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摘要
本設計為廣州市某廠區(qū)高層辦公樓空調系統(tǒng),擬為之設計合理的中央空調系統(tǒng),為室內工作人員提供舒適的工作環(huán)境。
設計內容包括: 空調冷負荷的計算；空調系統(tǒng)的劃分與系統(tǒng)方案的確定；冷源的選擇;空調末端處理設備的選型；風系統(tǒng)的設計與計算；室內送風方式與氣流組織形式的選定；水系統(tǒng)的設計、布置與水力計算； 風管系統(tǒng)與水管系統(tǒng)保溫層的設計；消聲防振設計；等內容。
本設計依據有關規(guī)范考慮節(jié)能和舒適性要求，設計的空調系統(tǒng)采用風機盤管—新風系統(tǒng)。
關鍵字：辦公樓；中央空調；風機盤管—新風系統(tǒng)；性能比較。
Abstract
The graduation project designs a central air conditioning system for a official building in Guangzhou City, so as to create a comfortable work environment for the stuff.
It contains: cooling load calculation; the estimation of system zoning; the selection of refrigeration units; the selection of air conditioning equipments; the design of air duct system and calculation; the estimation of air distribution method and the selection of relevant equipments; the design of water system and its resistance analysis; the insulation of air duct plant and chilled water pipes; noise and vibration control; etc.
According to some correlation standard, allow for energy safe and indoor comfort, the air condition system of the design is Fan coil units (FCUs)--fresh air system.
Key words: official building; Central air conditioning;
Fan coil units (FCUs)--fresh air system;
The function compare.
1 緒論
1.1 我國暖通空調的現狀及其發(fā)展
進入90年代后，我國的居住環(huán)境和工業(yè)生產環(huán)境都已廣泛地應用空調，空調技術已成為衡量建筑現代化水平的重要標志之一 。90年代中期，由于大中城市電力供應緊張，供電部門開始重視需求管理及削峰填谷，蓄冷空調技術提到了議事日程。近年來，由于能源結構的變化，促進了吸收式冷熱水機組的快速發(fā)展，以及熱泵技術在長江中下游地區(qū)的應用。
隨著生產和科技的不斷發(fā)展,人類對空調技術也進行了一系列的改進,同時也在積極研究環(huán)保、節(jié)能的空調產品和技術,已經投入使用了冰蓄冷空調系統(tǒng)、燃氣空調、VAV空調系統(tǒng)、地源熱泵系統(tǒng)等。暖通空調技術的發(fā)展，必然會受到能源、環(huán)境條件的制約，所以能源的綜合利用、節(jié)能、保護環(huán)境及趨向自然的舒適環(huán)境必然是今后發(fā)展的主題。
1.2 建筑空調系統(tǒng)節(jié)能國內外研究現狀
1.2.1 建筑空調系統(tǒng)節(jié)能國外研究現狀
能源是整個經濟系統(tǒng)的基本組成部份，作為一個能源消耗大國，美國在節(jié)能和提高能源利用率方面投入了大量的人力、物力。在美國的整個能源消耗中，有約1/3以上消耗在建筑能耗上，這些能耗用來滿足人們的熱舒適、空氣品質、提高人們的生活質量。美國暖通空調制冷工程師協(xié)會、美國制冷協(xié)會、美國冷卻塔協(xié)會等組織、美國能源部以及眾多暖通空調設備生產廠家如York, Carrier等都為建筑節(jié)能做出了很大貢獻。特別是美國制冷設備生產廠商投入了大量的資源研究高性能冷水機組，使得冷水機組單位制冷量的能耗僅為20世紀70年代的62.3%。美國在空調冷源水系統(tǒng)方面的研究也卓有成效，在冷卻水系統(tǒng)方面著重于降低冷卻水流量，以達到減少冷卻水泵能耗的目的。日本是一個資源貧困的國家，其主要能源來自進口，同時又是一個能源高消費國家。因此，節(jié)能和提高能源的利用率對日本來講有著重要的意義。長期以來，在建筑節(jié)能方面，日本做了大量工作，頒布了許多節(jié)能法規(guī)，提出了建筑節(jié)能的評價方法。日本的一些設備生產廠家對空調和制冷設備的投入也很大。Daikin公司首推的變頻VRV系統(tǒng)，為中小型建筑安裝集中式空調系統(tǒng)創(chuàng)造了條件；Sany公司則在直燃式冷水機組上成績卓著。世界各國大力發(fā)展可再生能源作為空調冷熱源用能。地源熱泵供暖空調是一種使用可再生能源的高效節(jié)能、環(huán)保型的工程系統(tǒng)。在美國地源熱泵系統(tǒng)占整個空調系統(tǒng)的20%左右;瑞士40%的熱泵為地禍熱泵，瑞典65%的熱泵為地禍熱泵。
