【BIM机电】空调工程设计基础知识

一、空调负荷估算

1.1 室内、外空气的空调设计参数

室内空气的空调设计参数

l在我国的采暧通风与空气调节设计规范中规定,舒适性空调的室内设计参数为:

夏季: 温度  2428

相对湿度    40%65%

风速   0.3 m/s

冬季: 温度 1822

相对湿度  40%60%

风速   0.2 m/s

2、室外空气的空调设计参数

(我国主要城市的室外空气气象参数见相关手册

l主要从两个方面影响系统的设计容量:

l①、由于室内外存在温差通过建筑围护结构的传热量

l②、空调系统采用的新鲜空气量在状态不同于室内空气状态时,需要花一定的能量将其处理到室内空气状态。

几个术语

⑴冬季空调室外空气计算温度:采用历年平均不保证1天的日平均温度;

⑵冬季空调室外空气计算相对湿度:采用累年最冷月平均相对湿度

⑶夏季空调室外空气计算干球温度:采用历年平均不保证50小时的干球温度

⑷夏季空调室外空气计算湿球温度:采用历年平均不保证50小时的湿球温度

⑸夏季空调室外空气计算日平均温度:采用历年平均不保证5天的日平均温度

1.2 空调房间的冷负荷

l空调房间的冷负荷包括:

l①建筑围护结构传入室内热量(太阳辐射进入的热和室内外空气温差经围护结构传入的热量)形成的冷负荷;

l②人体散热形成的冷负荷;

l③灯光照明散热形成的冷负荷;

l④设备散热形成的冷负荷;

l⑤食物散热形成的冷负荷;

l⑥空气渗透带入室内的冷负荷。

l 以上冷负荷的计算可参见<实用供热空调设计手册>

1.3空调房间的湿负荷

l空调房间内的散湿量有人体散湿、敞开水面蒸发散湿等。

l①人体散湿量

W=0.001nng  kg/h      

式中  g_成年男子的小时散湿量  g/h

n-室内总人数,n群集系数

l②敞开水表面散湿量

W= ωF  kg/h

式中  ω单位水面蒸发量

1.4、建筑物空调冷、热负荷的估算(待完善)

1.5典型城市住宅冷热指标(待完善)

二、中央空调系统选择

1、空调系统的分类

空调系统一般可按负担室内热湿负荷所用的介质分为全空气系统、全水系统、空气水系统和制冷剂系统。按空气处理设备的集中程度可分为集中式空调系统、半集中式空调系统和分散式空调系统。按热量移动(传递)的原理来分可分为对流方式空调和辐射方式空调,按被处理空气的来源来分可分为封闭式系统、直流式系统和混合式系统。它们之间的主要关系见表2.1

2.1

分类

空调系统

系统特征

系统应用

按空气处理设备的设置情况分类

中央空调系统

集中系统

集中进行空气的处理、运送和分配

单风管系统

双风管系统

变风量系统

半集中系统

有集中的中央空调器,并在各个空调房间内还分别有处理空气的“末端装置”

