XX教学综合楼空调系统的设计设计报告

I(封面)报告专业班级：学生姓名：指导老师：本次毕业设计的主要内容是XX教学综合楼空调系统的设计。本工程共五层，层高3.9m,共高19.5m,总建筑面积为1505.6m².整座大楼主要供教师休息和学生上课使用，该空调系统为舒适型空调系统.本设计主要是对教师办公室和教室进行空调设计，为教师和学生提供一个舒适的办公和学在了解工程基本概况后，根据规范确定室内、外设计参数，进行空调房间的冷、热负荷计算。结合已定的空气处理方式，计算各房间的送风量，进而进行空调风系统和水系统的设计。设计中，遵循合理布置的原则，结合管内流体本设计采用全空气系统，上送上回的气流分布方式。另外，制冷机房设计中，在选定冷、热源形式以后，根据建筑负荷进行设备选型，并结合机房空间通过本次设计，培养了我们综合运用专业理论知识，独立创新和解决实际问题的能力。关键词：全空气系统；冷热负荷；设备选择；水力计算；制冷机组目录 11.1研究的目的与意义 11.2研究现状及存在问题 11.3研究内容 1第二章方案论证 3 32.2空调机房的布置 52.3空调冷源的选择 5 7 7 83.3空调热负荷计算 4.2空调系统夏季空气处理过程及其系统所需制冷量 4.3房间送回风的选择计算 4.4风道的水力计算及送回风管径的确定 4.5冷冻水水力计算及管径确定 5.4冷却水泵的选型 5.5冷却塔的选型 XXXX毕业设计(论文)目录5.6定压泵的选型 6.1噪声影响及采取的措施 6.3消声设计步骤 参考文献 XXXX毕业设计(论文)第一章前言1第一章前言随着国民经济的发展和人民对生活质量要求的日益提高，建筑居住环境的健康和舒适性已经成为当代建筑发展的必然趋势。能否为现代建筑的特殊要求提供人们满意的环境和服务，是建筑行业蓬勃发展的重要因素。公共建筑的不断增多以及人们对室内空气的温湿度，洁净度和空气品质问题越来越重视。由于能源的紧缺，节能问题越来越引起人们的重视。因此迫切需要为公共建筑物安装配置节能，健康，舒适的中央空调系统来满足人们对高目前，随着我国经济的逐步增长，居住条件日益改善，人们对生活环境的健康更加关注。因此，设计一项节能，舒适，健康的中央空调工程是很有实际1.2研究现状及存在的问题中央空调在世界上已有百年的发展历史，在中国也有20多年的应用时间，然而真正引起国内企业关注还是近几年。中央空调广泛应用在工厂，商场等等公共场所，在中央空调领域国内外竞争激烈。然而空调系统的耗能问题是至今人们致力于研究的问题，能够设计出节能环保的空调系统使我们将要研究的问1.3研究内容本次设计的设计题目是西安XX教学综合楼的空调设计。教学综合楼是现在公共建筑的重要组成部分，它具有人员密度大，开放时间长和人员滞留时间长的特点。因此它对空调的安装与使用和室内的空气品质要求很高，给学生和老师提供一个舒适的工作和学习环境是我们进行空调设计的主要目的。本次设计以教学楼为设计对象，参考现行的中央空调设计标准，理论联系实际尽量使设计符合现场实际。在长约大量文资料，文献和参考手册并进行毕2业实习的基础上，进行了空调机组的冷负荷计算，风管的设计计算，以及相关设备的选型，并根据计算结果合理布置管路，最后会出CAD图纸。3第二章方案论证随着我国社会主义市场经济的迅速发展和人们生活水平的提高，空调技术在各方面都得到了广泛的应用。大型的中央空调系统主要用于工厂，商店，超市，写字楼，酒店等，用以改善人们的工作环境和消费环境。本建筑位于西安，是一栋综合教学楼，共五层每层高3.9m,建筑面积1505.6m²。它具有使用时人员密度高，使用的时间性较强，便于统一管理。室内空气质量要求较高需保证足够的新风量和良好的通风条件防止空气污染等特点。2.1系统形式的选择空调系统按空气处理设备的设置情况分类可分为三类：1)集中式系统；2)半集中式系统；3)分散式系比较项目集中式空调系统半集中式空调系统分散式空调系统系统特征集中进行空气分配有集中的中央空调器，并在各个空调房间内还有分别处理空气的末端装置每个房间的空气处理分别由各自的整体式空调器承担设备布置与机房1.空调与制冷设备可以集中布置在机房2.机房面积较大3.有时可以布置在屋顶上或安设在车间柱间平台上1.只需要新风空调机房面积2.末端装置可以安装在空调房间内3.分散布管敷设各种管线较麻烦1.设备成套，紧凑。可以放入房间也可以安装在空调机房内2.体积小，机房面积的50%,机房层高较低，自动化程度高3.机组分散布置，敷设各种管线和维修管理较麻烦4风管系统1.空调送回风管系统复杂，布置困难2.支风管和风口较多时，不以均衡调节风量1.设室内时，不接送回风管2.当和新风系统联合使用时，新风管较小1.系统小，风管短，各个风口风量的调节比较容易，达到均匀2.直接放室内，可不接送风管和回风管系统应用单风管系统双风管系统变风量系统末端再热式系统风机盘管机组系统诱导器系统单元式空调器系统；窗式空调器系统；分体式空调器系统；半导体式空调系统因为本设计为教室设计，又考虑到控制空调精度，则需要进行再热然后送风，因此本系统采用集中式空调系统。按负担室内负荷所用介质分为全空气，全水，空气-水和冷剂系统。建筑空间大易于布置风道，温湿度严格时采用全空气系统。建筑空间小不宜布置风道，层高较低，冷湿负荷较小时采用空气—水系统。不需通风换气时可采用全水系统。冷剂系统一般用于单元式空调机组，房间空调器和多台机组型空调器。本设计是教学楼的设计，为了保证足够的新鲜空气可集中进行空气过滤和空调箱的消声处理再从系统简单，维修管理方便的角度出发，宜选用全空气系集中式全空气系统根据空调系统处理的空气来源可分为封闭式空调系统，直流式空调系统和混合式空调系统。