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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）

题    目：  公共建筑空气-水空调系统设计

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层    次：       专科起点本科      

专    业：    建筑环境与能源应用工程

年    级：         年  季         

学    号：                     

学    生：                        

指导教师：                       

完成日期：      2023年8月28日      

内容摘要

当前我国的建筑行业迅猛发展，对空调系统的需求也日益提高。研究设计一套合适的空调系统不仅能够提升人们在建筑物内的居住生活的舒适度，也能够提升人们的幸福获得感。因此，对空调系统进行良好的设计具有重要的意义。

本文以哈尔滨丰腾大厦标准层办公室为例，对其设计一套合适的空气-水空调系统。本文首先对大厦标准层办公室的各个房间进行了冷负荷、湿负荷的计算。之后，将负荷结果和焓湿图相结合，确定了系统的制冷负荷和风机负荷，并通过这两个参数选择了合适的机组。此后，本文对系统的送回风口、风力管道和水力管道的布局以及相应的设备型号和尺寸进行了设计校验。最后，本文在上述工作的基础上绘制了系统的施工图，可用来对实际的安装施工提供一定的指导。

关键词：公共建筑；空气-水系统；管道设计

目  录

内容摘要... I

引  言... 1

1  设计基本资料及任务... 2

1.1  设计资料... 2

1.2 设计任务... 3

2  空调负荷计算... 4

2.1  空调冷负荷计算... 4

2.1.1  主墙体围护结构冷负荷... 4

2.1.2  门窗热传递冷负荷... 8

2.1.3  电器散热冷负荷... 9

2.1.4  照明散热冷负荷... 11

2.1.5  人体散热冷负荷... 12

2.2 湿负荷计算... 13

3  空气处理过程... 15

3.1  新风量确定... 15

3.2  风机盘管加新风系统的空气处理过程... 17

4  空气处理设备的选择... 18

4.1  新风机组的选择... 18

4.2  房间风机盘管的选择... 19

5  气流组织设计... 21

5.1  送回风口的选择、布置... 21

5.2  送回风口的选型... 21

6  空调风管水力计算... 22

7  空调水管水力计算... 25

8  空调系统施工图... 27

参考文献... 29

引  言

我国的建筑行业在近30年间奋力发展，城市里高楼大厦耸立，人们的居住和生活已经无法离开对优质建筑的依赖。并且，我国正在大力倡导建设节约型社会，传统的以高耗能来提高生活舒适度的做法已经越来越不适应人们对绿色和谐生活的需要了。在建筑行业中，和人们的工作生活直接相关的空调系统是决定人们在建筑物内的舒适度的最重要的部分之一。这使得空调系统的设计施工逐渐成为我国乃至世界学者和工程师们研究的热点^[1-3]。

对于大型中央空调系统而言，发达国家在设计和应用方面研究较早，因此有较好的基础。2012年，荷兰首都阿姆斯特丹的里普斯国际购物商场采用集成一体化设计，并将新型的由聚苯氯丙烯材料制成的隔热板嵌于墙体中，以降低传热系数。通过对送风、制冷制热、除湿等多项指标的优化升级，形成了典型的HVAC(Heating、Ventilation、Air-condition，Cooling，加热、送风、空气调节、制冷)一体化集成系统。此外，日本、美国、加拿大等发达国家也在空调系统的设计和施工上制定了一系列技术标准和验收标准，为空调行业的良好发展提供了前提。

对我国而言，虽然空调行业发展起步较晚，但自2006年以来，我国的空调系统设计应用标准也开始逐渐在国内的建筑暖通行业中被广泛采用。2013年，我国天津大学的左寿华教授等针对我国大型空调的机组利用效率低的情况进行了深入分析，并提出了一系列的改进措施使其得到了改善。如在空调系统的设计和安装过程中，通过合理选择制冷剂材料和设计风力管道的走径，可在减少对大气环境破坏的前提下将系统的效率提高8.9%。相应的技术已经被应用在南京和上海等地的中央空调系统中。相信在不久的未来，我国也会成为空调行业的领路人^[4]。

本文主要参考国内外大型建筑中央空调系统设计施工方面的典型步骤和设计经验，对哈尔滨市丰腾大厦的标准层办公室进行中央空调系统的设计。本文采用空气-水空调系统，结合大厦标准层办公室的空间布局、墙体结构形式和传热系数等参数，根据《实用供热空调设计手册》和《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中的设计过程和设计要求进行设计。主要完成对大厦标准层办公室的冷负荷、湿负荷计算，风量确定，机组选择以及风机盘管和管道的选择，最终形成一套适合丰腾大厦标准层办公室使用的中央空调系统。

1  设计基本资料及任务

1.1  设计资料

图1.1 标准层办公室布置平面图（右侧向）

本设计实体为哈尔滨丰腾大厦，图1.1为标准层办公室布置图，层高3.6米，南北侧面对室外，东侧储藏室上方及办公室上方为正常供冷房间，设计中不予考虑。外门为节能外门，尺寸1.5m×3m，传热系数K=3.12 W/m²•K，外窗为双层木窗，尺寸1.2m×1.8m，传热系数K=4.7 W/m²•K，其他建筑条件如图1.1所示。其他相关气候材料参考《实用供热空调设计手册》。综合房间尺寸及经济因素对其夏季制冷工况下的空调系统进行设计，采用空气—水空调系统，设计过程参考规范《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）。

