西安市某大学新校区图书馆夏季空调系统设计说明书.doc
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西安市某大学新校区图书馆夏季空调系统设计说明书.doc
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江西理工大学2016届本科生毕业设计
西安市某大学新校区图书馆夏季空调系统设计说明书
摘要:
本设计内容为西安市某大学新校区图书馆夏季空调系统设计,不包括该建筑的通风与防排烟系统设计。
该图书馆建筑总面积为41950㎡,主体建筑为框架结构,地上5层,建筑高度26.7m,设计使用年限为50年。
该建筑的办公室、业务用房等小型空调区域,空调系统采用风机盘管加新风系统;会议室、图书藏阅区等大空间房间采用一次回风机器露点送风的全空气系统。
空调冷冻水系统采用闭式异程单式泵定流量系统。
冷水机组采用水冷热泵螺杆式冷水机组。
本工程施工图预算仅包括主要设备材料的安装费用,不包括设备材料的购置费用。
关键字:
全空气系统;风机盘管加独立新风系统;水冷热泵
1.工程概况及设计参数
1.1工程概况
本工程为西安市某大学新校区夏季中央空调系统的设计。
该校区位于户县草堂寺以东,新环山路以北,东面与长安区相邻,东北面为西北工业新校区,东南面成弧状与环山旅游公路相邻。
该图书馆建筑总面积为41950㎡,主体建筑为框架结构,地上5层,建筑高度26.7m,设计使用年限为50年。
建筑功能分布:
一层为业务用房、计算机控制中心、密集书库、设备用房等;二层为大堂、期刊报纸阅览、特藏书库等;三~五层为图书藏阅区、多功能厅、会议室、电子多媒体阅览区等;坡屋顶阁楼为图书藏阅区。
1.2室外设计参数
该建筑为陕西省西安市,该地区建筑气候分区属于寒冷地区。
查《全国民用建筑供暖通风与空调室外气象参数表》.GB50736—2012,可得杭州市室外空调设计参数,夏季室外干球温度为35.1℃,室外湿球温度25.8℃,相对湿度为49.3%。
1.3室内设计参数
根据我国国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)对舒适性空调的室内参数的规定,同时参考《简明空调设计手册》对室内设计参数的要求,确定本工程各个房间的室内设计参数。
同时参考《公共建筑节能设计标准》,确定不同房间的室内设计指标。
本工程各房间室内设计参数如下表1-1。
表1-1新风量、设备、照明及人员密度参数表
房间名称
最小新风量
设备功率
灯光功率
人员密度
m³/(h·人)
W/m²
W/m²
m²/人
样本书库
15
20
11
6
库房
15
13
11
6
馆长办公室
30
13
18
8
图书馆办公室
30
13
18
8
小型报告厅
10
20
15
8
文献资源建设部
15
20
18
8
137
业务用房
30
13
18
8
计算机网络控制中心
10
20
15
5
监控、消防报警中心
10
20
15
5
密集书库
15
20
11
6
会议中心门厅
10
13
13
5
办公室
30
13
18
8
小会议室
10
13
15
5
党支部活动室
15
13
18
5
图书藏阅区
10
20
13
5
特藏书库
15
20
11
6
新图书藏阅区
10
20
13
5
期刊、报纸阅览区
10
20
13
5
贵宾室
30
13
18
2
复印室
10
20
15
5
书店
10
13
13
5
大堂
10
20
11
20
多功能厅
15
20
15
20
400人多会议室
10
20
15
5
读者服务区
10
20
13
8
多媒体阅览区
10
20
13
5
电子资源阅览区
10
20
15
5
新技术体验区
10
20
15
5