封闭式系统所处理的空气全部来自空调房间本身，没有室外空气补充全部为在循环空气，因此它不能满足卫生要求。直流式系统刚好相反，所处理的空气全部来自室外，室外空气经处理后送入室内，5然后全部排出室外。这种系统适用于不允许采用回风的场合，但在本设计中考虑经济上的不合理，不予采用。因此采用混合式系统，有效利用一部分回风，既保证卫生要求，又经济合理。混合式系统分为一次回风和二次回风，一次回风系统的特点是回风与新风在热湿处理设备前混合，适用于送风温差较大的场合，况且本设计地点人口较多，散湿量较大，也比较适合一次回风系统，它的设备简单，节省了初投资，可以进行通风换气保证了室内的卫生条件。它可以实现全年多工况节能运行调节，经济性较好，在出风口处设置了消声静压箱，因此有效的控制了震动影响。所以本设计采用全空气一次回风系统。2.2空调机房的布置本设计为五层教学楼，每层负荷较大，有没有专门的空调机房，因此空调机组放在走廊，进行减噪处理。每层设置一个。回风一部分送回空调机，一部分直接排到室外。2.3空调冷源的选择空调冷源的选择，应考虑以下因素：(1)机组能耗(3)运行管理和使用寿命(4)环境保护要求(5)噪声和震动(6)设备价格目前，空调系统经常采用的冷水机组有活塞式制冷机组，螺杆式制冷机组，离心式制冷机组和溴化锂吸收式制冷机组。活塞式冷水机组装置结构简单，容积效率高，加工简单，造价低，调节范围广。但活塞惯性力大，单级容量不宜过大，单位制冷剂重量大，调节性能差，适用于中小冷量。6螺杆式冷水机组结构简单，运动部件少，转速高，运转平稳，振动小，中小型密闭式机组的噪音较低，机组重量轻。另外其单机制冷量大，具有较高的溴化锂吸收式结构简单，操作方便制冷量可调范围大，可进行废热，余热的利用，但但使用寿命短，性能系数低，维修复杂，性能衰减较为严重。离心式冷水机组单机制冷量大，结构紧凑，单位重量制冷量大，性能系数可靠性高，但转速高，对加工精度要求高，单级压缩低负荷时易发生喘振，运本设计的特点是制冷量要求不是很大，性能系数高，可靠性高，故采用螺杆式冷水机组综上所述，该空调系统为全空气集中式一次回风系统，冷源采用螺杆式冷水机组。XXXX毕业设计(论文)第三章负荷计算7第三章负荷计算3.1设计参数本设计为陕西省西安市XX教学综合楼工程的中央空调设计。总建筑面积约1505.6m²,共五层，层高3.9m,总高19.5m,本建筑用途为学生教室。屋顶机房高为3.5,屋顶作为机房层。西安地区的主要气象参数如下：位置：大气压力：计算温度：相对湿度：湿球温度：室外风速：北纬34夏季为35.2℃夏季为72%夏季为26℃夏季为2.2m/s东经108.93冬季为-8℃表3-1室内设计参数表季节房间用途温度湿度(%)室内风(m/s)夏季教室，办公室冬季教室，办公室冬季走廊，厕所(1)外墙：砖墙24墙，传热系数K=1.95W/m²·℃,衰减系数β=0.35,衰减度v=12.9,延迟时间ε=8.5h,放热衰减度v8衰减系数β=0.37,衰减度v=47.36,延迟时间ε=9.3h,放热衰减度vf=2.0,吸收率p=0.75;延迟时间ε=9.0h,放热衰减度vf=2.0;(4)外窗：单层玻璃钢窗，玻璃为标准玻璃，K=5.94w/(m²℃)。内窗：内窗双层玻璃k=3.54w/(m²℃):(5)门：单层内门，K=2.91w/(m²·℃)同内墙传热系数K=2.95W/m²·℃衰减系数β=0.62,衰减度v=4.79,延迟时间ε=4.5h,放热衰减度vf=1.6;(7)屋顶沥青珍珠岩160传热系数K=0.43W/m²·℃,衰减系数β=0.25,衰减度v=82.92,延迟时间ε=11.7h,放热衰减度vf=2.0;浅色表3-2人员照明参数表房间分类人员数照明设备(40W荧光灯)教师休息室65教室3.2空调冷负荷计算外扰形成室内得热量的过程。此过程考虑外扰的周期性以及围护结构对外扰量的衰减和延迟性。二是内扰形成冷负荷的过程。此过程是将该热量分成对流和辐射两种成分。前者是瞬时冷负荷的一部分，后者则要考虑房间总体蓄热作用9后才化为瞬时冷负荷。两部分叠加即得各计算时刻的冷负荷。冷负荷系数法是在传递函数的基础上为便于在工程中进行手算而建立起来的一种简化计算法。通过冷负荷温度与冷负荷系数直接从各种扰量值求得各分项逐时冷负荷。3.2.2空调冷负荷计算公式本设计采用谐波反应法对各空调房间进行冷负荷计算。冷负荷是空调系统设计及合理选用空调设备的重要依据，根据谐波反应法的工程简化计算方法，式中K——外墙传热系数，W/(m²·K);△t,——某作用时刻下，围护结构的冷负荷计算温差，即负荷温差，℃。通过外窗传入的热量分为瞬变传热得热和日射得热，所以瞬变得热冷负荷式中△t.——计算时刻负荷温差，℃。XXXX毕业设计(论文)第三章负荷计算外窗日射得热冷负荷：式中xg——窗有效面积系数(7mm厚白玻璃);Xa——地点修正系数；cs——窗玻璃遮挡系数；Cn——窗内遮阳系数；J——计算时刻透过单位窗口面积的太阳总辐射热所形成的冷负荷，也叫冷负荷强度，W/m²。(3)、人体散热形成的冷负荷人体散热与性别，年龄，衣着，劳动强度以及环境条件(温、湿度)等多种因素有关。从性别上看，可认为成年女子总散热量约为男子的85%,儿童约为75%。由于性质不同的建筑物中有不同比例的成年男子，女子和儿童数量，而成年女子和儿童的散热量低于成年男子。为了实际计算方便，可以成年男子为基础，乘以考虑了各类人员组成比例的系数，称群集系数。本设计中，各房间具体人数根据房间用途而定，这将体现在具体的计算过程中。