1.2.2 建筑空調系統(tǒng)節(jié)能國內研究現狀
我國是一個人均資源相對貧乏的國家，因此節(jié)能降耗有著十分重要的意義。近年來，由于國民經濟的快速發(fā)展，使我國的能源顯得越來越緊張。
1）建筑空調系統(tǒng)節(jié)能國內研究現狀概況
隨著經濟建設的不斷深入和人們生活水平的不斷提高，空調建筑物越來越多，建筑物消耗的能量也越來越大，甚至出現了空調系統(tǒng)與經濟建設爭搶電力資源的情況。因此，在建筑物節(jié)能顯得十分迫切。在我國建筑總能耗中，空調系統(tǒng)的能耗占有相當大的比重，因此研究探討空調系統(tǒng)的節(jié)能就顯得十分重要。在建筑物空調系統(tǒng)運行能耗中，冷源系統(tǒng)的能耗是最大的。近年來，我國暖通空調學術界和工程界在空調冷源系統(tǒng)的節(jié)能方面做了大量的研究工作。研究工作主要集中在冷源系統(tǒng)的形式選擇上，對壓縮式冷水機組和吸收式冷水機組的技術經濟比較研究較多，通過對眾多方案的分析已經基本達成共識：吸收式冷水機組節(jié)電而不節(jié)能，對其在我國的應用應區(qū)別對待，對于有余熱可以利用的地區(qū)，應大力提倡使用吸收式冷水機組，而一般建筑物則應采用蒸汽壓縮式制冷。當然，在進行冷熱源系統(tǒng)的選擇時，還要考慮建筑物所在地的氣象條件、電力供應狀況、能源情況、空調系統(tǒng)有無采用余熱回收的可能性等方面的問題。
2）我國建筑空調系統(tǒng)節(jié)能研究有待解決的問題
通過對一些地區(qū)空調系統(tǒng)的調查發(fā)現，設計人員在涉及選用冷水機組時多考慮其額定工況下的全負荷性能，而對其部分負荷性能的考慮較少。在風冷式冷水機組和水冷式冷水機組的選擇應用上我國制冷工程界也存在著認識上的差異。我國在冷源水系統(tǒng)方面的研究目前較少，一般都是按冷水機組的樣本提供的冷卻水量和冷凍水量進行冷卻水泵和冷凍水泵的選擇。對于水系統(tǒng)的水泵是否運行節(jié)能則關注不多。事實上，對于冷水機組的運行而言，冷凝器和蒸發(fā)器都要求定流量，因此，對于冷水機組部分負荷狀態(tài)運行時，水泵的輸出都是全負荷輸出，水系統(tǒng)的全年運行能耗是相當大的。因此水系統(tǒng)的節(jié)能具有很大的潛力。
1.2 空調系統(tǒng)的設計與建筑節(jié)能
空調制冷技術的誕生是建筑技術史一項重大進步，它標志著人類從被動適應宏觀自然氣候發(fā)展到主動控制建筑微氣候，在改造和征服自然的過程的又邁出了堅實的一步。但是對空調的依賴也逐漸成為建筑能耗增長的最主要的原因。制冷空調系統(tǒng)的出現為人們創(chuàng)造了舒適的空調環(huán)境，但20世紀70年代的全球能源危機，使制冷空調系統(tǒng)這一能源消耗大戶面臨嚴重考驗，節(jié)能降耗成為空調系統(tǒng)設計的關鍵環(huán)節(jié)。據統(tǒng)計，我國建筑能耗約占全國總能能耗的35%，空調能耗又約占建筑能耗的50%～60%左右。由此可見，暖通空調能耗占總能耗的比例可高達22.75%。因此，建筑中的空調系統(tǒng)節(jié)能已成為節(jié)能領域中的一個重點和熱點。于是降低空調能耗也被納于建筑節(jié)能的任務中，如何更好的利用現在的空調技術服務人類同時又能滿足建筑能耗的要求，是現階段專業(yè)技術人員的工作要點。而暖通空調設計方案的好壞直接影響著建筑環(huán)境的質量和節(jié)能狀況。隨著科學技術的迅速發(fā)展以及對節(jié)能和環(huán)保要求的不斷提高，暖通空調領域中新的設計方案大量涌現，針對同一個設計項目，往往可以有很多不同的設計方案可供選擇，設計人員要進行大量的方案比較和優(yōu)選工作，設計方案技術經濟性比較正在成為影響暖通空調設計質量和效率的一項重要工作。如何對暖通空調設計方案進行科學的比較和優(yōu)選，是暖通空調設計人員在實際設計工作中經常遇到的一個重要技術難題。
1.4 空調的發(fā)展和前景
1.4.1 變頻空調的發(fā)展
變頻空調是目前空調消費的流行趨勢。它與一般空調比，有著高性能運轉、舒適靜音。節(jié)能環(huán)保、能耗低的顯著特點，它的出現改善了人們的生活質量。
日本作為變頻空調強國，從20世紀80年代初開始到現在，變頻空調已占其空調市場的90％左右。變頻空調在我國發(fā)展速度相當快，不到8年時間就達到與日本先進水平同步。進入2000年，國內個別企業(yè)將直流變頻技術與PAM控制技術結合應用，使空調完全進入變頻空調的最高領域。它不僅使直流變頻壓縮機的優(yōu)越性能充分發(fā)揮，更能利用數碼特點，準確提高能效，達到節(jié)能51％的目的。
1.4.2 無氟空調的發(fā)展