研讨室
15
13
18
5
展览室
10
20
11
20
自修室
15
13
15
5
1.4围护结构设计参数
1、外墙:
采用240厚多孔砖,外保温,保温层用70mm厚岩棉板,其燃烧性能级别为A级,定位及厚度见建筑施工平面图。
传热系数K=0.48W/(㎡•K),延迟系数ξ=10.7h,衰减系数β=0.18。
2、内墙:
采暖空间与非采暖空间的隔墙,240厚多孔砖两面粉刷,传热系数K=1.45W/(㎡•K)。
3、屋顶:
屋面:
坡屋顶,由外到内依次为筒瓦水泥砂浆黏贴、擦缝,黑灰色筒瓦压四露六,1:
2水泥砂浆找坡作瓦,1:
2水泥砂浆防滑条,20厚1:
3水泥砂浆找平层,1.5厚水
138
泥聚合物防水涂膜,20厚1:
3水泥砂浆找平层,现浇钢筋混凝土板。
传热系数K=0.44W/(㎡•K)。
4、外窗(包括玻璃幕墙):
(1)南向窗墙面积比=0.28,南向外窗采用断桥铝合金Low-E中空玻璃(在线,辐射率0.20-0.25,空气厚度为12),窗的传热系数K=2.5W/(㎡•K)。
(2)北向窗墙面积比=0.28,北向外窗采用断桥铝合金Low-E中空玻璃(在线,辐射率0.20-0.25,空气厚度为12),窗的传热系数K=2.5W/(㎡•K)。
(3)东向窗墙面积比=0.25,东向外窗采用断桥铝合金Low-E中空玻璃(在线,辐射率0.20-0.25,空气厚度为12),窗的传热系数K=2.5W/(㎡•K)。
(4)西向窗墙面积比=0.30,西向外窗采用断桥铝合金Low-E中空玻璃(在线,辐射率0.20-0.25,空气厚度为12),窗的传热系数K=2.5W/(㎡•K)。
2.1冷负荷计算
外墙、屋顶冷负荷:
根据围护结构的夏季传热系数、延迟时间等,分别查得该建筑地区的外墙、屋顶等围护结构的不同时刻的负荷温差,然后利用谐波反应法计算外墙、屋顶由于温差传热形成的冷负荷。
外窗冷负荷:
外窗的冷负荷包括温差传热得热和太阳辐射得热。
外窗温差传热可由外窗传热系数、面积和当地的负荷温差计算可得;太阳辐射得热又包括太阳直射得热与散射得热。
直射(散射)得热由直射面积、直射(散射)辐射强度和遮阳系数、构造修正系数计算可得直射(散射)辐射得热。
室内冷负荷:
室内冷负荷包括照明、设备、人体等形成的冷负荷,可以根据表1-1单位面积的密度指标,先计算出照明负荷、设备负荷、室内人数,根据照明负荷、设备负荷和同时使用系数计算出不同时刻的照明、设备冷负荷。
根据劳动强度确定一个成年男子的冷负荷,再根据人员数目、群集系数计算人体形成的冷负荷。
新风冷负荷:
根据新风量的三个要求,先确定每个房间的新风量,新风处理到室内焓值,因此新风冷负荷为新风量乘以室内外焓差。
2.2湿负荷计算
人体湿负荷:
根据劳动强度确定一个成年男子的湿负荷,再根据人员数目、群集系数计算人体带来的湿负荷。
新风湿负荷:
新风量乘以室内外含湿量差值即得到新风湿负荷。
2.3空调负荷汇总
用鸿业负荷计算9.0计算负荷时,首先设置好该建筑的地理为位置,从而确定了室外气象参数。
根据空调房间性质、使用功能确定房间的单位面积设备功率、照明功率、人员密度等参数。
然后根据建筑专业给的图纸,确定空调冷负荷计算的维护结构类型(包括外墙、外窗、外门等),然后计算维护结构的面积,把以上参数确定后,就可以用鸿业软件进行负荷计算。
该建筑空调冷负荷汇总如下表。
表2-1建筑冷负荷汇总
分类
区域功能
总冷负荷
室内冷负荷
新风量
kW
kW
m^3/h
1楼层
办公、书库
439.84
285.02
15960
2楼层
图书藏阅
443.88
320.76
15540
3楼层
会议室、图书藏阅
432.62
292.71
18810
4楼层
图书藏阅
404.09
279.96
16530
5楼层
图书藏阅
308.66
223.41