由此可以按照下式计算人员散热形成的冷负荷：式中qx——成年男子在室内温度为26℃时的显热散热量，W/人；q0——成年男子在室内温度为26℃时的潜热散热量，W/人；N——室内全部人数；JX_,——t-T时间的人体负荷强度系数；(4)、照明和设备散热形成的冷负荷照明和设备散热得热形成的冷负荷在工程上可按下式计算：XXXX毕业设计(论文)第三章负荷计算下面以101房间为例，列出其冷负荷的计算过表格形式列出计算结果，计算过程略去。101有5个40W的照明设备，6个人。冷负荷。101房间冷负荷计算如下：vf=1.9,查表2-8房间属于重型。维护结构各部分的冷负荷分项计算如下：1、南外墙冷负荷从空气调节附录2-10查得扰量作用时刻T-c时的西安南向外墙负荷温差的逐时值△TT-ε,按式(3-1)算出南外墙的逐时冷负荷，计算结果列于表3-3中。表3-3南外墙冷负荷表计算时刻T76666667KF计算时刻T899KF2南外窗冷负荷(1)瞬变传热得热形成冷负荷由附录2-12中查得的各计算时刻的负荷温差△TT,计算结果列于表3-4。表3-4南外窗瞬时传热冷负荷KFKF(2)日射得热形成冷负荷由附录2-13中查得各计算时刻的负荷强度J,,窗面积1.8m²,窗的有效面积系数为0.85,地点修正系数1,窗户内遮阳系数C,=0.5.按式(3-3)计算，结果列于表3-5。表3-5南外窗日射得热冷负荷计算时刻TF计算时刻TF3西外墙冷负荷表3-6西外墙冷负荷计算时刻T99887778KF计算时刻T89KF4北内墙冷负荷表3-7北内墙冷负荷66666777KF8889999KF5北内门冷负荷表3-8北内门冷负荷计算时刻T77654444KXXXX毕业设计(论文)第三章负荷计算F3556789KF36照明冷负荷(房间从18:00开始照明)表3-9照明冷负荷计算时刻T000000000000000000000000计算时刻T0001234000000人，散湿109g/(h·人),教师办公室工作时间从8:00到晚8:00)表3-10人体冷负荷计算时刻T0123456700计算时刻T890000008人体潜热冷负荷101房间各个时刻总冷负荷列于表3-11中。表3-11101房间冷负荷计算时刻T计算时刻T102房间各个时刻冷负荷表3-12102房间冷负荷计算时刻T南外墙南外窗瞬南外窗日射西内墙北内墙北内窗瞬北内窗日射北内门照明00000000人体显热0潜热总负荷南外墙南外窗瞬南外窗日射西内墙XXXX毕业设计(论文)第三章负荷计算北内墙北内窗瞬北内窗日射北内门照明000人体显热潜热总负荷一层各个时刻每个房间的冷负荷汇总表表3-12一层各个房间冷负荷计算时刻T计算时刻T由表3-12看出，一层各个房间的最大冷负荷都出现在20:00。标准层和五层的冷负荷其他层和一层计算方法相同，经过详细计算，结果列于表3-13中。XXXX毕业设计(论文)第三章负荷计算表3-13其它层各个房间冷负荷由表3-13可知，整栋楼的最大冷负荷出现在20:00。XXXX毕业设计(论文)第三章负荷计算3.3空调热负荷计算3.3.1空调热负荷的计算方法空调热负荷是指空调系统在冬季里，当室外空气温度在设计温度条件时，为保持室内的设计温度，系统向房间提供的热量。对于民用建筑来说空调冬季的经济性对空调系统的影响要比夏季小。因此，空调热负荷一般是按稳定传热理论计算的。3.3.2热负荷的组成房间的热负荷Q主要包括以下几部分：Q2——冷风渗透耗热量；Q3——冷风侵入耗热量；(1)围护结构基本耗热量F——围护结构的计算面积，m²;t,——冬季室内空气的计算温度，℃;t'——冬季室外空气的计算温度，℃;α——围护结构的温差修正系数；是用来考虑供暖房间并不直接接触室外大气时，围护结构的基本耗热量会因内外传热温差的削弱而减少的修正，其值取决于邻室非供暖房间或空间的保温性能和透气情况。(2)围护结构耗热量的修正按照暖通规范的规定，维护结构的耗热量修正应考虑朝向修正、风力附加和高度附加三个方面。朝向附加耗热量是考虑建筑物受太阳照射影响而对围护结构基本耗热量的修正。《暖通规范》规定，朝向修正率宜按下列规定的数值选用：北、东北、西北0～10%;东南、西南—10%～—15%;风力附加耗热量是考虑室外风速变化而对围护结构基本耗热量的修正。《暖通规范》规定：在一般情况下，不必考虑风力附加。只对建在不避风的高地、河边、海岸、旷野上的建筑物，以及城镇、厂区内特别突出的建筑物，才考虑垂直外围护结构附加5%～10%。高度附加耗热量是考虑房屋高度对围护结构耗热量的影响而附加的耗热量。《暖通规范》规定：民用建筑和工业辅助建筑物(楼梯间除外)的高度附加率，当房间高度大于4m时，每高出1m应附加2%,但总的附加率不应大于在此只考虑朝向修正和高度修正，修正率如下：高度附加率2.8%(3)冷风渗透耗热量因室内保持正压，且大门处又将设空气幕，又考虑教室内日照、照明、设备、人员的自然热量，可不计算门窗缝隙渗透空气量。(4)冷风侵入耗热量由于流入的冷空气量V不容易确定，根据经验总结，冷风侵入耗热量可采用外门基本耗热量乘以表4-1的百分数的简便方法进行计算，即Q=NQ'W式中Q为外门的基本耗热量，WN为考虑冷风侵入的外门附加率，表3-14采用表3-14外门附加率N值外门布置状况附加率外门布置状况附加率一道门三道门(有两个门斗)两道门(有门斗)公共建筑和生产厂房的主要出入口因各房间层高小与4m,高度附加不考虑，教室没有外门，所以不用考虑冷风侵入，因此只考虑维护结构传热耗热量。3.3.3各房间负荷计算结果XXXX毕业设计(论文)第三章负荷计算以101房间的热负荷为例，计算过程如此下表3-15所示。