舒适的工作环境和为商场顾客营造舒适的购物环境，参考有关文献资料对该商场的中央空调系统进行系统规划、设计计算和设备选型。对其进行了冷负荷的计算，还对商场所需的新风量进行了计算。

关键词空调；冰蓄冷；锅炉；新风；节能

第一章绪论

目录

摘要 I

第1章设计概况 3

第2章设计参数 4

2.1地点 4

2.2室外气象参数 4

2.3室内空气计算参数 4

2.4围护结构参数 5

第3章设计负荷 6

3.1工程 6

3.2设计特点 6

3.2.1空调系统的选择 6

3.2.2冷热源的选择 6

第4章方案布置 7

4.1冷概念 7

4.2主要计算公式 7

4.2.1冷负荷 8

4.2.2热负荷 8

4.2.3湿负荷 11

第5章送风量及新风量的计算 14

5.1送风量的计算 14

5.2新风量的计算 14

5.3确定焓湿图 15

第6章气流组织计算 18

6.1布置原则 18

参考文献 25

附录 26

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第1章设计概况

本次设计的任务是沈阳市华夏商场的空调设计，商场建筑面积1227.01㎡，空调面积1086.70㎡，空调冷负荷102.24W。针对该商场的功能要求和特点，以及该地区气象条件和空调要求，参考有关文献资料对该楼的空调系统进行系统规划、设计计算和设备选型，对其进行了冷负荷的计算，空调系统的选择，空气的处理过程，水力计算，设备管路的选型与布置，气流组织计算与分析，制冷机房设计等。

考虑到建筑本身楼层较高、没有分区的特点，采用全空气系统。把机房布置在一层的设备间。同时对该系统的风管，制冷系统等进行了设计计算。根据计算结果，对性能和经济进行比较和分析，对设备的选择、材料的选用，确保了设备在容量、减震、消声等方面满足人们的要求，符合国家规范标准。

第2章设计参数

2.1地点

辽宁沈阳（北纬41°16′，东经123°26′；海拔41.6）

2.2室外气象参数

1.夏季[1]：

夏季空气调节室外计算温度31.4℃；设计计算相对湿度64%。

2.冬季[1]：

空调计算干球温度：-19℃；

大气压力：102.333kPa。

2.3室内空气计算参数

1.夏季[2]：

室内温度：26℃；相对湿度：40～60%；气流平均速度≤0.03m/s。

2.冬季[2]：

室内温度：20℃；相对湿度：40～60%；气流平均速度≤0.02m/s。

2.4围护结构参数

1.外墙[4]：钢筋混凝土墙体，结构如下图左所示，壁厚δ＝370mm；导热热阻R＝1.11（㎡K∕W•）；

2.内墙[4]：3E墙板，结构如上图右所示，δ=240mm；

3.屋顶[4]结构如下图所示，δ=70mm；导热热阻R＝2.18（㎡K∕W•）；

图2-3

4.传热系数：[2]（2-1）

式中——内表面对流换热表面传热系数，W/(m2℃)；

——墙体厚度，m；

——导热系数，W/(m℃)；

——内表面对流换热表面传热系数，W/(m2℃)；

所以外墙的传热系数：=0.78W/(m2℃)；

内墙的传热系数：=2.09W/(m2℃)；

屋顶的传热系数：=0.43W/(m2℃)。

5．窗户为金属窗框，80%玻璃，双层透明单玻璃，内挂浅色帘，传热系数为=3.05W/(m2℃)。

6.门为保温隔音、单框金属门，传热系数为=5.94W/(m2℃)