臭氧層破壞是當前全球面臨的重大的環(huán)境問題之一，由于以前空調業(yè)所采用的傳統(tǒng)制冷劑對臭氧層有破壞作用及產生溫室效應，對大氣造成破壞，因而無氟空調是眾所期待的產品。近年來以海爾空調為代表的無氟空調的出現，標志著無氟空調時代的來臨。
1.4.3 舒適性空調的發(fā)展
健康是空調業(yè)發(fā)展的主題之一。以前的空調采用了多種健康技術，如負離子、離子集塵、多元光觸媒等，這些技術的運用使空調產品的健康性能得到了極大提升。海爾空調把負離子、離子集塵、多元光觸媒、雙向換新風、健康除濕等領先技術在內的高科技手段組合起來使用，發(fā)揮了巨大的威力，而未來空調進步的一個方向也就是對各種技術的靈活使用。
空調氣流的舒適度是健康空調的另一個標準。傳統(tǒng)空調的送風方式簡單直吹人體，易引起傷風、感冒、頭痛、關節(jié)痛等不舒適狀態(tài)，因此新近推出的風可以從周圍環(huán)繞，而不是對人直吹，通過改善空調送風的氣流分布，令人感覺更舒適的空調——環(huán)繞立體送風、三維立體風的健康空調成了熱銷產品也就不足為奇了。
1.4.4 一拖多
空調器的發(fā)展從一個側面反映了我國居民居住環(huán)境的巨大變化，也為自身發(fā)展指明了方向。1993年以前，中國空調市場主要以一拖一為主，1993年海爾推出一拖二空調后，率先將空調業(yè)引入了一拖多時代。目前海爾一拖多空調產量突破了百萬臺足以證明其市場消費能力。海爾MRV網絡變頻一拖多中央空調的出現以及眾多廠家的家用中央空調產品使得家庭中央空調迅速普及。
1.4.5其它空調新技術的發(fā)展
1）HEPA酶技術
HEPA酶殺菌技術，對于0.3微米以上的粉塵吸附率可達99.9??％，對結核菌、大腸菌等有害細菌具有高效殺菌能力，對霉菌的生長也有很強的抑制作用。
2） 冷觸媒技術
冷觸媒這一技術采用日本專利，是一種低溫低吸附的材料，根據吸附--催化原理，在常溫下就能對甲醛等有害物質邊吸附邊分解成二氧化碳和水，這種觸媒不需要再生，不需更換，使用壽命長達十年以上。
3） 體感溫度控制技術
智能裝在遙控器上的感溫元件，感知室內人們活動范圍的溫度，并將信息發(fā)射到主機接收器上，使主機隨時調整運行狀態(tài)，實現真正的體感溫度控制自動化。
4） 人感控制技術
人感控制技術利用雙紅外感應器控測人的方位，自動調節(jié)送風方向（左送風、中送風、右送風或全方位送風），風隨人行。
5） PTC電輔助加熱技術
PTC電輔助加熱技術，可在超低溫條件下迅速制熱，效力強勁，安全可靠，可長期使用。
總之，伴隨著科技和社會的進步，節(jié)能、環(huán)保、健康、智能控制已成為空調發(fā)展的大趨勢。
1.5 防治“非典”時期空調系統(tǒng)的應急措施（風機盤管＋新風系統(tǒng)）
進入空調降溫時，面對“非典”蔓延的高峰期，不適當的運行空調，很可能導致“非典”的交叉感染，擴大“非典”傳播，必須對此有高度重視。需要非常注意的是各大型商業(yè)建筑、公共建筑，這些建筑一般設集中制冷站，再通過送風系統(tǒng)和冷水系統(tǒng)把冷量送到各個房間。這時，就很容易通過空調系統(tǒng)使建筑物內空氣互相摻混，某處有污染的空氣很有可能通過空調系統(tǒng)傳播到其它房間，從而導致交叉感染。尤其是有些高層建筑不能開窗，或有許多無外窗的內區(qū)房間，更容易出現問題。必須引起高度重視。防治“非典”的一個很有效的措施就是加強通風，其原理就是通過大量的室外空氣進入室內，將室內可能存在的“非典”病毒通過換氣排出室外，從而抑制了其發(fā)作的可能性。然而如果是內部循環(huán)通風，則不能起到排出病毒的作用，反而會使病毒積累，甚至使?jié)舛戎饾u增加。因此正確地運行空調通風系統(tǒng)至關重要。下面針對風機盤管＋新風系統(tǒng)方式介紹應采取的相應措施。
多數辦公樓、賓館客房、醫(yī)院病房都采用這種空調方式，該方式有單獨的新風機將新鮮空氣送入房間，風機盤管有不同的回風方式。一種回風方式是各房間單獨安裝風機盤管，各房間的回風經過盤管冷卻后送出，回風僅在自身房間內循環(huán)，不同房間之間互不流通。另一種回風方式是各個樓層的多個房間統(tǒng)一通過吊頂摻混回風后經過風機盤管冷卻后送入各個房間，不同房間之間的回風有交叉。不論何種方式的風機盤管加新風系統(tǒng)，首先都要注意避免新風系統(tǒng)混入從建筑排出的污染空氣，同時要注意風機盤管的清潔。根據不同的回風方式，風機盤管加新風方式在運行時要注意如下問題具體：
1）各房間單獨回風的系統(tǒng)
首先要保持新風入口清潔，不被污染。新風機房位于大樓的地下或者頂部，一般直接通過風道從室外取新風。要注意取風口的位置，不要使其吸入建筑排風。有些系統(tǒng)是從風機房內取新風，對這種形式應防止樓內空氣通過機房門進入機房并吸入新風機，應嚴格保證新風機房密閉，同時要保證新風機房清潔，必要時安裝新風道，從室外取風，此外，新風過濾網也要作到定時清洗。新風豎井或者新風風道要注意清潔通暢。
風機盤管加新風系統(tǒng)的排風系統(tǒng)多數是和廁所排風合用，為保證通風效果，建議將廁所排風系統(tǒng)全天連續(xù)運行。
此外凝結水盤是污垢存積的地方，也要保持清潔。由于凝水是從房間回風在通過盤管制冷后凝結產生的，目前還難以確認空氣中的病毒是否會在凝水中存活，為防患未然，建議運行管理人員對各風機盤管的凝結水盤統(tǒng)一清潔，消滅病毒生存的載體。
2）吊頂統(tǒng)一回風的系統(tǒng)