表3-15101房间热负荷房间编号维护结构名称面积F传热系数)室外计算温度℃室内外温差温差修正系数a基本耗热量正朝向正朝向耗热量修维护结构耗热量Q1=房间总负教师办公北内墙51西外墙1北内门351地面I1南外窗1南外墙1地面Ⅱ10表3-16一层各个房间房间热负荷房间负荷表3-17标准层各个房间房间热负荷房间负荷XXXX毕业设计(论文)第三章负荷计算表3-17顶层各个房间房间热负荷房间负荷整栋教学楼总热负荷为111065W。XXXX毕业设计(论文)第四章设计计算第四章设计计算4.1.1夏季空调房间送风状态全空气系统的夏季处理过程如图所示：图中送风状态点和送风量的确定方法为：在i-d图上标出室内状态点N,过N点做热湿比线ε,该线与φ=90%的交点L,即为送风状态点0。为了获得L点(或0点),常用的方法是将室内外混合状态C的空气经过空气冷却器冷却减湿处理到L点(L点为机器露点，它一般位于φ=90%-95%线上),然后直接送入房间，吸收房间的余热余湿后变为室内状态N,一部分室内空气直接排到室外，另一部分再回到空调机房与新风混合。因此整个出理过程为：图4-1一次回风系统i-d图按照i-d图上空气混合的比例关系：而即新风百分比m%,根据新风量与总风量的比例求出m值就可以确定C点的位置了。4.1.2新风量的确定XXXX毕业设计(论文)第四章设计计算确定空调房间的送风量时要考虑能量平衡和质量平衡。通常，在向室内送风的同时，自室内排出相应的空气，后着称为排风。若排风重复利用，成为送风的一部分时，这部分排风称为回风。根据热湿平衡，即如果室内空气状态维持不变，送排风所带走的热量和湿量必定等于室内的热负荷和湿负荷。新风必须满足室内正压，室内卫生条件，因此在人流密集区，选7m³/人*h,则每层的新风量为每小时1792m³。4.2空调系统夏季空气处理过程及其系统所需制冷量根据前面的负荷计算可知：底层室内余热量Q=49.047KW,新风冷负荷为送风温差为8度，采用水冷式表面冷却器。风量计算过程如下：(2)确定送风状态点：过N点作ε=6328.6的直线与设定的φ=90%的曲线相交得到露点L,t₁=17.9℃,iz=47.4KJ/Kg经过再热后到达送风点0,再热量为0.37KW,io=47.5KJ/Kg,,in=51.3KJ/Kg(3)据消除余热计算：可算出送风量为12791.3kg/h其它层风量计算如上，结果列于表4-1中。层数一层二层(三，四)五层送风量kg/h4.3散流器送风的设计计算.风口尺寸的计算方法与风道管径的确定方法相同，都是采用假定流速法。由室内负荷计算各个房间送回风量及其风口面积及风速如表4-2和4-3中。XXXX毕业设计(论文)第四章设计计算房间编号送风量kg/h送风口面积散流器个数122322风速3房间编号送风量kg/h送风口面积散流器个数122322风速房间编号送风量kg/h送风口面积散流器个数122322风速33表4-3各个房间回风口面积及流量房间编号回风量kg/h回风口面积回风口个数122322回风风速3333房间编号回风量kg/h回风口面积回风口个数122322回风风速3房间编号回风量kg/h回风口面积回风口个数122322回风风速3334.4风道的水力计算及送回风管径的确定空气的输送与分配是整个空调系统设计的重要组成部分。空调房间的送风量、回风量及排风量能否达到设计要求，完全取决于风道系统的设计质量及风机的配置是否合理。同时我们也应注意到，为克服空气输送及分配过程中的流动阻力，空气动力设备——风机需要消耗大量的能量。总之，风道系统的设计直接影响空调系统的实际使用效果和技术经济性能。下面先介绍风管的规格和风管水力计算的相关理论，再进行水力计算。风管的分类按照形状可以分为圆形风管和矩形风管两类。圆形风管具有强度大，相同断面积时消耗材料少于矩形风管及阻力小等优点。但它占据的有效空间较大，不易与建筑装修配合，而且圆形风管管件的放样、制作较矩形风管困难。基于上述原因，在普通的民用建筑空调系统中较少采用。一般多用于除尘系统和高速空调系统。矩形风管具有占用的有效空间少、易于布置及管件制作相对简单等优点，广泛地用于民用建筑空调系统。为避免矩形风管阻力过大，其宽高比宜小于6,最大不应超过10,在建筑空间允许的条件下，愈接近于1愈好。按照风管的制作材料分为金属风道、非金属风道和土建风道。金属风道材料主要包括普通薄钢板(黑铁皮)、镀锌荫钢板(白铁皮)以及不锈钢板。钢板厚度一般为0.5-1.5mm。金属风道的优点是易于加工制作，安装方便，具有一定的机械强度和良好的防火性能，气流阻力较小，因而广泛用于通风空调系统。非金属风道主要有无机玻璃钢风道、塑料风道、纤维板风道、矿渣石膏板风道等。与金属风道相比，具有耐腐蚀、使用寿命长、强度较高的优点。由于该类风道及其管件均应在厂家制作.因此现场施工不太方便。近年来玻璃钢风道以其质轻、耐腐蚀性能良好、强度高、可内加阻燃型泡沫保温树料及无机填料制成保温风道等优点，在工程中日益得到广泛应用。但是国内玻璃钢风道质量良莠不齐，有些厂家的产品加工质量差，强度和耐火性能达不到要求，严重影响工程质量。此外，塑料风管热稳定性能较差，既不耐高温也不耐寒。保管不当易变形。土建风道通常有两种：一种是混凝土现浇制成，另一种采用砖砌体制成。土建风道结构简单，随土建施工同时进行，节省钢材，经久耐用。但是土建风道有明显的缺点，主要表现为如下几方面：a)施工质量不好时，风道的漏风情况极为严重、影响风系统的正常使用；b)风道内表面经常由于抹灰不平而比较粗糙，使空气在其内部流动阻力增大，风机的能耗水平加大；c)施工管理不善容易导致风道堵塞；d)需要保温时，存在一定问题或施工困难。