末端再热式系统

风机盘管机组系统

诱导器系统

全分散系统

每个房间的空气处理分别由各自的整体式空调器承担

单元式空调系统

窗式空调系统

分体式空调器系统

半导体空调器系统

按负担室内空调负荷所用的介质来分类

全空气系统

全部由处理过的空气和水共同负担室内空调负荷

一次回风系统

一、二次回风式系统

空气—水系统

由处理过的空气和水共同负担室内空调负荷

再热系统和诱导器系统并用

全新风系统和风机盘管系统并用

全水系统

全部由水负担室内空调负荷,一般不单独使用

风机盘管系统

冷剂系统

制冷系统蒸发器直接放室内吸收余热余湿

单元式空调器系统

窗式空调器系统

分体式空调器系统

按集中系统处理的空气来源分类

封闭式系统

全部为再循环空气,无新风

再循环空气系统

直流式系统

全部用新风,不使用回风

全新风系统

混合式系统

部分新风,部分回风

一次回风系统

一、二次回风系统

按风管中空气流速分类

低速系统

考虑节能与消声要求的矩形风管系统,风管截面较大

民用建筑主风管风速低于10m/s

工业建筑主风管风速低于15 m/s

高速系统

考虑缩小管径的圆形风管系统,耗能多,噪声大

民用建筑主风管风速高于12 m/s

工业建筑主风管风速高于15 m/s

2、常用空调系统的比较和适用性

l 分别以定风量全空气系统、风机盘管(加新风系统)和单元式空调,作为集中式空调、半集中式空调和分散式空调为代表比较其特征和适用性见表2.2

2.2


集中式

半集中式

风道

设备与布置

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易均衡调节风量

3、风道要求保温,影响造价

1、放室内时,不接送、回风管

2、当和新风系统联合使用时,新风管较小

设备布置与机房

1、主机与空气处理设备可集中布置在机房

2、机房面积较大,层高较高

3、有时可以布置在屋顶上或安设在吊顶内

1、只需要新风空调机房,机房面积小

2、风机盘管可以安设在空调房间内

3、分散布置,敷设各种管线较麻烦


风管互相串通

空调房间之间有风管连通,使各房间互相污染。当发生火灾时会通过风管迅速蔓延

各空调房间之间不会互相污染

空调控制品质

温湿度控制

可以严格地控制室内温度和室内相对湿度

对室内温湿度要求较严时,难于满足

空气过滤与净化

可以采用初效、中效和高效过滤器,满足室内空气清洁度的不同要求。采用喷水室时,水与空气直接接触,易受污染,须常换水

过滤性能差,室内清洁度要求较高时难于满足

空气分布

可以进行理想的气流分布

气流分布受一定的制约

安装与维护

安装

设备与风管的安装工作量大,周期长

风机盘管吊装及水管安装的工作量大。

消声与隔振

可以有效地采取消声和隔振措施

必须采用低噪声风机,才能保证室内要求

维护运行

空调与制冷设备集中安设在机房,便于管理和维修

布置分散,维护管理不方便。水系统复杂,易漏水

经济性

节能与经济性

1、可以根据室外气象参数的变化和室内负荷变化实现全年多工况节能运行调节,充分利用室外新风,减少与避免冷热抵消。

2、对于热湿负荷变化不一致或室内参数不同的多房间,不经济

3、部分房间停止工作不需空调时,整个空调系统仍须运行,不经济

1、灵活性大,节能效果好,可根据各室负荷情况自行调节

2、盘管冬夏兼用,内壁容易结垢,降低传热效率

3、较难实现全年多工况节能运行调节

造价

除主机外,空气处理器和风管造价均较高

除主机外,风机盘管、电磁三通阀及水管的安装保温造价较高

适用性

1、建筑空间大,可布置风道

2、室内温湿度、洁净度控制要求严格的生产车间

3、空调容量很大的大空间公共建筑,如商场、影剧院

1、室内温湿度控制要求一般的场合

2、多层或高层建筑而层高较低的场合,如旅馆和一般标准的办公楼


三、设备的选择

8大系列,700多个品种

1、中央空调用冷(热)水机组的分类

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2、选型原则

1)主机选择

lA一般以夏季冷负荷为选型依据,并以冬季热负荷为校核依据。

lB要考虑同期使用系数,对于住宅,客厅和卧室非同时开启,同期使用系数可取0.5~0.7,对于一个全部房间同时开启或同时关闭的房间来说,同期使用系数接近1。

C、要考虑空调系统的形式

D、要考虑当地的能源、水源状况及气象条件

E、要考虑用户的要求

F、要考虑现场的安装情况

G、要考虑初投资和运行费用

H、要考虑机组的可靠性、适用范围和使用条件

2)末端设备的选择

lA根据空调房间计算冷负荷及风量确定末端设备

lB对于住宅、办公等以维护结构为主的房间,应考虑间歇负荷附加,其系数一般取1.1~1.2。此外住宅还应考虑邻室无空调时温差传热所引起的负荷

lC考虑装修的要求

D、选风机盘管时,一般按风机盘管的中档风速时的供冷量来选型号,也可按高档的供冷量的80%~85%来选择。

E、选风机盘管时,还应校核冬季负荷。

F、选风柜或组合式空调箱时,应根据空气的处理过程的计算结果(风量和冷量)进行选型。

四、风系统设计

1、全压、动压、静压、余压

l1)全压:又称风机的压头,指单位体积气体通过风机所获得的能量增量。单位为Pa,mmH2O

l2动压:指单位体积气体通过风机所获得的速度增加而导致能量增量。其计算公式:

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3)静压:静压=全压-动压

注意:风机静压不是风机出口的静压,也不是风机出口与进口静压差。

4)机外余压:指空调设备出风口外的剩余压头。实质是扣除空调设备的压头损失后的余压。

5)风管的阻力靠静压来克服。

2、风管内风速的确定

l风管设计主要包括风管尺寸的确定及风管阻力损失的计算,而风速的确定与两者均有关,因此,首先应确定风速。风速的确定与初投资、系统运行费用和气流噪声有关,风速可参照下表:

3、风管尺寸的选择

l1)风道截面积的确定

当空调房间送风量为已知时,确定送风管道截面尺寸的方法有两种:假定风速法和比阻法,假定速度法比较常用,现介绍之。

首先应已知空调送风量(参照前述的方法),然后根据建筑物的空调送风系统查出风速值(假定风道中的风速,再通过下式计算出风道面积。

最后确定风道的管径(圆管直径或矩形管道的边长)。

风道截面积计算公式

F=L/(v×3600) m2 (6-2)

式中L–风量m3/h

例如:某空调系统送风量L=7200m3/h,空调噪声值要求60dB,现安装一主风管,试确定其风管尺寸。

假定风速,查风速表可知,空调系统主风道风速推荐值为6~9m/s,现取8m/s

风道面积可计算求

F=L/(v×3600)=7200/(8×3600)=0.25m2

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若采用圆形风管,其直径可由下式计算出

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中   π——圆周率  π=3.14

      F——风管面积  m2

      D=0.56m=560 mm

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5、风管的阻力计算

6、保温

l空调风管和设备在下列情况下需保温:(1)不保温,冷、热损耗大,且不经济时;(2)由于冷、热损耗大,使管内介质温度达不到要求时;(3)当管道通过室内空气参数要求严格控制的房间,而且由于管道散出的冷、热量使室内参数不易达到规定值时;(4)管道冷表面可能结露时。

保温厚度:

一般空调房防凝露厚度:

PEF板:10~15mm

玻璃棉:25mm

一般非空调房厚度:

PEF板:25~30mm

玻璃棉:50~60mm

6、风口、阀门

五、水系统

1、空调水系统的设计原则

l空调水系统设计应坚持的设计原则是:

l★力求水力平衡;

l★防止大流量小温差;

l★水输送系数要符合规范要求;

l★变流量系统宜采用变频调节;

l★要处理好水系统的膨胀与排气;

l★要解决好水处理与水过滤;

l要注意管网的保冷与保暖效果。

⑴、水系统设计应力求各环路的水力平衡

la技术要求

l空调供冷、供暖水系统的设计,应符合各个环路之间的水力平衡要求。对压差相差悬殊的高阻力环路,应设置二次循环泵。各环路应设置平衡阀或分流三通等平衡装置。如管道竖井面积允许时,应尽量采用管道竖向同程式。

(2)防止大流量小温差

la造成大流量小温差的原因

l★设计水流量一般是根据最大的设计冷负荷(或热负荷)再按5℃(或10℃)供回水温差确定的,而实际上出现最大设计冷负荷(或热负荷)的时间,即按满负荷运行的时间仅很短的时间,绝大部分时间是在部分负荷下运行。

l★水泵扬程一般是根据最远环路 、最大阻力,再乘以一定的安全系数后确定的,然后结合上述的设计流量,查找与其一致的水泵铭牌参数而确定水泵型号,而不是根据水泵特性曲线确定水泵型号。因此,在实际水泵运行中,水泵实际工作点是在铭牌工作点的右下侧,故实际水流量要比设计水流量大20%-50%。

★在较大的水系统设计中,设计计算时常常没有对每个环路进行水力平衡校核,对于压差相差悬殊的环路,多数也不设置平衡阀等平衡装置,施工安装完毕之后又不进行任何调试,环路之间的阻力不平衡所引起的水力工况、热力工况失调象现只好靠大流量来掩盖。

a、避免大流量小温差的方法

★考虑到设计时难以做到各环路之间的严格水力平衡,以及施工安装过程中存在的种种不确定因素,在各环路中应设置平衡阀等平衡装置,以确保在实际运行中,各环路之间达到较好的水力平衡。

当遇到某个或几个支环路比其它环路压差相差悬殊(如阻力差100kPa以上),就应在这些环路增设二次循环泵。

⑶、水系统的膨胀、补水、排水与排气

la水系统的膨胀

封闭空调冷冻水系统,应在高于回水管路最高点1-2m处设膨胀水箱。膨胀水箱一般可选标准水箱(T905(一),其容积范围为0.2-4.0m3.膨胀水箱设有膨胀管、补水管、溢水管和泄水管,并应设有水位控制仪表或浮球阀。

a、水系统的补水与排水

 水系统的注水与补水均应通过膨胀水箱来实现。因此,应将膨胀管单独与制冷站中的回水总管(或集水器)相接,这样在系统安装调试时的新注水或在平时运转中的补充水,均可通过膨胀水箱注水。使整个水系统的注水从位置较低的回水总管(或集水器)由低向高进行,从而将管路系统中的空气由下往上通过排气阀和膨胀水箱排除。许多工程安装为图省工省料,将膨胀水箱的膨胀管就近与较高处的回水管相接,致使系统中的空气难以排除而招致供水压力长时间不稳定。