有一些小型辦公樓采用此類系統(tǒng)，和各房間單獨回風的方式不同，采用這種方式的建筑基本上隔斷僅到吊頂，吊頂上空是互相連通的，各房間的空氣相互交叉。這種系統(tǒng)和全空氣系統(tǒng)相同，也存在各房間空氣相互摻混，污染物有可能在建筑各區(qū)域之間傳播，潛在危險較大。對于這類系統(tǒng)，除了要注意保持新風不被污染、凝結水盤清潔外，要盡可能地停用風機盤管?？赏ㄟ^降低冷凍水溫度，加大冷凍水流量，尋找增大新風量的途徑等手段增加新風供冷能力來滿足供冷要求。
2 工程概況
本建筑是一幢九層高的辦公樓，地處廣東省廣州市。
本辦公樓一～九層均為辦公室, 采用風機盤管加新風系統(tǒng)，這其中一，二層的布局，三-六層的布局分別基本相同。第一層高4.2m, 二～八層層高均為3.6m，第九層高5.4m，建筑物總高度約為42m?？偨ㄖ娣e約為12427m2。
本系統(tǒng)管線不復雜，施工方便，無論從經濟、使用壽命，還是從美觀、清潔的角度講，該系統(tǒng)都很符合建筑用途的要求。辦公室采用風機盤管加新風系統(tǒng)；廁所設置排風扇，保持廁所的相對負壓，通過其他房間滲透補充廁所風量，再通過廁所風機排出，使廁所異味不能擴散至其他房間。正壓控制的問題，為防止外部空氣流入空調房間，設定保持室內5～10Pa正壓，送風量大于排風量時，室內將保持正壓。
該設計中采用的計算方法和數據依據主要來源于張萍主編的《中央空調設計實訓教程》[1],還有其他的一些相關資料。
相關建筑圖見附錄。
該建筑物相關資料如下：
1）屋面
保溫材料為瀝青膨脹珍珠巖，厚度為70mm。
2）外墻
外墻為厚度為240mm的紅磚墻，墻外表面為水泥砂漿抹灰加淺色噴漿，墻為厚為70mm的加氣混凝土保溫層，內粉刷加油漆。
3）外窗
單層鋼窗，玻璃為6mm厚的吸熱玻璃，內有活動百葉簾作為內遮陽。
4）人數
人員數的確定是根據各房間的使用功能及使用單位提出的要求確定的，本辦公樓人員密度按每平方米0.15人估算。
5）照明、設備
由建筑電氣專業(yè)提供，照明設備為暗裝熒光燈，鎮(zhèn)流器設置在頂棚內，熒光燈罩無通風孔，功率為30w/m2。設備負荷為40 w/m2。
6）空調使用時間
辦公樓空調每天使用10小時，即8：00～18：00。
7）動力與能源資料
a. 動力：工業(yè)動力電 380V－50Hz;
b. 能源：由自備空調機房供給。
8）氣象資料
a.表2.1 室外氣象參數表
地理位置（廣州）
海拔(m)
大氣壓力(pa)
室外平均風速m/s
北緯
東經
8.9
冬季
夏季
冬季
夏季
31°10′
118°43′
101950
100450
2.6
2.6
b.表2.2 室外計算（干球溫度℃）表
夏季
夏季空調室外計算濕球溫度
空氣調節(jié)
空調日平均
通風
35
33.5
30.1
27.7
c.表2.3 室內計算參數表
名稱
房間用途
溫度(℃)
濕度(%)
室內風速m/s
夏季
辦公室
26
65
v≤0.25
9)其他
噪聲聲級不高于40 dB;
空氣中含塵量不大于0.30 mg/m3;
室內空氣壓力稍高于室外大氣壓。
3 設計方案的論證
3.1 辦公樓（寫字樓）空調特點
1）建筑特點
辦公樓的外圍護結構多為鋼筋混凝土的框架結構,采用自重的輕型墻體材料作為外圍護結構。大量采用玻璃幕墻,采用大面積單層玻璃幕墻加鋁合金飾板作為高層寫字樓外圍護結構的主流,其玻璃幕墻主要為6mm或8mm厚度的熱反射鍍膜玻璃。辦公樓由吊頂或架空地板形成辦公自動化機器和通訊設備的線性空間，辦公樓的凈高為2.6m左右。
2）使用特點
辦公樓的使用性質與時間全樓大體一致,所以整幢樓可選擇用同樣的空調系統(tǒng)和設備,管理比較方便。辦公樓一般采用集中或半集中空調系統(tǒng)。
3)辦公樓空調系統(tǒng)注意事項
a.分區(qū)問題：按建筑物分為內區(qū)和外區(qū),也可以按朝向分或根據房間用途、標準高低、負荷變化以及使用時間等特點劃分系統(tǒng)。
b.過度季節(jié)問題：過度季節(jié)外區(qū)可不用冷熱源,但內區(qū)仍需要降溫,這時應用室外空氣直接進入內區(qū)降溫,即節(jié)能又簡單;或考慮采用一臺小容量的制冷機。
c.加班問題：個別辦公樓或某層需要節(jié)假日加班,為此最好不要設太大的集中空調系統(tǒng)。
d.特殊房間的個別控制問題：用風機盤管系統(tǒng)以便控制。
3.2 方案比較
表3.1 全空氣系統(tǒng)與空氣－水系統(tǒng)方案比較表 [2]
比較項目
全空氣系統(tǒng)
空氣－水系統(tǒng)
設備布置與機房
1． 空調與制冷設備可以集中布置在機房
2． 機房面積較大層高較高
3． 有時可以布置在屋頂或安設在車間柱間平臺上
1． 只需要新風空調機房、機房面積小
2． 風機盤管可以設在空調機房內
3． 分散布置、敷設各種管線較麻煩
風管系統(tǒng)
1． 空調送回風管系統(tǒng)復雜、布置困難
2． 支風管和風口較多時不易均衡調節(jié)風量
1． 放室內時不接送、回風管
2． 當和新風系統(tǒng)聯合使用時，新風管較小
節(jié)能與經濟性
1． 可以根據室外氣象參數的變化和室內負荷變化實現全年多工況節(jié)能運行調節(jié)，充分利用室外新風減少與避免冷熱抵消，減少冷凍機運行時間
2． 對熱濕負荷變化不一致或室內參數不同的多房間不經濟
