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一、工程概况
本工程位于广东省某市,是一件集展览、办公等为一体的综合性展馆。
总建筑面积约8000㎡,空调面积约6700㎡,建筑层数为二层,建筑高度为12.2m,属于低层民用建筑。
本建筑为钢结构,外表面以玻璃为主,在建筑内有一植物带。
建筑内均设集中空调系统。
二、节能设计说明
能源是人类生存和社会发展必需的物质基础,节约能源是人类共同使命。
自20世纪70年代发生全球性“能源危机”以来,能源问题的严重性已得到世界各国政府的普遍重视。
“节约能源”一直是我国的一项基本国策,坚持“节约和开发并举,把节约放在首位”一直是我国节能工作的长期方针。
大力推进节能技术进步,大幅度提高能源利用率,提高社会经济效益,是我们面临的促进国民经济向节能型转变的一项重要任务。
建筑物的能耗约占全国能耗的1/3,中央空调系统的能耗占了我国建筑物能耗的65%,这是一个非常惊人的数字。
空调系统的节能对于降低整幢建筑的能耗是非常关键的。
为此,设计推广采用当今最先进的中央空调节能控制产品和技术是我们每个设计人员义不容辞的责任和义务。
在一个中央空调系统中,初投资占了总投资(以系统寿命为15年计算)的25%,运行费用占了65%,维护保养占了10%,所以在投资一个空调系统的时候,不要一味的减少初投资,让运行费用高得离谱,要综合考虑,找到一个最佳点。
一个空调系统设计中,节能可以从冷热源,水系统,末端处下手,其中在冷热源以及水系统下手,效果比较明显。
关于本设计中应用到的一些节能措施
1.大展厅使用喷嘴侧送。
建筑物空间高度H>=10m,体积>10000m3时,采用空调系统,仅对室内下部空间进行空调,通过喷嘴,把冷空气送到有效空调区,所以,这样的供冷方式所需的冷量,比常规全空气系统可以节省30%左右。
2.使用全热交换器。
本项目中,不使用新风机组,而采用沃森的全热交换器,效率都在65%以上,能够有效地把排风中的冷量回收起来.,可以达到不错的节能效果。
考虑到该地区过渡季节比较短,因此没有采用过渡季节全新风。
3.排风靠近热源。
排风主要使用了排气扇,大部分装在各功能房间的靠外墙的位置,有利于及时把热量排出去,以减少夏季冷负荷。
4.泵的正确选型。
在设计中,正确计算系统阻力,根据流量,扬程以及泵的性能曲线选择水泵,在满足流量和扬程的基础上,保证泵能在高效区工作。
5.大展厅设计采用新风需求控制。
在展厅内安装江森CO2检测器,把电信号传给新风管上的电动多叶对开调节阀,控制阀的开度,根据CO2浓度对新风需求进行优化控制。
6.启停时间控制方式,是在系统预定使用前30min启动空气处理机组,同时关闭新风风阀,进行预冷(热),结束后,开启新风风阀;预定结束使用时间之前15~30mim前关闭机组,停止运行。
7.对于自控方面,本人希望系统采用动态变流量空调节能控制系统。
当空调负荷发生变化时,通过采集一组参数值经模糊运算,及时调节冷水机组、各水泵和冷却塔风机的运行工作参数,从而改变冷水机组工作状态、冷冻(温)水和冷却水流量,改变冷却塔风机的风量,确保冷水机组始终工作在效率最佳状态,使供回水温度始终处于设定值,从而使主机始终处于高转换效率的最佳运行工况。
动态变流量控制的核心是变流量控制器,在控制器中建立了知识库、模糊控制模型和模糊运算规则,形成智能模糊控制。
通过采集影响冷水机组运行的各种参数,经模糊运算,得出相应的控制参数,这些控制参数被送到冷水机组、冷冻(温)水控制子系统、冷却水控制子系统、冷却塔风机控制子系统。
这些子系统根据控制参数的变化,利用现代变频控制技术,改变空调系统循环水的流量和温度,以保证整个系统在满负荷和部分负荷情况下,均处于最佳工作状态,从而最终达到综合节能的目的。
通用变频器用PID控制方法,控制非线性系统时,很容易引起中央空调系统的强烈振荡,使控制范围在较大范围内波动,增加了系统的能耗,也很容易使系统长时间都不能达到给定值的稳定状态,控制效果不理想,对于主机所配套的冷冻水泵和冷却水泵以及冷却塔风机等设备的节能最多在20%~30%之间。
因其采取了保障冷水机组工作状态的措施,不可能节约燃料和主机电能。
当然,也不能实现资源共享和无人值守管理。
而动态变流量节能控制系统由于建立了优化模糊控制模型,对于中央空调系统可能出现的问题都给出充分的估计,因此,在计算中存储的总决策表能提供最佳的控制方案,系统稳定性好,极少出现振荡现象,系统很快就能达到稳态。
可采用准确调节流量的方法去实现节能,水泵以及冷却塔等平均节能达60%~80%。
由于采取了特殊措施保障中央空调主机的高转换效率,机组COP值始终处于最佳值,因此对于吸收式溴化锂机组可节约燃料20%~40%,对于电制冷主机可节电10%~30%。
动态变流量控制器具有强大的节能功能,在系统设计时就进行了系统集成,实现了各子系统的联动和互操作,达到了资源的共享的目的。
由于自动功能非常强大,从而实现了无人值守管理和联网管理等,节省了人力、物力。
这些都是通用变频控制系统无法实现的。
三、计算参数
1.室外计算参数
表1参照广州地区
夏季
大气压力
1000.45HPa
日平均温度
31℃
空调室外计算干球温度
33.5℃
空调室外计算湿球温度
27.7℃
室外计算相对湿度
55~70%
室外平均风速
1.8m/s
2.室内计算参数
表2各空调房间室内设计参数
房间名称
室内温度℃
相对湿度%
风速(m/s)
新风量(m3/h•人)
办公室
25~27
45~60
<=0.3
30
展厅
25~27
45~60
<=0.25
20
大堂
26~28
45~60
<=0.3
30
会议室
25~27
45~60
<=0.25
30
3.其它设计参数
表3照明功率密度值(W/㎡)