1.2 设计任务

公共建筑空气-水空调系统设计主要包括一下内容：

（1）按建筑结构和类别，计算房间的空调负荷；

（2）在焓湿图上确定空气处理过程，计算空气处理机组的送、回、新风量；

（3）对风机盘管及新风机组进行选型；

（4）布置风口位置及风口型式；

（5）布置水管位置，通过水力计算确定水管尺寸；

（6）布置风道位置，通过水力计算确定风管尺寸；

（7）绘制空调系统施工图。

2  空调负荷计算

空调负荷一般包括冷负荷和湿负荷。这两个参数是选择空调系统机组的额定电机功率和额定制冷功率的重要依据。因此，对空调负荷的正确计算是确保空调系统能够达到预期性能的重要前提。

2.1  空调冷负荷计算

室内空调系统的冷负荷与建筑物的墙体、门窗等围护结构的传热系数，室内空间内人群的密集程度、活动程度，发热设备（如电采暖、照明、电器等）的功率和数量有密切的关系。因此，冷负荷主要通过对上述的组成因素进行计算得到。对空调系统的冷负荷的计算方法有很多，常用的包括冷负荷系数分析法、谐波辐射热反应法、集总参数法、数值分析法等^[5-7]。

对于哈尔滨丰腾大厦标准层办公室而言，由于其房间相对较多、空间布局较为复杂，但人员的密集程度和活动程度以及相应的散热设备使用情况相对固定，因此采用系数分析法计算冷负荷相对简单。所以本节采用系数分析法来确定系统的冷负荷。

系数分析法就是对各个冷负荷产生源采用相对固定的传热系数值和修正系数值来对冷负荷进行近似的确定。因此，对于建筑布局较复杂的系统而言，需要根据不同的热源性质、不同的独立空间来分别进行计算。下面，本文对大厦标准层办公室空调冷负荷的确定进行详细说明。

2.1.1  主墙体围护结构冷负荷

根据图1.1可以看出，大厦的标准层共有办公室房间12个，步行梯1个，电梯1个，储藏室、电气间和暖井各1个，公共卫生间1个（女）、电梯等待前厅1个。由于图1.1仅列出半部分，因此标准层的办公室、步行梯和电梯等的数量为上述数量乘以2。

对于标准层办公室的墙体而言，在进行冷负荷计算时需要分为两部分计算。一部分为南墙和北墙部分，一部分为东墙和西墙部分。因为南墙和北墙直接同室外空间接触，而东墙和西墙隔壁为室内空调系统覆盖的空间，所以这两部分墙体的温差计算值是不同的。

对于南墙和北墙所包围的8个办公室而言，以西南侧的办公室为例，对其进行冷负荷计算，其它7个办公室计算方法类似。

冷负荷系数分析法的近似计算公式如下：

                     （2.1）

                   （2.2）

在式（2.1）至（2.2）中，相应字符表示的含义如下：

—墙体结构的瞬时冷负荷值，（W）；

-墙体的有效面积，（m²）；

-墙体结构的传热系数，（W/m²k）；

-墙体所围空间的内部计算温度，（^oC）；

墙体瞬时冷负荷时间点的基准计算温度，为根据地理位置修正后的实际温度（^oC）；

-地理位置的修正系数；

-墙体外表面的散热修正系数；

-墙体外表面的吸热修正系数。

对大厦标准层的西南侧办公室为例，其顶部和底部的面积为6.6×7.8÷2=25.74m²，东西墙的面积为3.6×7.8÷2=14.04m²，南北墙的面积为3.6×6.6=23.76m²。温差计算值为室外实际温度与室内标准温度值的差值。由于南墙直接和室外接触^[8]，因此温差值同东墙和西墙不同。《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中哈尔滨地区的室外温度修正系数值为0.967，参考值随时间点的不同而不同。则哈尔滨室外温度的设计参考值经过修正后列于表2.1所示。

表2.1 哈尔滨地区空调系统室外温度设计参考值

表2.2 西南侧办公室南墙的冷负荷值

根据表2.1可以方便求得西南侧办公室南墙的冷负荷值，相应时间点的冷负荷值列于表2.2所示。

同理，可计算得出西南侧办公室的西墙相应时间点的冷负荷值，经过计算后列于表2.3所示。

表2.3 西南侧办公室西墙的冷负荷值

对于西南侧办公室的东墙、北墙及顶部和底部的结构而言，与其它由空调系统控制的空间接触，而不和室外空间接触。因此其标准温度的差值近似为固定值，根据《实用供热空调设计手册》中规定，此的值一般取1或2℃。因此，东墙、北墙和顶部及底部冷负荷值经过计算后可分别列于表2.4至表2.6所示。

表2.4 西南侧办公室东墙的冷负荷值

表2.5 西南侧办公室北墙的冷负荷值

表2.6 西南侧办公室顶部和底部的冷负荷值

将表2.4至表2.6中计算出的冷负荷值进行相加，最终可求得西南侧办公室由墙体的所组成的冷负荷值，列于表2.7所示。西南侧办公室墙体冷负荷的计算方法，可以用于其它办公室空间中。