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4

第3章设计负荷

3.1工程

本工程位于沈阳市，为综合商场，单层建筑。楼梯大致为长方形，为南北东西走向，总建筑面积为3748.86m2。建筑主体高度为15.5m，采用中央空调空气——水系统。

3.2设计特点

3.2.1空调系统的选择

中央空调和局部空调相比，具有以下优点：

空气调节效果好，可以严格的控制室内温度和室内的相对湿度，并能满足室内空气清洁度的不同要求；

可向室内送新风，保证室内空气新鲜度；并且可以进行理想的气流分布设计；

机组相对故障少，运行管理方便，运行费用低；

因此综上考虑及分析，本次设计针对于楼层较高的首层和二层采用全空气系统，左右以变形缝分界为两个空调系统；三楼和三楼以上楼层较低的采用风机盘管加新风系统，新风系统也是以中间的变形缝为这样采用的中央空调系统不但具有投资低，调节灵活，运行管理方便等优点，还能很好的控制室内的空气参数。

中央空调空气水系统中新风的送风方式采用新风与风机盘管的送风混合后再送出。这种方式可以避免灰尘吹入房间，卫生条件好。

3.2.2冷热源的选择

在该建筑周围没有热源的接入口，并且该商场所需冷负荷相对较少，因此基于此情况，在地下开挖水井，以备空调用冷水。并且冬夏季手动切换冷热源的变化。

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第4章方案布置

4.1冷负荷概念

为了保持建筑物的热湿环境，在某一时刻需向房间供应的冷量称为冷负荷。

4.2主要计算公式

4.2.1冷负荷

1.外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷

(4-1)

（4-2）

式中——外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷，W；

——外墙和屋面的面积，m2；

——外墙和屋面的传热系数，W/(m2℃)，由《空调工程》附录5和附录6查取；

——外墙和屋顶冷负荷计算温度的逐时值，℃；

——夏季空调室内计算温度，℃；

——以北京地区的气象条件为依据计算出的外墙和屋顶冷负荷计算温度的逐时值，℃，根据外墙和屋顶的不同类型分别在《空调工程》附录7和附录8中查取；

——不同类型构造外墙和屋顶的地点修正值，℃，根据不同设计地点在《空调工程》附录9中查取；

——外表面放热系数修正值，在表4-1中查取；

——外表面吸收系数修正值，在表4-2中查取。

表4-1外表面放热系数修正值

αw/[W/(㎡·℃)]

14.2

16.3

18.6

20.9

23.3

25.6

27.9

30.2

kα

1.06

1.03

1.0

0.98

0.97

0.95

0.94

0.93

表4-2吸收系数修正

颜色类型

外墙

屋面

浅色

中色

0.94

0.97

0.88

0.94

2．外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷

(4-3)

式中、——同式4-1；

——外玻璃窗传热系数，W/(㎡·℃)，单层窗可查《空调工程》附录10，双层窗可查《空调工程》附录11，不同机构材料的玻璃可查《空调工程》附录14；

——窗口面积，㎡；

——外玻璃冷负荷计算温度的逐时值，可由《空调工程》附录13查得；

——玻璃窗的传热系数的修正值，根据窗框类型可从《空调工程》附录12中查得；

——玻璃窗的地点修正值，可从《空调工程》附录15中查得。

3.透过玻璃窗的日射的热形成的冷负荷

（4-4）

式中——有效面积系数，㎡；

——窗玻璃的遮阳系数，由《空调工程》附录17查得；

——窗内遮阳设施的遮阳系数，由《空调工程》附录18查得；

——窗口面积，㎡；

——最大日射得热因数，由《空调工程》附录16查得；

——窗玻璃冷负荷系数，量纲一的量，由《空调工程》附录20至附录23查得。

4.照明设备冷负荷

（4-5）

式中——照明设备散热形成的冷负荷，W；

——照明设备所需功率，KW；

——镇流器消耗功率系数，当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时，取=1.2；当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时，可取=1.0,；