水系统的排水阀应设在系统的最低点(集水器或制冷机水管路最低点),以便检修时能将管路系统中的水全部排除。

a、水系统的排气

安装在每层建筑物的风机盘管、新风机组回水管路末端最高点,均应装设自动排气阀。如支环路较长而使管路转弯较多时,或某些水管为躲避消防管、新风管和装设在吊顶内的较大断面电缆等而有上下转弯时,均应在转弯的最高点设置自动排气阀。旅馆水系统常见弊并之一就是水中带气,而气又难以排除,究其原因就是自动排气阀设置过少或设置不当所造成。

⑷、水系统的水处理与水过滤

l民用建筑空调水系统的水质处理,尚未引起一些设计人员的重视。长时间循环使用的冷冻水和冷却水往往由于重碳酸盐、细菌和藻类杂物等因素,使冷水机组中的蒸发器和冷凝器等热交换设备结垢或腐蚀,从而增大设备热阻、降低制冷量和机组寿命。

水处理:效果较好的有药物水处理法和电子水处理法。药物水处理多用于冷却水系统的水质处理,有通用型、缓蚀型和阻垢型。而电子水处理不但适用于冷却水系统,而且也可用于冷冻水(冷媒水)系统的水质处理,不同规格的电子水处理仪可安装在管径为DN12-DN300的管路上,水处理效果非常明显,目前在一些工程上已广泛应用。

水过滤:在水系统中设置水过滤器滤除循环水中的粉尘纤维、砂石砖块、植物性啐屑等极为重要。常用的过滤装置有金属网、尼龙网状过滤器,Y型管道式过滤器等。在水系统运转期间过滤器要定期清结,以保证水路畅通无阻。

⑸、管网的保冷与保温

制冷空调管网往往由于保冷(保温)材质和厚度设计或施工不当,而造成冷(热)量损失,并在夏季可能产生大量冷凝水而影响环境。

A、空调供冷水管的经济保冷厚度

冷水管道的经济保冷厚度按国标GB50189-93的规定,不应小于下表所列数据。


保温层厚度选用参考表

冷水管(或热水管)的公称直径Dg[mm]

≤32

40~55

80~150

200~300

>300

保温层厚度

[mm]

聚苯乙烯(自熄型)

40~45

45~50

55~60

60~65

70

玻璃棉

35

40

45

50

50

2、水系统热稳定性问题

3、冷凝水系统设计

4、水泵的选择

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式中 —设计的最大流量,[m3/h]

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选择水泵所依据的流量L和压头(或扬程)P如下确定:

l1.1或1.2—附加系数,当水泵单台工作时取1.1;两台并联工作时取1.2。

l式中 —管网最不利环路总阻力计算值,[kPa]

l1. 1~1.2—附加系数。

一般对于供暖:管路阻力为80~200Pa/m,总管路阻力为60kPa,考虑到末端装置、阀门、除污器、换热器等局部阻力,其总阻力约为190~30kPa。

一般对于空调:对最远环路全长及为60~200m,一般按200~500Pa/m的比摩阻确定

六、噪声控制的措施
1、空调系统噪声降低应采取以下几种措施

l(1)主要考虑降低产生噪声的声源,选用空调设备时应选用振动小,噪声低的产品,如低噪声压缩机、电机、风机、水泵、空调机、风机盘管等。

l当空调系统中的风量一定时,选用风机压头安全系数不宜过大,必要时选用送风机和回风机共同负担系统的总阻力。

l(2)在设计空调风道系统时风道应尽量减少阻力,管道的局部阻力不可过大,尽量减少变阻管、弯头、三道、风阀等的个数。每个送风系统的总风量和阻力不宜过大,必要时把大风量系统分成几个小风量系统。

(3)尽量减小送风温差以减少送风量,风量减少了,风机也可能相应减小号数,噪声降低。

(4)风道内风速应尽量在合理的范围内减少,风速降低,噪声会减弱。

(5)在制冷空调设备上加设防振措施,以减小噪声。

(6)在风管内或弯头处加设消声设施,如消声器、消声弯头等。

(7)在机房或空调机内增加消声材料、吸收噪声。

(8)根据风道内的风量以及流速来确定消声器的有效流通截面积。(通过室内消声器的风速不宜大于5m/s,通过消声弯头的风速不宜大于8m/s,通过其他类型的消声器风速不宜。大。于10m/s)。

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【BIM机电】空调工程设计基础知识


原文始发于微信公众号(海南省BIM中心):【BIM机电】空调工程设计基础知识

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