基于上述原因，土建风道主要用于不太重要房间的空气输送及防、排烟通风，或者由于风道截面过大导致不易加工或布置有困难的场合。本设计选用钢板制矩形风管。为了设计、制作、安装的方便，按照优先数和优先数系原则，国家制定了统一的通风管道规格。钢板制矩形风管的常用规格见表4-4。设计者应尽可能采用标准规格的风道，有时由于现场实际情况的限制，也可以进行适当调整。表4-4钢板制矩形风管常用规格XXXX毕业设计(论文)第四章设计计算4.4.2沿程阻力和局部阻力空气在风道内流动时，由于本身具有粘滞性及管道内表面的粗超性等原因，在空气内部及空气与管壁之间由于摩擦而产生的沿称能量损失，称之为沿程阻力(称摩擦阻力);而当空气流经风道中的管件(如弯头、三通、变径等)和设备(如空气处理设备、消声器、各类阀门等)时，由于气流的方向和速度发生变化以及产生涡流等原因，造成比较集中的能量损失，称之为局部阻力。沿程阻力和局部阻力之和构成空气流动的总阻力。1沿程阻力的计算公式根据流体力学理论，空气沿任意断面形状的直风管流动时，其沿程阻力按Darcy-Weisbach公式计算。λ——沿程摩擦阻力系数；v——风管内空气的平均流速，m/s;风管的水力半径R按下式确定：通常定义风管单位长度的摩擦阻力为比摩阻，单位Pa/m,用R.表示，则有：XXXX毕业设计(论文)第四章设计计算沿程摩擦阻力系数λ的确定。摩擦阻力系数λ的大小与空气在风管内的流动状态和风管管壁的粗糙度有关。当流动为层流时，λ只与雷诺数Re有关；而当流动为紊流时，则λ不仅与雷诺数Re有关，而且还与壁面的粗糙度有关。研究表明，通风空调系统中，大部分风管内的空气流动状态属于紊流光滑区到粗糙区之间的紊流过渡区。只在流速很高且内表面粗糙的土建风道内，流动状态才属于粗糙区。紊流过渡区摩擦阻力系数λ的计算公式，目前普遍采用适用范围较大的柯列勃洛克-怀持(Colebrookandwhite)公式。式中：K——风管内壁粗糙度，mm;不同管壁材料的粗糙度详见表4-5;Re——雷诺数，表示流体运动状态特征的一个无因次数。表4-5不同管壁材料的粗糙度管壁材料管壁材料薄钢板及镀锌薄钢板胶合板塑料板木板矿渣石膏板混凝土矿渣混凝土板砖砌体可以看出，式(4-5)为λ的隐函数形式，不便计算。通常利用式(4-4)和式(4-5)制成线算图或计算表，这样只要已知流量、管径、流速、比摩阻四个参数中的任意两个，即可求得其余两个参数，便于工程上计算管道阻力时使用。而实际工程中，一般是利用线算图进行查询计算，故将线算图列于此处，如图4-2所示。由以上叙述，可以算出单位长度比摩阻，则长度为1的风管沿程阻力损失△P.可按下式计算：风量/m³s)車位长度掌撞出力人，阳们0521車位长度掌撞出力人，阳们052102义风量Rm/h)2局部阻力的计算公式局部阻力一般按下式计算：S——局部阻力系数；v——与ζ对应的风管断面平均速度，m/s。各种管件的ζ值，除少数可用理论公式计算外，绝大多数需要通过实验测定得到。在各类设汁手册中查ζ时，应特别注意采用与ζ相对应的流速和动压XXXX毕业设计(论文)第四章设计计算计算其局部阻力。由以上各公式可计算出沿程阻力和局部阻力，则风管的总阻力损失为：4.4.3送风管道的阻力计算1、风系统设计的基本原则1)科学合理、安全可靠地划分系统。要考虑清楚哪些房间可以合为一个系统，哪些房间必须设置单独系统。2)风管断面形状应与建筑结构配合，并争取做到与建筑空间完美统一。风管规格要按照国家标准。3)风管布置要尽可能短，避免复杂的局部管件。弯头、三通等管件要安排得当，与风管的连接要合理，以减少阻力和噪声；同时还要考虑便于风系统的安装、调节与维修。4)风系统新风人口应选在室外空气较洁净的地点，为避免吸入室外地面灰尘，进风口底部距室外地面不宜低于2m(绿化地带时不宜低于1m)。当新风人口与排风口同时存在时，应使新风位位于主导风向的上风侧，新风入口宜低于排风口3m以上，且水平距离不宜小于10米。5)当输送有可能在风管内凝结的气体时，风道应有不小于0.005的坡度，以利于排除积液，并应在风管或风机的最低点设置水封泄液管。6)风系统布置好之后，不要忘记在适当的部位放置风管阀门，如一次性调节阀(插板阀、多叶调节阀等)、经常开关的调节阀(新风阀、一次和二次回风阀、排风阀等)、电动调节阀合防火阀等，否则风系统的水力计算将不准确。此外，还应预留某些测量装置如观察孔、压力表、温度计、风量测定孔和采样孔的位置。2、风管水力计算基本任务风管水力计算的根本任务是解决下面两类问题。1)设计计算。在系统设备布置、风量、风管走向、风管材料及各送、回或排风点位置均已确定的基础上，经济合理地确定风管的断面尺寸，以保证实际风量符合设计要求，并计算系统总阻力，最终确定合适的风机型号及选配相应2)校核计算。有些改造工程经常遇到下面情况，在主要设备布置、风量、断面尺寸、风管走向、风管材料及各送回或排风点位置均为已知条件的基础上，核算已有风机及配用电机是否满足要求，如不合理则重新选配。4.4.4风管水力计算方法工程中常用的风管水力计算的方法是假定流速法。其特点是先按技术经济要求选定风管流速，然后再根据风管内的风量确定风管断面尺寸和系统阻力。假定流速法的计算步骤和方法如下：1)绘制空调系统轴测图，并对各段风道进行编号、标注长度和风量。管段长度一般按两个管件的中心线长度计算，不扣除管件本身的长度。2)确定风管内的合理流速。在输送空气量一定的情况下，增大流速可使风管断面积减小。制作风管所消耗的材料、建设费用等降低，但同时也会增加空气流经风管的流动阻力和气流噪声。增大空调系统的运行费用；减小风速则可以降低输送空气的动力消耗，节省空调系统的远行费用，降低气流噪声，但却增加风管制作消耗的材料及建设费用。