——灯罩隔热系数，当荧光灯罩上部有小孔，可利用自然通风散热于顶棚内时，取=0.5-0.6；而荧光灯罩无通风孔时取=0.6-0.8；

——照明散热冷负荷系数，可由《空调工程》附录26查得。

5.人体冷负荷

（1）人体显热冷负荷

（4-6）

式中——人体显热散热形成的冷负荷，W；

——室内全部人数；

——群集系数，按表4-3选取；

——不同室温和劳动性质成年男子显热散热量，W；见表4-4；

——人体显热散热冷负荷系数，由《空调工程》附录27查得。

（2）人体潜热冷负荷

（4-7）

式中——人体潜热散热形成冷负荷，W；

——群集系数，按表4-3选取；

——一名成年男子小时潜热散热量，W；

——计算时刻空调取内总人数。

表4-3某些空调建筑物内的人员群集系数

表4-4不同室温和劳动性质成年男子散热量和散湿量

4.2.2湿负荷

本设计中指考虑人体散湿造成的湿负荷。

（4-8）

式中——群集系数；

——计算时刻空调区内总人数；

——一名成年男子每小时散湿量，kg/h，见表4-4。

4.3计算过程及计算表格

4.3.1冷负荷计算

1.屋顶冷负荷

屋顶冷负荷按式（4-1）和式（4-2）计算，计算结果列于附表4-1。

2.外墙冷负荷

外墙冷负荷计算公式同上，计算结果列于附表4-2至4-5.

3.外窗瞬时传热冷负荷

根据=8.7W/(㎡·K),=18.06W/(㎡·K),由《空调工程》附录11查得=0.78W/(㎡·K)。再由附录12查得玻璃窗传热系数的修正值，金属框双层窗=4.7。由附录13查出玻璃窗冷负荷计算温度的逐时值，根据式（4-3）计算，结果列于附表4-6至4-7。

4.透过玻璃窗进入日射得热引起冷负荷

由《空调工程》附录19中查得双层钢窗有效面积系数=0.75，故窗的有效面积F′W=。由附录17中查得窗玻璃的遮阳系数=0.78，由附录18中查得窗内遮阳设施的遮阳系数=0.60，于是综合遮阳系数==0.78×0.60=0.48再由附录16中查得北纬45°时，北向和南向日射的热因数最大值，北向为109W/㎡,南向为368W/㎡。由附录21查得北区有内遮阳的玻璃窗冷负荷系数逐时值。用公式（4-4）计算逐时进入玻璃窗日射的热引起的冷负荷，列人附表4-8,4-9。

5.照明散热形成的冷负荷

由于安装荧光灯，镇流器装设在顶棚内，故镇流器消耗功率系数取1.0。灯罩隔热系数取0.6。根据室内照明开灯识数为10小时，由《空调工程》附录26查得照明散热冷负荷系数，按式（4-5）计算，其计算结果列入附表4-10。

6.人员散热引起冷负荷

商场属轻度劳动。查表4-4，当室温为26℃时，成年男子每人散热的显热和潜热量为58W和123W，由表4-3查取群集系数=0.89。根据2-3人/10㎡确定室内人数为2100人，在商场内总小时数为13小时，由《空调工程》附录27查得人体显热散热冷负荷系数逐时值。按式（4-6）计算人体显热逐时冷负荷，按式（4-7）计算人体潜热散热引起的冷负荷，然后将其计算结果列入附表4-11。

7.各分项逐时冷负荷汇总

上述各分项逐时冷负荷计算结果列于附表4-12中。

4.3.2湿负荷计算

查表4-4，室温为26℃时成年男子散湿量为184g/h,室内人数300人，群集系数0.89，按式（4-8）计算=0.278×0.78×600×184=99.8kg/h。

4.4商场总冷负荷计算

见附表

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第5章送风量及新风量的计算

5.1送风量的计算

5.1.1热湿比：

(5-1)

式中——房间全热冷负荷，kW；

——房间湿负荷，kg/s；

5.1.2送风量:

(5-2)

