1 绪论空调系统按空气调节的作用分为舒适性空调和工艺性空调两大类。

本设计为舒适性空调的设计。

舒适性空调是应用于以人为主的环境的空气调节设备，其作用是维持良好的室内空气状态，为人们提供适宜的工作或生活环境，以利于保证工作质量和提高工作效率，以及维持良好的健康水平。

一个典型的空气调节系统应由空调冷热源、空气处理设备、空调风系统、空调水系统及空调自动控制和调节装置大部分组成。

现将空调系统的设计步骤归纳如下[1,2,3]：（1）参数的确定[4]1）空调房间使用功能对舒适性的要求。

影响人舒适感的主要因素有：室内空气的温度、湿度和空气流动速度；其次是衣着情况、空气的新鲜程度、室内各表面的温度等。

2）要综合考虑地区、经济条件和节能要求等因素。

3）严格参照标准确定参数。

（2）负荷计算空调冷热负荷计算其中冷负荷包括：外墙传热冷负荷、外窗温差传热冷负荷、外窗日射得热冷负荷、屋顶冷负荷、人体散热冷负荷、内墙传热冷负荷、内门传热冷负荷、地面传热冷负荷、楼板传热冷负荷、照明散热冷负荷、设备散热冷负荷、人体散湿负荷；热负荷采用指标法进行计算[5]。

（3）空调方式选择同一层建筑内平面和竖向房间的负荷差别很大，各房间用途、使用时间和空调设备承压能力均不相同，故需要对空调系统进行分区。

1）全空气单风道系统，优点：可进行充分换气，卫生条件好；设备集中布置，系统简单，空气集中处理，维护管理方便。

缺点：风道断面大，占空间。

适用于房间大、层高高、室内人数多的旅馆、办公楼、医院的公共部分和商场等区域；2）风机盘管加新风系统，优点：布置灵活，调节灵活；运行费用少；节约建筑空间。

缺点：机组分散，维护管理不利；过度季节不能用全新风；3）水源热泵系统，优点：可单独控制每台机组房间温度可自行调节；机组有热回收功能，减少锅炉和冷却塔运行费用；水管路系统简单。

缺点：温湿度控制精度不高；小容量电机效率比集中式低[6,7,8]；（4）空调冷热源选择空气调节人工冷热源宜采用集中设置的冷（热）水机组和供热换热设备。

其机型和设备的选择应根据建筑物空气调节规模、用途、冷热负荷、所在地区气候条件、能源结构、政策、价格及环境规定等情况，按下列要求通过综合论证确定[6,9]：1）热源应优先采用城市、区域供热或工厂余热；2）具有城市燃气供应的地区可采用燃气锅炉、燃气热水机供热或燃气吸收式冷（温）水机组供冷、供热；3）无上述热源和气源供应的地区，可采用燃煤锅炉、燃油锅炉供热，电动压缩式冷水机组供冷或燃油吸收式冷（温）水机组供冷、供热；4）具有多种能源的地区的大型建筑，可采用复合式能源供冷、供热；5）夏热冬冷地区、干旱缺水地区的中、小型建筑可采用空气源热泵或地下埋管式地源热泵冷（热）水机组供冷、供热；6）有天然水等资源可供利用时，可采用水源热泵冷（热）水机组供冷、供热；7）全年进行空气调节，且各房间或区域负荷特性相差较大，需要长时间向建筑物同时供热或供冷时，经技术经济比较后，可采用水环热泵空气调节系统供冷、供热；8）在执行分时电价、峰谷电差较大的地区，空气调节系统采用低谷电价时段蓄冷（热）源能明显调节电及节省投资时，可采用蓄冷（热）源供冷（热）（5）风量计算及设备选择[5,10,11]1.设计风量确定原则1）满足卫生要求为了保证人们的身体健康，必须向空调房间送入足够的新风。