3． 部分房間停止工作不需空調時整個空調系統(tǒng)仍需運行不經濟
1． 靈活性大、節(jié)能效果好，可根據各室負荷情況自我調節(jié)
2． 盤管冬夏兼用，內避容易結垢，降低傳熱效率
3． 無法實現全年多工況節(jié)能運行
使用壽命
使用壽命長
使用壽命較長
安裝
設備與風管的安裝工作量大周期長
安裝投產較快，介于集中式空調系統(tǒng)與單元式空調器之間
維護運行
空調與制冷設備集中安設在機房便于管理和維護
布置分散維護管理不方便，水系統(tǒng)布置復雜、易漏水
溫濕度控制
可以嚴格地控制室內溫度和室內相對濕度
對室內溫度要求嚴格時難于滿足
空氣過濾與凈化
可以采用初效、中效和高效過濾器，滿足室內空氣清潔度的不同要求，采用噴水室時水與空氣直接接觸易受污染，須常換水
過濾性能差，室內清潔度要求較高時難于滿足
消聲與隔振
可以有效地采取消防和隔振措施
必須采用低噪聲風機才能保證室內要求
風管互相串通
空調房間之間有風管連通，使各房間互相污染，當發(fā)生火災時會通過風管迅速蔓延
各空調房間之間不會互相污染
表3.2 風機盤管+新風系統(tǒng)的特點表[2]
優(yōu)點
1)布置靈活，可以和集中處理的新風系統(tǒng)聯合使用，也可以單獨使用
2)各空調房間互不干擾，可以獨立地調節(jié)室溫，并可隨時根據需要開停機組,節(jié)省運行費用，靈活性大，節(jié)能效果好
3)與集中式空調相比不需回風管道，節(jié)約建筑空間
4)機組部件多為裝配式、定型化、規(guī)格化程度高，便于用戶選擇和安裝
5)只需新風空調機房，機房面積小
6)使用季節(jié)長
7)各房間之間不會互相污染
缺點
1)對機組制作要求高，則維修工作量很大
2)機組剩余壓頭小室內氣流分布受限制
3)分散布置敷設各中管線較麻煩，維修管理不方便
4)無法實現全年多工況節(jié)能運行調節(jié)
5)水系統(tǒng)復雜，易漏水
6)過濾性能差
適用性
適用于旅館、公寓、醫(yī)院、辦公樓等高層多層的建筑物中,
需要增設空調的小面積多房間建筑室溫需要進行個別調節(jié)的場合
表3.3 風機盤管的新風供給方式表[1]
供給方式
示意圖
特點
適用范圍
房間縫隙自然滲入
1)無規(guī)律滲透風，室溫不均勻
2)簡單、方便
3)衛(wèi)生條件差
4)初投資與運用費用低
5)機組承擔新風負荷，長時間在濕工況下工作
1)人少，無正壓要求，清潔度要求不高的空調房間
2)要求節(jié)省投資與運行費用的房間
3)新風系統(tǒng)布置有困難或舊有建筑改造
機組背面墻洞引入新風
1)新風口可調節(jié)，冬、夏季最小新風量；過渡季大新風量
2)隨新風負荷變化，室內直接受影響
3)初投資與運行費節(jié)省
4)須作好防塵、防噪聲、防雨、防凍措施
5)機組長時間在濕工況下工作
同上
房高為6m以下的建筑物
單設新風系統(tǒng)，獨立供給室內
1)單設新風機組，可隨室外氣象變化進行調節(jié)，保證室內濕度與新風量要求
2)投資大
3)占有空間多
4)新風口盡量緊靠風機盤管，為佳
要求衛(wèi)生條件嚴格和舒適的房間，目前最常采用此方式
單設新風系統(tǒng)供給風機盤管
1)單設新風機組，可隨室外氣象變化進行調節(jié)，保證室內濕度與新風量要求
2)投資大
3)新風按至風機盤管，與回風混合后進入室內，加大了風機風量，增加噪聲
要求衛(wèi)生條件嚴格的房間，目前較少采用此種方式
本設計為辦公樓的空調系統(tǒng)設計，系統(tǒng)的選定應注意檔次和安全的要求，按負擔室內空調負荷所用的介質來分類可選擇四種系統(tǒng)——全空氣系統(tǒng)、空氣—水系統(tǒng)、全水系統(tǒng)、冷劑系統(tǒng)。全空氣系統(tǒng)分一次回風式系統(tǒng)和二次回風式系統(tǒng)，該系統(tǒng)是全部由處理過的空氣負擔室內空調冷負荷和濕負荷；空氣—水系統(tǒng)分為再熱系統(tǒng)和誘導器系統(tǒng)并用、全新風系統(tǒng)和風機盤管機組系統(tǒng)并用；全水系統(tǒng)即為風機盤管機組系統(tǒng)，全部由水負擔室內空調負荷，在注重室內空氣品質的現代化建筑內一般不單獨采用，而是與新風系統(tǒng)聯合運用；冷劑系統(tǒng)分單元式空調器系統(tǒng)、窗式空調器系統(tǒng)、分體式空調器系統(tǒng)，它是由制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器直接放于室內消除室內的余熱和余濕。對于較大型公共建筑，建筑內部的空氣品質級別要求較高，全水系統(tǒng)和冷劑系統(tǒng)只能消除室內的余熱和余濕，不能起到改善室內空氣品質的作用，所以全水系統(tǒng)和冷劑系統(tǒng)在本次的建筑空調設計時不宜采用。
終上所述，擬采用風機盤管加新風系統(tǒng)，風機盤管的新風供給方式用單設新風系統(tǒng)，獨立供給室內。
3.3 方案的確定
本辦公樓采用風機盤管加新風系統(tǒng)，分成兩個區(qū)（東區(qū)和西區(qū)）。因為辦公室是間歇性使用，白天使用，晚上關閉，人員分布較平均，同時各房間冷熱負荷并不相同需要進行個別的調節(jié)，導致熱濕比不同，所以全空氣系統(tǒng)并不適合。每層設有新風機組，可以由同層的新風機組送入室內，和風機盤管一起滿足室內的冷熱負荷?！?