11430
阁楼层
图书藏阅
268.34
204.49
8580
3.空调系统方案确定
3.1空调风系统确定
该建筑为属于图书馆综合楼,由于空调区域纷繁复杂,各个房间负荷情况不同,因此应根据空调房间使用特性来选择空调系统。
商铺、餐厅、包间、小办公室等空调房间,由于房间面积较小,而且房间使用时间也不同,因此需要采用可以单独控制的风机盘管加新风系统。
其余的的会议室和图书藏阅区由于空调面积比较大,而且使用时间比较集中,因此采用需要采用全空气系统。
风机盘管加新风系统,采用新风处理到室内焓值,不承担室内冷负荷,新风口和送风口分开单独布置。
大会议室的全空气系统采用一次回风全空气系,避免了二次回风全空气系统的系统复杂的问题。
3.2空调水系统的确定
该建筑建筑高度为29.6m,属于中高层建筑,因此采用单级泵系统。
考虑到开式系统所需的水泵扬程较大,功率较大,由于冷冻水与空气接触对管道的腐蚀较大,因此采用膨胀水箱定压的闭式系统。
考虑到多管制的设计较复杂、初投资较大,因此采用两管制系统。
每一层的建筑面积不大,同程系统设计复杂造价较高,因此采用异程式系统。
因此空调水系统为双管制、闭式、异程、单级泵、定流量系统。
4.空气处理过程
4.1风机盘管处理过程
先确定房间的新风量,房间的新风量要满足三个要求:
一、满足卫生要求,即新风量满足最小人均新风量;二、满足局部排风要求,即新风量要补充局部排风量,维持室内一定的正压;三、新风量要不少于送风量的10%。
1、先根据房间的室内冷负荷、湿负荷确定热湿比,
2、延长热湿比线相交于90%的相对湿度即得到送风状态点O。
3、再根据室内设计点N与O点之间的焓差和室内冷负荷来计算送风量。
从取满足三者要求的最大的风量为新风量。
4、新风处理到室内焓值,N点的等焓线交于85%相对湿度线为新风处理后的状态点L。
5、回风处理之后的状态点M,根据回风量和新风量之比,为线LO和OM线段长度之比。
6、最后根据回风量和点M和N之间的焓差,确定了风机盘管的冷量。
最后根据风机盘管的冷量和风量来确定风机盘管的型号。
确定风机盘管的型号后,需要校核风机盘管的噪声和风压是否满足要求。
本次设计风机盘管选用的是开利CE系列风机盘管,新风机选用的是创建吊顶压出式柜式空调机。
由于建筑房间较多,因此不一一列出每个房间的风机盘管型号。
图4-1风机盘管处理过程图4-2二次回风处理过程
4.2一次回风处理过程
1、根据同样的方法计算房间的新风量Gw、热湿比ε。
2、同样先在焓湿图上确定室内点N、送风点O、室外点W,热湿比线交于90%相对湿度线得到一次混合后经过表冷器后的状态点L,因为送风点O和状态点L非常接近,所以采用一次回风机器露点送风。
3、一次混合后的状态点C可以根据新风量Gw和总风量G’之比,等于线段CN和线段WN之比,从而确定一次混合状态点C。
4、根据一次混合后的总风量G’和点C与L之间的焓差计算组合式机组的冷量。
根据机组的冷量和总送风量来选择机组型号,然后再校核风机的风压是否满足送风要求。
5.风系统设计
风系统设计包括送风系统和新风系统,主要内容是布置风口、风管,计算风管阻力,确定风机风压和制冷设备的冷量。
风管和风口的设计主要参照下表设计要求进行设计。
表5-1民用建筑风系统设计要求
风速
m/s
低速风速
高速风速
推荐风速m/s
最大风速m/s
部位
住宅
公共建筑
住宅
公共建筑
新风入口
2.5
2.5
3
5
风机入口
3.5
4
4.5
5
风机出口
5~8
6.5~10
8.5
7.5~11
主风道
3.5~4.5
5~6.5
4~6
5.5~8
水平支风道
3
3~4.5
3.5~5
4~6.5
垂直支风道
2.5
3~3.5
3.2~4
4~6
送风口
1~2
1.5~3.5
4
—
5.1气流组织设计