因此必须根据风管系统的建设费用、运行费用和气流噪声等因素进行技术经济比较，确定合理的经济流速。民用建筑空调系统风速的选用详见表4-6,考虑不同噪声要求下风管推荐风速详见表4-7。表4-6民用建筑空调系统风速的选用风速(m/s)部位高速风管推荐风速最大风速高层建筑新风入口风机入口风机出口主风管水平支风管垂直支风管送风口3)根据各风管的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸，计算沿程阻力和局部阻力。根据初选的流速确定断面尺寸时、应按表4-4的通风管道统一规格选取，然后按照实际流速计算沿程阻力和局部阻力。注意阻力计算应选择最不表4-7不同噪声要求下风管推荐风速室内允许噪dB(A)主管风速(m/s)支管风速(m/s)新风如口风速(m/s)34-4.554)与最不利环路并联的管路的阻力平衡计算。为保证各送、排风点达到预期的风量，必须进行阻力平衡计算。一般的空调系统要求并联管路之间的不平衡率应不超过15%。若超出上述规定，则应采取下面几种方法使其阻力平衡。a)在风量不变的情况下，调整支管管径。b)在支管断面尺寸不变情况下，适当调整支管风量。c)阀门调节。通过改变阀门开度，调整管道阻力，理论上最为简单易行；总之，前面两种方法(方法a和方法b)在设计阶段即可完成并联管段阻力平衡，但只能在一定范围内调整管路阻力，如不满足平衡要求，则需要辅以阀门调节。方法c具有设计过程简单、调整范围大的优点，但实际运行调试工作量较5)计算系统总阻力。系统总阻力为最不利环路阻力加上空气处理设备的阻一层送风风管水力计算如下，结果列于表4-8中。Pa。检查并联管路的阻力平衡：管段4-15-16-17(记总阻力为△P)与管段4-5-6-7(记总阻力为△P₂)并联，则不平衡率衡满足设计要求。表4-8一层送风管道水力计算编号流量长度面积流速动压局部阻力系数局部阻力比摩阻沿程阻力管段阻力120030045967118911551595111XXXX毕业设计(论文)第四章设计计算图4-3各层送风管道示意图二层风管水力计算如表4-9所示表4-9二层风管水力计算编号流量长度面积流速动压局部阻力系数局部阻力比摩阻沿程阻力管段阻力1200300435969711891151513111中间层送风最不利环路总阻力为72.3Pa与1-2-3-4-5-6-7阻力损失为66.3Pa。进行阻力平衡计算，其不平衡率9.3%小与15%。其他各个环路阻力不平衡通过阀门调节。五层风管水力计算如4-10所示：送风最不利环路总阻力为68.23Pa与1-2-3-4-5-16-17阻力损失为64.6Pa,进行阻力平衡计算，其不平衡率6%小与15%门调节。表4-10五层风管水力计算编号流量长度面积流速动压局部阻力系数局部阻力比摩阻沿程阻力管段阻力12003004567189911131114.4.6各层回风水力计算结果结果一层回风水力计算结果列于表4-11中。表4-11一层回风系统水力计算编号流量长度面积流速动压局部阻力系数局部阻力比摩阻沿程阻力管段阻力100234516711819150011最不利环路1-9-10-11-12总阻力损失81.564Pa,阻力平衡不再进行计算，通过阀门进行调节。二层回风水力计算结果列于表4-12中。表4-12二层回风管道水力计算编号流量长度面积流速动压局部阻力系数局部阻力比摩阻沿程阻力管段阻力12345167118191520011最不利环路1-9-10-11-12总阻力损失91.1Pa,阻力平衡不再进行计算，通过阀门进行调节。五层回风水力计算结果列于表4-13中。最不利环路1-9-10-11-12总阻力损失85.5Pa,阻力平衡不再进行计算，通过阀门进行调节。一般来说，一个完整的中央空调系统由三大部分组成，即冷热源、供热与供冷管网和空调用户系统。所谓的冷热源就是通过管路系统将各种设备组成制备热媒或冷媒的热力系统；供热与供冷管网是输送热媒与冷媒的大动脉，将冷热源制备的冷、热媒输送到用户；空调用户系统是由管路系统与末端空气处理设备组成冷量或热量的分配系统，按各建筑物冷热负荷的大小，合理地将冷量或热量分配到各个房间或区域，以创造出舒适而健康的室内环境。表4-13五层回风管道水力计算编号流量长度面积流速动压局部阻力系数局部阻力比摩阻沿程阻力管段阻力1234516718191114.5.1空调水系统的比较空调水系统的形式比较复杂，有很多的分类方法。如，按照介质是否与空气接触分为闭式系统和开式系统；按照系统各并联环路中水的流程分为同程式系统和异程式系统；按照系统循环水量的特征分为定流量系统和变流量系统；按照系统中循环水泵的设置分为单级泵系统和双级泵系统；按照冷热水管道的设置分为双管制系统、三管制系统和四管制系统。其中各种系统形式的优、缺点比较列于下表。以下是各种系统的优缺点的简单比较，在选择系统时，一般系统在符合下列情况时，可以作出相应的选择：XXXX毕业设计(论文)第四章设计计算表4-14空调水系统比较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；不需要克服静水压力，水泵压力、功率均低。系统简单与蓄热水池连接时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、热的供、回水管均分开设置，具有冷、热两套独立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，初投资省不能调节水泵流量，难以节省输送能耗，不能适应供水分区压降较悬殊的情况复式泵冷、热源侧与负荷侧分别配备循环水泵可以实现水泵变流量，能节省输送能耗，能适应供水分区不同压降，系统总压力低。