風機盤管空調方式，這種方式風管小，可以降低房間層高，但維修工作量大，如果水管漏水或冷水管保溫不好而產生凝結水，對線槽內的電線或其它接近樓地面的電器設備是一個威脅，因此要求確保管道安裝質量。風機盤管加新風系統(tǒng)占空間少，使用也較靈活，但空調設備產生的振動和噪音問題需要采取切實措施予以解決。對于該系統(tǒng)所存在的缺點，可在設計當中根據具體的問題予以解決和彌補。
3.4 風機盤管機組的結構和工作原理
風機盤管機組是空調機組的末端機組之一,就是將通風機、換熱器及過濾器等組成一體的空氣調節(jié)設備。機組一般分為立式和臥式兩種,可以按室內安裝位置選定,同時根據室內裝修要求可做成明裝或暗裝。風機盤管通常與冷水機組(夏)或熱水機組(冬)組成一個供冷或供熱系統(tǒng)。風機盤管是分散安裝在每一個需要空調的房間內(如賓館的客房、醫(yī)院的病房、寫字樓的各寫字間等)。
風機盤管機組中風機不斷循環(huán)所在房間內的空氣和新風，使空氣通過供冷水或供熱水的換熱器被冷卻或加熱，以保持房間內溫度。在風機吸風口外設有空氣過濾器，用以過濾被吸入空氣中的塵埃，一方面改善房間的衛(wèi)生條件，另一方面也保護了換熱器不被塵埃所堵塞。換熱器在夏季可以除去房間的濕氣，維持房間的一定相對濕度。換熱器表面的凝結水滴入接水盤內，然后不斷地被排入下水道中。
由于本系統(tǒng)采用風機盤管+新風系統(tǒng)，有獨立的新風系統(tǒng)供給室內新風，即把新風處理到室內參數，不承擔房間負荷。這種方案既提高了該系統(tǒng)的調節(jié)和運轉的靈活性，且進入風機盤管的供水溫度可適當提高，水管結露現象可以得到改善。
機組由風機、電動機、盤管、空氣過濾器、室溫調節(jié)裝置及箱體等組成(見圖3.1) 。
圖3.1 風機盤管機組構造圖
4 空調冷負荷計算
4.1 冷負荷構成及計算原理
4.1.1 圍護結構瞬變傳熱形成冷負荷的計算方法
具體計算見附錄1
1）外墻和屋面瞬變傳熱引起的冷負荷
在日射和室外氣溫綜合作用下，外墻和屋面瞬變傳熱引起的逐時冷負荷可按下式計算：
LQ1=FK·(tl n - tn) W （4.1）
式中：LQ1——外墻和屋面瞬變傳熱引起的逐時冷負荷,W；
F——外墻和屋面的面積，㎡；
K——外墻和屋面的傳熱系數，W/(㎡·℃),可根據外墻和屋面的不同構造，表1－6（a）或表1－6（b）[1]中查取；
tn——室內計算溫度，℃；
tl n——外墻和屋面冷負荷計算溫度的逐時值，℃，根據外墻和屋面的不同類型分別在表1－7（a）～表1－7（g）[1]中查取
必須指出：(4.1)式中的各圍護結構的冷負荷溫度值都是以北京地區(qū)氣象參數為依據計算出來的，因此對不同地區(qū)和不同情況應按下式進行修正：
t'l n =( tl +td) ·ka· kp ℃ （4.2）式中: td——地區(qū)修正系數，℃，見表1－8（a）及表1－8（b）[1]；
ka——不同外表面換熱系數修正系數，見表1-9[1]；
kp——不同外表面的顏色系數修正系數，見表1-10[1]；
2） 內墻,樓板等室內傳熱維護結構形成的瞬時冷負荷
當空調房間的溫度與相鄰非空調房間的溫度大于3℃時,要考慮由內維護結構的溫差傳熱對空調房間形成的瞬時冷負荷,可按如下傳熱公式計算：
LQ2=F·K·(tl s - tn) W （4.3）
式中： F——內維護結構的傳熱面積，m2；
K——內維護結構的傳熱系數，W /( m2·k) ；
tn ——夏季空調房間室內設計溫度，℃；
tl s ——相鄰非空調房間的平均計算溫度，℃ 。
t'l s按下式計算 t'l s = t + tl s ℃ （4.4）
式中：t ——夏季空調房間室外計算日平均溫度，℃；
tl s ——相鄰非空調房間的平均計算溫度與夏季空調房間室外計算日平均溫度的差值,當相鄰散熱量很少(如走廊)時, tl s 取3 ℃,；當相鄰散熱量在23～116 W /m2時, tl s取5 ℃。
3）外玻璃窗瞬變傳熱引起的冷負荷
在室內外溫差的作用下, 玻璃窗瞬變熱形成的冷負荷可按下式計算：
LQ3=F·K·(tl – tn) W （4.5）
式中：F——外玻璃窗面積，m2；
K——玻璃的傳熱系數，W /( m2·k) ；
本設計單層玻璃K=6.26 W /( m2·k) ；
tl——玻璃窗的冷負荷溫度逐時值，℃，見表1-13[1]；
tn——室內設計溫度，℃ 。
不同地點對t l按下式修正：t l’=t l+ t d （4.6）
式中：t d——地區(qū)修正系數，℃ ，見表1-14[1]。
4.1.2 透過玻璃窗的日射得熱引起的冷負荷
透過玻璃窗進入室內的日射得熱形成的逐時冷負荷按下式計算：
LQ4=F·C Z·D j.max· CLQ W （4.7）
式中：F——玻璃窗的凈面積,是窗口面積乘以有效面積系數Ca，
本設計單層鋼窗Ca=0.85；
C Z——玻璃窗的綜合遮擋系數C Z=Cs·Cn ；
其中，Cs—— 玻璃窗的遮擋系數，由表1-16[1]查得，6mm厚吸熱玻璃Cs =0.89；
Cn—— 窗內遮陽設施的遮陽系數，由表1-17[1]查得，中間色活動百葉簾Cn =0.6；
D j.max——日射得熱因數的最大值，W/m2，由表1-18[1]查得；
CLQ ——冷負荷系數，由表1-19（a）～表1-19（b）[1]查得。
4.1.3 設備散熱形成的冷負荷
設備和用具顯熱形成的冷負荷按下式計算：
Q7=Qq+Q·CLQ W (4.8)
式中：Q7——設備和用具實際的顯熱形成的冷負荷，W；
Qq——設備和用具的實際顯熱散熱量，W；
CLQ——設備和用具顯熱散熱冷負荷系數；
果空調系統(tǒng)不連續(xù)運行，則CLQ＝1.0。
設備和用具的實際顯熱散熱量按下式計算
1）電動設備
當工藝設備及其電動機都放在室內時：
Q＝1000·n1·n2·n3·N/η (4.9)
當只有工藝設備在室內，而電動機不在室內時：
Q＝1000·n1·n2·n3·N (4.10)
當工藝設備不在室內，而只有電動機放在室內時：
Q＝1000·n1·n2·n3· N (4.11)
式中：N——電動設備的安裝功率，kW；
η——電動機效率，可由產品樣本查得；
n1——利用系數，是電動機最大實效功率與安裝功率之比，一般可取0.7～0.9可用以反映安裝功率的利用程度；