式中——送风量，kg/s；

——室内全热冷负荷，kW；

、——分别为室内空气和送风的比焓，kJ/kg；

5.1.3新风量的计算：

最小新风量确定原则：

(1)稀质的要求；

(2)补充室内部排风量；

(3)保证房间风量。

如果计算所得的新风量不足系统送风量的10%，则取系统送风量的10%，送风量特大的系统不在此列。

2.新风量根据各房间的使用性质，按表5-1数值采用：

5.2确定焓湿图

系统采用定风量单风道系统，空调机组将系统的一次回风与外界的新鲜空气混合，并将其处理到室内要求的状态点，通过风道将空气送到各个房间；焓湿图见图6-1。

图5-1全空气系统处理过程

5.3设备冷量及新风负荷

1.设备冷量

空气冷却器或喷水室处理空气所需的冷量（kW）按5-3计算

(5-3)

2.新风负荷

(5-4)

5.4计算过程

1.各点参数

ho=32kJ/kgdo=8g/kg干空气

本建筑负荷为=600714W=600.7kW，湿负荷W=99.8kg/h=0.1kg/s。

(1)热湿比：

(2)根据室温允许波动范围，确定送风温差：8℃，得送风温度=18℃。在大气压力=0.098MPa的图上（如图5-1所示），通过（，干空气）点做=6000kJ/kg的直线与=18℃相交，其交点即送风状态：，干空气，=90%(O点即露点)。

(3)送风量：

(4)新风量：

a.按表5-1选择新风量：=2100人×16m3/h·人=33600m3/h；

b.新风量按送风量的10%计算；=33600×10%=3360m3/h；

经确定新风量为3360m3/h

(5)换气次数：

(6)最小新风比：

（7）确定混合状态点：

kJ/kg

线与NW的连线交于C点，干空气

（8）设备冷量：

(9)新风冷负荷：

5.5空调机组选择

根据以上计算总风量47300m3/h,选择39F-47型组合式空气调节箱，外形尺寸3190×3190×2100mm。

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第6章气流组织计算

6.1一般要求

1．空气调节区的气流组织，应根据建筑物的用途对空气调节区内温湿度参数、允许风速、噪声标准、空气质量、室内温度梯度及空气分布特性指标的要求，结合建筑物的特点、内部装修、工艺（含设备散热因素）或家具布置等进行设计、计算。

2．空气调节区的送风方式及送风口的选型，应符合下列要求：

（1）宜采用百叶风口或条缝型风口的侧送，侧送气流宜贴附。

（2）当吊顶可利用时，应根据空气调节区高度与使用场合所对气流的要求，分别采用圆形、方形、条缝形散流器或孔板送风。当单位面积送风量较大，且人员活动区内要求风速较小或区域温差要求严格时，应采用孔板送风。

（3）空间较大的公共建筑和室温允许波动范围大于或等于±1.0℃的高大厂房，宜采用喷口送风、旋流风口送风或地板送风。

（4）选择低温送风口时，应使送风口表面温度高于室内露点温度1-2℃。

3．舒适性空调换气次数不宜小于5次，但高大空间的换气次数应按其冷负荷通过计算确定。

6.2气流组织分布

1.全空气系统的气流组织：空调房间的送风形式采用上送上回，送风口采用方型四面吹散流器，均匀布置在空调房间的吊顶上。回风口采用单层百叶回风口（自带调节阀），布置在每个空调房间吊顶的边缘。

2．由于厕所须保持负压，因而在男女厕所各设置一个圆形排气扇，直接将空气排到竖井风道里，并且再不设置风机盘管和送风口。其风量主要是由走廊风经过门下面的百叶风口因正压压入到厕所。