本次设计送风口采用方形散流器。
先根据房间尺寸和送风量确定风口的数目,根据每个风口的风量,保持送风口风速在2m/s左右,计算每个风口的尺寸。
然后计算风口的末端风速为0.3m/s时的射流长度,校核射流长度是否与风口服务边长基本吻合。
最后计算室内平均风速,控制风速在0.2m/s左右,否则需从计算风口尺寸。
本次设计风口的服务区域大概为5m左右的正方形。
5.2风管水力计算
当布置完风口后,可以绘制风管,风管的风速主风管控制在5m/s,主干管风速控制在4m/s左右,支管风速控制在3m/s左右,末端接风口的风管风速控制在2,m/s左右。
当绘制完平面的风管后,绘制风管的轴测图,从而进行风管的水力计算。
计算出风管的最不利环路的总阻力,和最不平衡的环路。
从而确定风机需要提供的风压,同时布置阀门调节不平衡处的风量。
6.水系统设计
6.1水系统设计
在平面图上布置冷冻水和冷凝水水管,根据该管段所承担的冷负荷和供回水温差5℃,计算冷冻水每个管段的冷冻水流量。
然后根据下表的流速要求确定,每根冷冻水管的管径。
冷冻水管道布置时,要有千分之三的坡度,有利于排除每一层冷冻水管道的空气。
表6-1冷冻水管的流速要求
管径/mm
20
25
32
40
50
闭式系统
0.4-0.6
0.5-0.7
0.6-0.9
0.7-1.0
0.9-1.2
开式系统
0.3-0.6
0.4-0.6
0.5-0.8
0.6-0.9
0.8-1.0
管径/mm
65
80
100
125
150
闭式系统
1.1-1.4
1.2-1.6
1.2-1.8
1.4-2.0
1.6~2.2
开式系统
0.9-1.2
1.1-1.4
1.2-1.6
1.3-1.8
1.5~2.0
冷凝水管的管径根据该段冷凝水管所承担的冷负荷来确定,机组水盘的泄水支管坡度,不宜小于0.01;其他水平支、干管,沿水流方向,应保持不小于0.002的坡度。
冷凝水盘位于机组负压段时,凝水盘的出水口必须设置水封。
水封的高度,应比凝水盘的负压大50%左右,水封的出口与大气相通。
表6-2冷凝水干管管径的确定
干管承担冷量(kW)
干管公称直径(mm)
干管承担冷量(kW)
干管公称直径(mm)
≤17
20
177~598
50
7.1~17.6
25
599~1055
80
17.7~100
32
1056~1512
100
101~176
40
6.2水管水力计算
当绘制完每一层的空调水管平面图后,绘制整个水系统的轴测图,确定水系统的最不利环路。
对最不利环路的管道编号,管段编号从一层供水立管开式编号,最后编到一层回水立管。
编号之后就要进行水力计算。
计算每根管道的沿程阻力和局部阻力。
本次设计的最不利环路的末端设备是在阁楼型号为LPCQ016的组合式空调机组。
经水力计算得,最不利环路的阻力为103.117kPa。
7.主要设备选型
7.1冷水机组选型
建筑最大时刻冷负荷为2301.5kW,再乘以相关系数后,所需的机组冷量为2126.6kW。
本设计由于机房面积为216m2,机房面积较大,选用的主机形式为水冷螺杆式冷水机组。
主机主要性能参数见下表。
表7-1主机性能参数
7.2压差旁通阀选型
压差旁通阀的管径可以根据,冷水机组的冷量来估算。
本设计冷水机组冷量为2461kW,压差旁通阀的公称直径为250mm。
7.3分集水器计算
分集水器的直径根据系统总流量计算,控制断面流速在0.1m/s左右。
或者取分集水器最大接管尺寸的1.5~3倍为分集水器筒体直径。
本设计的分集水器的筒体直径为600mm。
分集水器的长度根据接管的数目和接管尺寸来确定。
本次设计分集水器接3条水路直径分别为DN65、DN200、DN80,1根接主机的管径为DN250,1根接旁通阀的管径为DN250,最后要留有两个接温度计与压力表的位置。