n2——電動機負荷系數，定義為電動機每小時平均實耗功率與機器設計時最大實耗功率之比；
n3——同時使用系數，定義為室內電動機同時使用的安裝功率與總安裝功率之比，一般取0.5～0.8。
2）電熱設備散熱量
對于無保溫密閉罩的電熱設備，按下式計算：
Q＝1000· n1·n2·n3·n4·N (4.12)
式中：n4——考慮排風帶走熱量的系數，一般取0.5；
其中其他符號意義同前。
3）電子設備散熱量
計算公式同(4.10)，其中系數n2的值根據使用情況而定，本設計對計算機n2取1.0。
4.1.4 照明散熱形成的冷負荷
根據照明燈具的類型和安裝方式的不同，其冷負荷計算式分別為：
白熾燈：LQ5 =1000·N·CLQ W (4.13)
熒光燈：LQ5 =1000·n1·n2 ·N·CLQ W (4.14)
式中：LQ5——燈具散熱形成的冷負荷，W；
N——照明燈具所需功率，KW；
n1——鎮(zhèn)流器消耗功率系數，當明裝熒光燈的鎮(zhèn)流器裝在空調房間內時，取n1＝1.2；當暗裝熒光燈鎮(zhèn)流器裝設在頂棚內時，可取n1＝1.0；本設計取n1＝1.0；
n2——燈罩隔熱系數，當熒光燈上部穿有小孔（下部為玻璃板），可利用自然通風散熱與頂棚內時，取n2＝0.5～0.8；而熒光燈罩無通風孔時,取n2＝0.6～0.8；本設計取n2＝0.6；
CLQ——照明散熱冷負荷系數。
本設計照明設備為暗裝熒光燈，鎮(zhèn)流器設置在頂棚內，熒光燈罩無通風孔，功率為30w/m2。設備負荷為40 w/m2。
4.1.5 人體散熱形成的冷負荷
人體散熱引起的冷負荷計算式為：
LQ6＝qs·n·n’·CLQ +ql·n·n’ W (4.15)
式中：LQ6——人體散熱形成的冷負荷，W；
qs——不同室溫和勞動性質成年男子顯熱散熱量，W(見表1-20[1])；
n——室內全部人數；
n’——群集系數，辦公樓群集系數為0.93；
CLQ——人體顯然散熱冷負荷系數，人體顯然散熱冷負荷系數(見表1-21[1])。
4.1.6 新風冷負荷
目前，我國空調設計中對新風量的確定原則，仍采用現行規(guī)范、設計手冊中規(guī)定或推薦的原則, 辦公樓的新風量取30 m3/h.p。
夏季，空調新風冷負荷按下式計算：
CLW＝1.2·LW·(hW-hN) W (4.16)
式中: CLW——夏季新風冷負荷，KW；
LW——新風量，kg/s；
hW——室外空氣的焓值，kj/kg；
hN——室內空氣的焓值，kj/kg。
4.2 濕負荷 人體散濕量
人體散濕量可按下式計算：
D=n·n’·w·10-3 kg/h (4.17)
式中：D——人體散濕量，kg/h；
n’——群集系數，辦公樓群集系數為0.93；
w——成年男子的小時散熱量，kg/(h·p)；26℃時，極輕勞動成年男子的小時散熱量為0.109 kg/(h·p)。
4.3 各層房間冷負荷計算
表4.1 辦公室冷負荷匯總表
時間
房間
8:00
9:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
1#
4218
4750
5011
5202
4426
5671
6058
6340
6520
6479
5809
2#
3737
4139
4323
4453
4562
4629
4691
4726
4740
4801
4531
3#
3723
4133
4330
4473
4588
4661
4720
4722
4747
4784
4531
3#(2間)
7446
8266
8660
8946
9176
9322
9440
9444
9494
9568
9062
4#
3414
3824
4021
4164
4279
4352
4411
4439
4438
4475
4250
4#(3間)
10242
11472
12063
12492
12837
13056
13233
13317
13314
13425
12750
5#
3929
4331
4515
4645
4754
4821
4883
4918
4932
4993
4723
6#
5156
5600
5569
5448
5411
5524
5594
5637
5625
5634
5259
7#
3188
3588
3781
3924
3392
4336
4723
4997
5185
5132
4545
8#
1309
1540
1686
1791
1379
1917
1908
1894
1879
1880
1682
9#
3648
4149
4405
4589
4748
4819
4845
4870
4880
4913
4546
9#(2間)
7296
8298
8810
9178
9496
9638
9690
9740
9760
9826
9092
10#、11#
3594
4105
4388
4597
4779
4849
4848
4841
4833
4846
4490
10#、11# (9間)
32346
36945
39492
41373
43011
43641
43632
43569
43497
43614
40410
12#
4049
4354
4238
4059
3970
4047
4112
4123
4110
4100
3804
13#
1284
1514
1664
1772
1874
1913
1914
1908
1904
1911
1717
合計
84200
94797
99812
103283
1E+05
108515
109878
1E+05
110960
111363
103384
一樓樓板
16559
16559
16559
16559
16559
16559
16559
16559
16559
16559
16559
頂層屋面
10228
9184
8871
7932
7932
8349
9184
10541
12106
13776
15446
總負荷
110987
120540
125242
127774
128779
133423
135621
137713
139625
141698
135389
4.4 各房間送風狀態(tài)的確定
4.4.1 方案
終上所述，采用風機盤管加新風系統(tǒng)，風機盤管的新風供給方式用單設新風系統(tǒng)，獨立供給室內。
風機盤管加新風系統(tǒng)的空氣處理方式有:
1）新風處理到室內狀態(tài)的等焓線，不承擔室內冷負荷；
2）新風處理到室內狀態(tài)的等含濕量線，新風機組承擔部分室內冷負荷；
3）新風處理到焓值小于室內狀態(tài)點焓值,新風機組不僅承擔新風冷負荷，還承擔部分室內顯熱冷負荷和全部潛熱冷負荷，風機盤管僅承擔一部分室內顯熱冷負荷，可實現等濕冷卻，可改善室內衛(wèi)生和防止水患；
4）新風處理到室內狀態(tài)的等溫線風機盤管承擔的負荷很大，特別是濕負荷很大，造成衛(wèi)生問題和水患；
5）新風處理到室內狀態(tài)的等焓線，并與室內狀態(tài)點直接混合進入風機盤管處理。風機盤管處理的風量比其它方式大，不易選型。
所以本設計選擇新風處理到室內狀態(tài)的等焓線，不承擔室內冷負荷方案。
4.4.2 辦公室的新風量及新風負荷的確定
按辦公室的新風量指標30 m3/h.p；本辦公樓人員密度按0.15 m2/p估算；
則新風量：
Gw 1=30×1=30 m3/h
Gw 4=30×4=120 m3/h
Gw 5=30×5=150 m3/h
新風負荷計算:
在濕空氣的h-d圖上，根據設計地的室外空氣的夏季空調計算干球溫度tw和濕球溫度tws確定新風狀態(tài)點W，得出新風的焓hW；根據室內空氣的設計溫度tN和相對濕度Φ，確定回風狀態(tài)點N（也就是室內空氣設計狀態(tài)點），得出回風的焓hN。則夏季空調的新風負荷按CLW＝1.2 LW ·(hW-hN) W 計算。 (4.18)
根據室內外參數（tN=26℃, Φ =50%;tw=35℃,tws=28.3℃）查h-d圖（見圖4.1）得hW=91.2，hN=52.4 ；Δh=hW-hN=91.2-52.4=38.8 KJ/Kg。
則 CLW 1=Gw·Δh
=30×1.2×38.8×1000÷3600
=388（W）
CLW 4= Gw·Δh
=120×1.2×38.8×1000÷3600
=1552（W）
CLW 5= Gw·Δh
=150×1.2×38.8×1000÷3600
=1940（W）
圖4.1濕空氣的h-d圖
4.5 制冷系統(tǒng)負荷的確定
制冷系統(tǒng)負荷Q0可按下式確定：
Q0=Q·Kr·K·Kη·Kb KW (4.19)
式中：Q——空調系統(tǒng)冷負荷，KW ；
Kr——房間同期使用系數，0.6～1.0 ，本設計Kr=0.8；
Kf ——冷量損失附加系數，風-水系統(tǒng)Kf=1.10～1.15；
直接蒸發(fā)式表冷系統(tǒng)Kf=1.05～1.10；
本設計為風-水系統(tǒng)，Kf=1.10；
Kη——效率降低修正系數，Kη=1.05～1.10；本設計Kη=1.05；
Kb——事故備用系數，一般不考慮備用，僅在特殊工程中才采用X臺1備用的方式。本設計不考慮備用，Kb=1.0。
則本設計制冷系統(tǒng)的負荷Q0=Q·Kr·K·Kη·Kb
=475.787×0.8×1.10×1.05×1.0
=439.627 KW
5 風機盤管加新風系統(tǒng)選型計算
5.1 風機盤管系統(tǒng)選型計算
1) 空氣處理方案及有關參數的查取
采用新風直入式空氣處理方式，新風機組不承擔室內負荷，空氣處理方案過程線如下圖：
圖 5.1 空氣處理方案過程圖
由tN=26℃, Φ=50%得hN=52.5 KJ/Kg，tNS=18.6℃；
由tw=35℃,tws=28.3℃得hW=91.2 KJ/Kg；
查h-d圖(見圖5.1)tNL=14.9℃，tN-tNL=26-14.9=11.1>10℃，則取送風溫度差為Δt=10℃；則tl’(F)=26-10=16℃,由tl’(F)=16℃，Φl’(F)=90%，在h-d圖上定出風機盤管機器露點L’(F)，得hl’(F)=44.9 KJ/Kg。
2）房間所需冷量（包括新風）
以1#辦公室為例： Q=6520 W
3）房間所需新風冷負荷
以1#辦公室為例： CLW 5 =1940W
4）風機盤管所需冷量
以1#辦公室為例： QF=Q- CLW 5 =6521-1940=4580W
5）風機盤管所需風量
LF= QF/[1.2·(hN - hl’(F))]=4.58/[1.2×(52.5-44.9)]=0.502m3/s=1807 m3/h
6）選擇風機盤管
所選的風機盤管要求當進水溫度為7℃時，進風參數DB/WB=26/18.6℃，LF=1807
m3/h，QF=4580 W。
根據所需風量及中等風速選型原則，初選型號為FP-10WA的標準型風機盤管兩臺，其額定風量為1010 m3/h，取最小水量L=656kg/h，進水溫度為7℃時查得風機盤管的冷量為3749×0.91=3411.6W，滿足要求。故選FP-10WA的標準型風機盤管兩臺，其水壓降為3.7kpa。
用同樣方法確定其他房間風機盤管型號,見下表:
表5.1 各房間風機盤管型號匯總表
房間
FP型號
總負荷
W
新風負荷 W
單臺風機盤管負荷W
單臺中速風量m3/ h
單臺全冷量W
水流量
Kg/h
水壓降
KPa
臺數
1#
FP-10WA
6250
1940
4580/2
810
3749
592
15.4
2
2#
FP-12.5WA
4801
1940
2861
1010
4220
656
3.7
1
3#
FP-12.5WA
4784
1940
2844
1010
4220
656
3.7
1
4#
FP-12.5WA
4475
1940
2844
1010
4220
656
3.7
1
5#
FP-14WA
4993
1940
3053
1176
4621
650
4.3
1
6#
FP-8WA
5637
1940
3697/2
670
2731
312
4.3
2
7#
FP-16WA
5185
1552
3633
1310
6502
1057
14.5
1
8#
FP-7.1WA
1917
388
1529
570
2719
332
4.1
1
9#
FP-14WA
4913
1940
2973
1176
4621
650
4.3
1
10#、11#
FP-12.5WA
4849
1940
2909
1010
4220
656
3.7
1
12#
FP-12.5WA
4123
1552
2571
1010
4220
656
3.7
1
13#
FP-7.1WA
1914
388
1526
57