6.3散流器的选择计算

1.送风口的喉部风速

散流器喉部风速取2-5m/s，最大风速不得超过6m/s。

2.计算散流器射程

（6-1）

式中——以散流器中心为起点的射流水平距离，m；

——在x处的最大风度，m/s；

——散流器出口风速，m/s；

——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；

——散流器的有效流通面积，㎡；

——系数，多层锥面散流器为1.4，盘式散流器为1.1。

3.室内平均风速

（6-2）

式中——散流器服务区边长，m；

——房间净高，m；

——射流射程与边长之比。

4.计算过程

（1）布置散流器。将空调区划分36等分，每份边长3.84米。

（2）选用散流器，假定散流器喉部风速=5m/s，则单个散流器所需喉部面积为

选用320mm×320mm的矩形散流器，则喉部实际风速5m/s。散流器实际出口面积约为喉部面积的90%，则散流器的有效流通面积

散流器出口风速为

（3）计算射程

散流器中心到区域边缘距离为3m，散流器的射程应为散流器中心到区域边缘距离的75%，所需最小射程为：3×0.75=2.25m。4.2大于2.25，射程满足要求。

（4）计算室内平均风速

夏季工况送冷风，室内平均风速为0.1×1.2=0.12m/s，满足舒适性空调夏季室内风速不大于0.3m/s的要求。

6.4水力计算

6.4.1阻力计算

1.摩擦阻力计算

（6-3）

2.局部阻力计算

（6-4）

3.当量直径计算

（6-5）

计算过程：

查表得设计流速于风道下，动压为15Pa，风量900m3/h，单位摩擦阻力1.57Pa/m

管段1：管段长=4m。

沿程阻力损失计算：

由表8-3初选水平支管空气流速为5m/s，算得风管断面面积为

取矩形断面为320mm×320mm的标准风管，则实际断面积F=0.0922m2，实际流速

根据流速2.44m/s，查附录8-2，得到单位长度摩擦阻力=1.57Pa/m，则管段1-2的沿程阻力

局部阻力损失计算：

该管段存在局部阻力的部件有孔板送风口、连接孔板的渐扩管、多叶调节阀、弯头、渐缩管及直三通。

孔板送风口：已知孔板面积320mm×320mm，开孔率（即净孔面积比）为0.3，则孔板面风速为

m/s

根据面风速2.44m/s和开孔率0.3，查附录8-4，得孔板局部阻力系数=1.3，故孔板的局部阻力

弯头：根据，R/b=1.0,查附录8-4，得=0.23，弯头的局部阻力

该管段局部阻力为

Pa

该管段总阻力

管段12：

沿程阻力损失计算：

由表8-3初选水平支管空气流速为5m/s，算得风管断面面积为

取矩形断面为320mm×320mm的标准风管，则实际断面积F=0.1024m2，实际流速

根据流速4.7m/s，查附录8-2，得到单位长度摩擦阻力=1.57Pa/m，则管段1-2的沿程阻力

局部阻力损失计算：

该管段存在局部阻力的部件有孔板送风口、连接孔板的渐扩管、多叶调节阀、弯头、渐缩管及直三通。

孔板送风口：已知孔板面积320mm×320mm，开孔率（即净孔面积比）为0.3，则孔板面风速为

m/s

根据面风速4.7m/s和开孔率0.3，查附录8-4，得孔板局部阻力系数=1.3，故孔板的局部阻力

弯头：根据，R/b=1.0,查附录8-4，得=0.23，弯头的局部阻力

该管段局部阻力为

Pa

该管段总阻力

2.回风管水力计算

沿程阻力损失计算：

由表8-3初选水平支管空气流速为5m/s，算得风管断面面积为

取矩形断面为320mm×320mm的标准风管，则实际断面积F=0.1024m2，实际流速

根据流速4.7m/s，查附录8-2得到单位长度摩擦阻力=1.57Pa/m，则管段1-2的沿程阻力

局部阻力损失计算：

该管段存在局部阻力的部件有孔板送风口、连接孔板的渐扩管、多叶调节阀、弯头、渐缩管及直三通。

孔板送风口：已知孔板面积320mm×320mm，开孔率（即净孔面积比）为0.3，则孔板面风速为

m/s

根据面风速2.44m/s和开孔率0.3，查附录8-4，得孔板局部阻力系数=1.3，故孔板的局部阻力

该管段局部阻力为

Pa

该管段总阻力

图6-2回风管道示意图

第七章气流组织计算

参考文献

2