经计算得筒体的长度为2810mm。
7.4冷冻水泵计算
冷冻水泵的扬程按下式计算
冷冻水循环泵扬程的按下式计算:
(7-1)
式中——压水高度,,对闭式系统,其值为零;
——冷水机组内阻力损失,30kPa;
——最不利环路的阻力损失,103.12kPa;
——最不利环路末端设备的阻力损失,80kPa;
——自动控制阀门和分集水器的阻力损失,60kPa;
计算出冷冻水系统或冷却水系统循环泵的设计扬程和已确定的最大流量,分别加10%~20%的安全系数。
根据冷冻水泵所需的扬程和流量,计算并绘制管网特性曲线。
冷冻水泵采用四台泵并联运行,初选泵的型号为6SAP-8A。
冷冻水泵主要性能参数见下表。
表7-3冷冻水泵性能参数
型号
流量Q
扬程H
转速n
轴功率P
效率n
泵重
m3/h
m
r/min
kW
%
kg
6SAP-8A
108
46
2980
18
76
120
144
44
21.6
80
174
39
23
80
冷冻水泵性能参数和水泵性能曲线描绘在图7-1,看水泵性能曲线和管网特性曲线的交点,是否在我们所需的工况点扬程40.7mH2O,流量为563.24m3/h。
图7-1水泵性能曲线与管网特性曲线
7.5补水泵的计算
补水泵扬程,一般比系统补水点压力高30~50kPa,当补水管较长时,应校核计算补水管的阻力。
补水泵的流量小时流量采用系统水流量的5%,不应大于10%。
冷冻水总流量为563.24m³/h,因此补水泵的流量为28.16m³/h。
膨胀管接在连接冷冻水泵和集水器的总回水管上,该处压力近似于冷冻水系统在该点的静水压力40.7mH2O。
因此水泵的扬程为43.7mH2O。
根据冷冻水泵的流量28.16m³/h和扬程43.7mH2O选择型号为KQW65/200-7.5/2。
补水泵性能参数见下表。
表7-4补水泵性能参数
型号
流量Q
扬程H
转速n
电功率P
汽蚀余量
m3/h
m
r/min
kW
m
KQW65/200-7.5/2
17.5
52.7
2960
7.5
2.5
25
50
30
45.5
7.6膨胀水箱计算
本设计采用开式膨胀水箱,开式膨胀水箱的有效容积由调节容积与膨胀水量之和。
调节容量一般不小于3min平时运行补水泵的流量,且保持水箱的调节水位高差不小于200mm。
膨胀水量由下式进行估算
(7-2)
式中——水的体积膨胀系数,;
——最大的水温变化值,5℃;
——系统的水容量,m³,可根据下表估算
表7-5系统水容量(L/㎡建筑面积)
运行方式
全空气系统
空气-水空调系统
供冷时
0.40~0.55
0.70~1.30
供暖(热水锅炉)
1.25~2.00
1.20~1.90
供暖(热交换器)
0.40~0.55
0.70~1.30
该建筑建筑面积是41950㎡,该建筑既有全空气系统,也有空气水系统,因此系统水容量系数为1.0,因此用上式计算得膨胀水量为:
因此膨胀水箱的有效容积为:
现选膨胀水箱的长宽高为1800×1000×1000mm。
水箱容量为1.8m³,膨胀水管管径为50mm,循环管管径为30mm,溢水口管径为60mm,排水口管径为40mm,信号管管径20mm。
8.安装工程预算
本预算只包括安装工程的造价,不包括设备、风口、管道材料等的购置费。
安装工程预算主要包括空调通风系统安装造价和空调冷冻水系统安装造价。
先根据施工图,分别统计出通风工程和空调水系统的安装工程量。
然后套用相应的全国统一安装工程定额,计算每一项的人工费、材料费、机械费。
最后套用相应公式计算出安装工程总造价。
算得该建筑空调系统安装工程造价为1007698.48元,设备购置费由甲方提供。
该预算仅供参考。
146
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