2）补充局部排风量当空调房间内有局部排风装置时，为了不使房间产生负压，在系统中必须有相应的新风量来补充排风量。

3）保证空调房间的正压要求为防止室外空气无组织侵入，影响室内空调参数，需要在空调房间内保持正压（室内空气压力〉房间周围的空气压力）。

即用增加一部分新风量（或排风系统少排掉部分新风）的方法，使室内空气压力高于外界压力，然后再让这部分新风从空调房间门窗缝隙等不严密处渗透出去。

这部分渗透空气量的大小有房间的正压、窗户结构形成的缝隙状况所决定。

一般情况，空调房间正压可取5～10P a。

过大的正压不但没有必要，还有坏处。

2.根据房间的负荷及风量选择设备（6）空调水系统设计[5,12,13]由于受到建筑空间的限制和为了方便用户调节，水系统的合理设计显得十分重要。

空调冷冻水系统的主要作用是将冷源以一定温度的水为媒体，按设计所需要的量输送到各个环路、各个末端装置，最后再由各末端装置将这些冷热量释放到各个区域、各个房间，并要求在各种负荷条件下都不致于引起水力失调而产生冷热不均的现象。

因此，空调水系统的水力平衡情况是决定系统能否正常运行的重要因素。

而对于异程系统，由于环路管道的长度不等，水系统的平衡往往需要靠平衡阀或节流孔板来实现，故平衡系统的压力比同程系统困难，而且耗费时间，设计时需要特别认真计算，计算工作量大。

尽管这样，异程系统的运行往往还是不大可靠，关于这一点，异程系统工程失败的例子也不少。

故空调水系统设计中应尽量采用同程系统，它不仅确保设计质量和方便管理，而且对于今后由于大楼局部使用功能发生变化为空调系统改造带来很大的方便。

（7）关于水系统中水力平衡的调节[5]在建筑物暖通空调水系统中，水力失调是最常见的问题。

由于水力失调导致系统流量分配不合理某些区域流量过剩，某些区域流量不足，造成某些区域冬天不热、夏天不冷的情况，系统输送冷、热量不合理，从而引起能量的浪费，或者为解决这个问题提高水泵扬程，但仍会产生热(冷)不均及更大的电能浪费[13,14]。

因此，必须采用相应的调节阀门对系统流量分配进行调节。

虽然某些通用阀门如截止阀、球阀等也具有一定的调节能力，但由于其调节性能不好以及无法对调节后的流量进行测量，因此这种调节只能说是定性的和不准确的，常常给工程安装完毕后的调试工作和运行管理带来极大的不便。

因此近些年来，在越来越多的暖通空调工程水系统的关键部位(如集水器)、特别是在一些国外设计公司设计的工程项目中，均大量地选用水力平衡阀来对系统的流量分配进行调节(包括系统安装完后的初调节和运行管理调节，本文主要阐述的是前者，也可作后者的参考)[15,16]。

水力平衡阀有两个特性：1)具有良好的调节特性。

一般质量较好的水力平衡阀都具有直线流量特性，即在阀二端压差不变时，其流量与开度成线性关系；2)流量实时可测性。

通过专用的流量测量仪表可以在现场对流过水力平衡阀的流量进行实测。

2 设计计算2.1 冷负荷计算1.准备工作（1）维护结构的夏季热工指标各维护结构的夏季热工指标可从表11.4-1至表11.4-4中查到[1],其结果已列入表2-1中。

表2-1 主要维护结构的夏季热工指标名称K βξυfξf 屋面48号0.79 0.53 4.9 1.1 0.5外墙80号 1.94 0.35 8.5 2.0 2.0内墙2号 2.01 0.41 7.1 1.9 2.3楼面36号 2.72 0.50 5.3 1.8 2.7（2）房间的分类由上表看出，内墙υf =1.9，楼面υf =1.8，与表11.4-5相对照[1]，本例房间属于中型。