系统较复杂，初投资较高2、空调冷媒水和热媒水的循环水泵，不宜冬夏共同使用同一水泵，一般宜3、空调冷媒水系统宜采用闭式循环，在高层建筑中，冷媒水系统应采用闭4、水系统的管路设计，宜按照下列原则确定其制式：(1)支管环路的压力降较小，主干管路的压降起主导作用者，宜采用同程式；5、全年使用的空调系统，当仅要当按季节变化统一进行换时，宜采用两管制供水方式；当加热和冷却工况交替变换比较频繁，或在同热媒水的供、回管应采用非燃或难燃保温材料进行保温。保温层外应复以如铝箔之类的隔汽层。冷、热水管穿过墙体或楼板时，其保温层与隔汽层应保持连7、为了减少冷水机组蒸发器的承压，在高层建筑中，当冷水机组安装在低区时，冷媒水循环泵宜装置在蒸发器的出水端。8、当空调冷媒水系统的规模和总压力损失均不太大，分区供水彼此间的力损失相差不甚悬殊时，冷媒水循环水泵宜采用单级泵。根据以上各系统的特征及优缺点，结合本设计的情况，本设计空调水系统选择闭式、异程、双管制、单式泵系统。4.5.2空调水系统的设计原则空调水系统设计主要原则如下：1)空调水系统应具备足够的输送能力。例如，在中央中调系统中通过水系统来确保流过每台空调机组或风机盘管空调器的循环水量达到设计流量，以确保机组的正常运行。2)合理布置管道。管道的布置要尽可能地选用同程式系统，虽然初投资略有增加，但易于保持环路的水力稳定性；若采用异程系统时，设计中应注意各支管间的压力平衡问题。3)确定系统的管径时，应保证能输送设计流量，并使阻力损失和水流噪声小，以获得经济合理的效果。众所周知、管径大则投资多，但流动阻力小，循环水泵的耗电量就小，使运行费用降低，因此，应当确定一种能使初投资和运行费用之和为最低的管径。同时，设计中要杜绝大流量小温差问题，这是管路系统设计的经济原则。4)设计中，应进行严格的水力计算，以确保各个环路之间符合水力平衡要求，使空调水系统在实际运行中具有良好的水力工况和热力工况。5)空调管路系统应能满足中央空调部分负荷运行时的调节要求。6)空调管路系统设计中要尽可能多地采用节能技术措施。7)管路系统选用的管材、配件要符合有关的规范要求。8)管路系统设计中要注意便于维修管理，操作、调节方便。4.5.3水系统的水力计算方法空调水系统管路的水力计算是在已知水流量和推荐流速下，确定水管管径及水的流动阻力。并据此来选择所需要的循环水泵。1、水流量的确定空调水系统管路中水流量的确定根据下式计算：XXXX毕业设计(论文)第四章设计计算已知各层房间需要供给的冷量和新风冷负荷，根据上述公式，可以计算出各层水的质量流量，再根据管段的供冷情况，计算出各管段水的质量流量。2、管径的确定水管管径d由下式确定：水系统中管内水流速按表4-15中的推荐值选用，经试算来确定其管径，或按表4-16根据流量确定管径。表4-15管内水流速推荐值(m/s)管径/mm闭式系统开式系统管径/mm闭式系统开式系统表4-16水系统的管径和单位长度阻力损失系统形式闭式系统开式系统流量(m³/h)流量(m³/h)XXXX毕业设计(论文)第四章设计计算系统形式闭式系统开式系统流量(m³/h)流量(m³/h)3、水的流动阻力的确定(1)沿程阻力水在管道内的沿程阻力按下式计算：式中：λ——摩擦阻力系数，无因次量；l——立管段长度，m;d——管道内径，m;p——水的密度，1000kg/m³;R——单位长度沿程阻力，又称比摩阻，Pa/m。冷水管采用钢管或镀锌管时，比摩阻R一般为100-400Pa/m,最常用的为摩擦阻力系数λ与流体的性质、流态、流速、管内径大小、内表面的粗糙度有关。过渡区的λ可按柯列勃洛克-怀持(Colebrookandwhite)公式计算：式中：K——管内表面的当量绝对粗糙度，mm;闭式水系统K=0.2mm,开式水系统K=0.2mm,冷却水系统K=0.2mm;Re——雷诺数，表示流体运动状态特征的一个无因次数，Re=vd/v;XXXX毕业设计(论文)第四章设计计算可用图4-5查出水管路的比摩阻。比震用;pam比震用;pam(2)局部阻力水流动时遇到弯头、三通及其他配件时，因摩擦及涡流耗能而产生的局部阻力计算公式为：v——与ζ对应的水速度，m/s。确定局部阻力，主要是确定局部阻力系数ζ,因此，为了便于确定各管段局部阻力系数，现将常用的局部阻力构件及其系数列表如下，在计算过程中，根据实际情况查找相应的部件。XXXX毕业设计(论文)第四章设计计算表4-17局部阻力当量长度对照表管径/mm除污器//////弯头//////乙字弯1//////截止阀6闸阀/1渐缩变径1//////渐扩变径//////直流三通2旁流三通5分流、合流三通直流四通分流四通(3)水管总阻力水流动总阻力H₄(Pa)包括沿程阻力H,和局部阻力H,即：4.5.4冷冻水立管的水力计算供回水立管的水力计算先根据各层所需的冷量计算出各层需要的水流量；然后，由供回水立管的布置草图，确定各管段的水流量，根据各管段的水流量，由表4-16确定各管段管径。由图4-5可查出比摩阻R,由表4-17查出各管件的局部阻力系数，可确定各管段的总阻力。XXXX毕业设计(论文)第四章设计计算8954321图4-6冷冻水立管示意图冷冻水供回水立管水力计算列于表4-18。表4-18冷冻水立管水力计算序号负荷流量管径管长VRξ12345363789冷冻水立管总阻力损失为33706Pa。冷冻水干管采用估算10kPa/100m,则每层干管水力损失为6.5kPa。