（3）城市分区根据表11.4-6[1]，建湖属于第Ⅲ计算区，以上海为代表城市，具体查表时应注意不要忘记表注中给出的地区修正值。

2．温差传热形成的冷负荷各项温差传热冷负荷的计算过程和计算结果已列入表2-2中。

表中符号△代表冷负荷温差△t的总修正值，包括地区修正和室温修正两项。

例如对于外墙，查上海负荷温差表11.4-8时从表注1可知，建湖的地区修正值为2℃，又据表注2，室温修正值为0℃，所以△=2+0=2℃。

计算负荷Qτ时采用的△t计算值加上总修正值△。

屋面及外墙Qτ按下式计算：Qτ=KF(△tτ-ξ+△) (式2-1)式中F——计算面积，m2；τ——计算时刻，点钟；τ-ξ——温度波的作用时刻，即温度波作用于外墙或屋面外侧的时刻，点钟；△tτ-ξ——作用时刻下通过外墙或屋面的冷负荷计算温差，简称负荷温差，℃。

外窗Qτ按下式计算：Qτ=K F(△tτ+△) (式2-2)式中△tτ——计算时刻下的负荷温差，℃；△——冷负荷温差△tτ的总修正值；K——传热系数，双层窗可取2.9 w/(m2.℃)，单层窗可取5.8 w/(m2.℃)。

江苏工业学院毕业设计（论文）第 5 页共58 页3.太阳辐射形成的冷负荷透过窗户的太阳辐射热形成的冷负荷计算过程见表2-3，其中窗户的构造修正系数x g分别见表11.4-11和11.4-12[1]。

计算公式为：Qτ=F x g x d x z J nτ (式2-3)式中J nτ——计算时刻下，透过有内遮阳设施外窗的太阳总辐射负荷强度w/m2；x z——内遮阳系数；x g——构造修正系数；x d——地点修正系数。

表2-3 透过玻璃外窗的太阳辐射逐时冷负荷计算（3mm普通玻璃铝合金单框玻璃窗，x g=1.00）项目计算时刻τ备注6 8 10 12 14 16 18 20 22北外窗F=3.6m2 X2=0.6 X d=1.06J nτ(w/m2)42 48 66 78 77 64 68 22 15Qτ96 110 151 179 176 147 156 50 34 见式2-1-34.室内发热量形成的冷负荷室内热源形成的冷负荷计算过程见表2-4。

其中单位人体的显热散热量q1见表11.4-16工作人员为2，群集系数ϕ=0.89。

(1)人体显热散热形成的计算时刻冷负荷Qτ=ϕnq1Xτ-T(式2-4)式中ϕ——群集系数，见表11.4-15[1]；n——计算时刻空调房间内的总人数；q1——一名成年男子小时先热散热量，见表11.4-16，W；T——人员进入空调房间的时刻，点钟；τ-T——从人员进入房间时算起到计算时刻的时间，h；Xτ-T——τ-T时间人体显热散热量的冷负荷系数，见表11.4-17。

表2-4 人体显热散热形成的逐时冷负荷计算项目计算时刻τ备注10 12 14 16 18 20 22 24ϕ=0.89 n=2 q1=61WT=8连续工作小时数=24τ-T 2 4 6 8 10 12 14 16Xτ-T0．77 0.85 0.89 0.93 0．95 0.96 0.97 0.98查表11.4-17[1] Qτ184 92 97 101 103 104 105 106见式2-1-4(2)灯光照明和设备冷负荷Qτ由参考文献[5]表3-13可知护士站的设备单位面积平均散热指标为22W/m2；由第十四章可知灯光单位面积散热指标为30W/m2。

故室内设备散热量为Qτ2=22×3.6×3.3=261.3W室内灯光散热量为Qτ3=30×3.6×3.3=356.4W由上可知室内发热量形成的逐时冷负荷见表2-5表2-5 室内发热量形成的逐时冷负荷项目计算时刻τ10 12 14 16 18 20 22 24人体Qτ184 92 97 101 103 104 105 106设备Qτ2261.3 261.3 261.3 261.3 261.3 261.3 261.3 261.3灯光Qτ3356.4 356.4 356.4 356.4 356.4 356.4 356.4 356.4小计701.7 709.7 714.7 718.7 720.7 721.7 722.7 723.75.人体潜热冷负荷Q=ϕnq2(式2-5)式中q2——一名成年男子小时潜热散热量，见表11.4-16，W[1]；ϕ，n——见式2-1-4。