除冷冻水系统外，采用水冷式冷凝器的制冷系统的运行费用主要由两个方面构成，一是制冷压缩机的耗电量费用，另一个就是冷却水的费用。所以合理的选用冷却水源和冷却水系统对制冷系统的运行有重大意义。常用的冷却水系统的水源有：地表水、地下水、海水、自来水等。冷却水系统的形式主要有直流式冷却水系统和循环式冷却水系统。直流式冷却水系统是指升温后的冷却水直接排出，不重复使用。直流式冷却水系统主要是用于在有充足水源的地方，且大型空调冷源用水量大的场合。循环式冷却水系统是将来自冷凝器的冷却回水先通过蒸发式冷却装置，使之冷却降温，然后再用水泵送回冷凝器循环使用，这样，只需要补充少量新鲜水即可。与直流式相比，循环式冷却水系统可以节约能量和水源，而且降低费用。制冷系统中常用蒸发式冷却装置由两种类型：自然通风式冷却塔和接卸通风式冷却塔。表4-19冷却水系统水力计算管段号流量管径长度流速比摩阻沿程阻力动压局部阻力系数局部阻力管段阻力11223654252861XXXX毕业设计(论文)第四章设计计算总上所述，比较其优缺点，在本系统中选用自来水作为冷源，采用循环式冷却水系统。冷却水系统水力计算如表4-19:总阻力损失20121.9Pa在闭式系统中，必须保证系统管道及设备内充满水，因系管道任一点的压力都高于大气压力(否则会吸入空气),因此闭式水系统需要定压。空调系统中广泛采用定压点在水泵的吸入口处的定压方式，其主要的优点是水力系统工况稳定。在本系统中采用补给水泵定压的方式。第五章设备选择空调机组的选择依据每层的送风量和冷负荷选，各层空调房间的总冷负荷，水流量和总热负荷如表5-1所示。表5-1各层空调房间的总冷负荷楼层室内冷负荷流量总热负荷WW一层二，三，四层五层汇总一层和中间层送风量接近，分别为11628.5和11651.4,选用的空气处理机组的参数如表5-2。表5-2空气处理机组参数表型号长度外形尺寸(长*宽*高)合段滤段滤段段段五层送风量为13324.5选用的空气处理机组的参数如表5-3。表5-3空气处理机组参数表型号长度外形尺寸(长*宽*高)混合段初效过滤段中效过滤段表冷器加热段制冷机组容量的确定：A——建筑物的同时使用系数，一般为0.6～1.0;A₂——冷损失系数，一般为1.05～1.15;A₃——事故备用冷量系数，两台机组时A₃取1.4,三台时A₃取1.2;A₄——考虑设备传热及出力效率降低的系数；制冷机组的容量为：选用两台型号为30HXC165B系类水冷式螺杆式冷水机组制冷机组运行的工况条件：名义制冷量按以下工况确定冷冻水的进水温度：12℃冷却水的进水温度：30℃蒸发器污垢系数：0.044冷冻水的出水温度：7℃冷却水的出水温度：35℃冷凝器污垢系数：0.044制冷机组的规格，如表5-4所示。由上边计算可知整个教学楼的设计流量为64.872m³/h,考虑到各种不利因素，经常附加10%的余量。所以冷冻水泵的流量为70.8m³/h。选用三台水泵(两用一备),则每台水泵的流量为35.4m³/h。表5-4制冷机组规格商品编号名义制冷量名义工况功率电源安全保护类别高低压保护等容量控制6级冷却水类型壳管流量管径水阻力冷冻水类型壳管流量管径水阻力外形尺寸长宽高机组净重运转重量冷水机组阻力：取30kPa;管路阻力：由前面的计算可知管路的阻力为14.5kPa;空调末端装置阻力为10kPa;水系统的各部分阻力之和为30kPa+14.5kPa+10kPa=54.5kPa=5.45m;水泵扬程：取10%的安全系数，则扬程H=5.454m×1.1=6m。选择型号为IS100-65-250B的水泵，水泵的详细参数如表5-5所示。表5-5IS100-80-160D型水泵参数表型号流量Q电机功率汽蚀余量rm85.4冷却水泵的选择(1)冷却水流量的计算式中：Q——制冷机放出的热量，Q≈Q×1.3KW;c——冷却水的比热，KJ/Kg℃;t₃——冷却水出口温度，℃;t₄——冷却水进口温度，℃。所以冷却水流量为G₄=1.3×375.3/4.2/5=23.2kg/s=83.5m3/h冷却水泵选用三台(两用一备)每台水泵的流量为42m3/h(2)冷却水泵扬程的确定式中：h,,h——冷却水管路系统总的沿程阻力损失和局部阻力损失；h——冷凝器阻力，如表8-3所示为50kPa;h,——冷却塔中水的提升高度(从冷却塔盛水池到喷嘴的阻力)h。——冷却塔喷嘴的喷雾压力，可取49.05kPa。冷却水泵扬程为：Hp=1.1(77+49.05+4+20)=165.选择型号为IS100--200的水泵，水泵的详细参数如表5-6所示。表5-6IS100-65-125型水泵参数表型号流量Q电机功率汽蚀余量rm5.5冷却塔的选择根据国家标准GB7190-1997规定的冷却塔的标准设计工况及冷却塔的运行工况如表所示。表5-7冷却塔的运行参数塔类型标准型出水温度/°C设计温差/°C5湿球温度/°C干球温度/°C根据冷却水的流量83.5m³/h,选择型号为CDBNL₃-125的超低噪声型逆流玻璃钢冷却塔，其主要参数如表所示。型号冷却水量主要尺寸(mm)风量风机直径电机功率重量(t)总高度宽度自重运转重4变频补水泵在系统中可以起到定压的作用，它的扬程应保证补水压力比系统补水点压力高30-55kPa,也可以根据下式确定：H₁-补水泵吸入管路总阻力损失，Pa;H₂——补水泵压出管路总阻力损失，Pa;H——补水箱最低水位高出系统补水点的高度，m;g——重力加速度，m/s²。补水泵总小时流量宜为系统水容量的5%,不得超过10%;系统较大时宜设置2台补水泵，一用一备，初期上水或事故补水时2台水泵同时运行。经过计算，选用型号为32LG-15X2的补水泵，流量为6.5m³/h,扬程为30m,