建筑类别
房间类别
照明功率密度
办公建筑
普通办公室
11
高档办公室
18
会议室
11
走廊
5
其他
11
表4人均占有的使用面积(㎡/人)
建筑类别
房间类别
人均占有的使用面积
办公建筑
普通办公室
4
高档办公室
8
会议室
2.5
走廊
50
其他
20
表5电气设备功率
建筑类别
房间类别
电气设备功率
办公建筑
普通办公室
20
高档办公室
13
会议室
5
走廊
0
其他
5
4.主要设计依据
(1).《暖通空调制图标准》GB/T50114-2001.北京:
计划出版社
(2).《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003.计划出版社
(3).《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005.建筑工业出版社
(4).《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-1995.2005.计划出版社
(5).《通风与空调工程施工验收规范》GB50243-2002.计划出版社
(6).《名用建筑工程建筑施工图设计深度图样》
(7).陆耀庆主编《实用供热空调设计手册》.建筑工业出版社,1993.
(8).潘云钢主编《高层民用建筑空调设计》.建筑工业出版社,1999
(9).黄翔主编《空调工程》.机械工业出版社,2006
(10).马最良、姚杨主编《民用建筑空调设计》化学工业出版社
(11).赵送义主编《简明空调设计手册》.北京:
建筑工业出版社,1998
(12)北京建筑设计研究院编《建筑设备专业设计技术措施》.建筑工业出版社,1998
(13).宋孝春主编《建筑工程设计编制深度实例模板.暖通空调》.建筑工业出版社,2003
四、空调负荷计算
舒适性空调的室内空气计算参数是基于人体对周围环境温度、相对湿度和风速的舒适性要求,并结合我国经济情况和人们的生活习惯及衣着情况等因素,参照国家现行标准《室内空气质量标准》等数据制定的。
所谓舒适性就是人体能维持正常的散热量和散湿量。
房间得热量是指通过维护结构进入房间的,以及内部散出的各种热量。
它由两部分组成:
一是由于太阳辐射进入房间的热量和室内外空气温差经维护结构传入房间的热量;另一部分是人体、照明、各种工艺设备和电器设备散入房间的热量。
4.1空调房间夏季冷负荷组成
4.1.1围护结构瞬变传热形成的冷负荷
1、外墙和屋顶瞬变传热引起的冷负荷;
2、外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷;
4.1.2透过玻璃窗的日射得热形成的冷负荷
4.1.3室内热源散热形成的冷负荷
1、设备散热形成的冷负荷;
2、照明散热形成的冷负荷;
3、人体散热形成的冷负荷;
4.2空调房间湿负荷组成
1、人体散湿;
2、工艺设备散湿;
3、开敞水面散湿;
4.3空调负荷及新风计算公式
4.3.1围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法
1、外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷
在日射和室外气温的作用下,外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷按下式计算:
(2.1)
式中:
CL——外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷,W;
F——外墙和屋面的面积,㎡;
K——外墙和屋面的传热系数,由文献[1]的附录5和附录6查取,W/(㎡·℃);
——外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值,℃;
——夏季空气调节室内计算温度,℃;
——以北京气象条件为依据计算出的外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值,由文献[1]的附录7和附录8查取,℃;
——不同类型的外墙的屋顶的地点修正值,由文献[1]的附录9查取,℃;
——外表面放热系数修正值,由文献[1]的表3-7查取
——外表面吸收系数修正值,由文献[1]的表3-8查取
2、内墙、楼板等室内传热维护结构形成的瞬时冷负荷
当邻室为通风良好的非空调房间,可按式(3.1)计算;空调房间的温度与相邻非空调房间的温度大于3℃时,要考虑由内维护结构的温差传热对空调房间形成的瞬时冷负荷,可按如下传热公式计算:
(2.2)
式中:
CL、K、F、
——同式(3-1);
tls——相邻非空调房间的平均计算温度,℃。
tls——相邻非空调房间的平均计算温度与夏季空调房间室外计算日平均温度的差值,由文献[1]的表3-9查取
3、外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷
在室内外温差的作用下,玻璃窗瞬变热形成的冷负荷可按下式计算:
(2.3)
式中:
;CL、
——同式(3.1)
Kw——玻璃的传热系数,由文献[1]的附录10、附录11和附录14查取,W/(m²·K);
Fw——窗口面积,m2
——外玻璃冷负荷计算温度的逐时值,由文献[1]的附录13查取,℃
Cw——玻璃窗的传热系数修正值,由文献[1]的附录12查取;
——玻璃窗的地点修正值,由文献[1]的附录9查取;
4.3.2透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷
透过玻璃窗进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷按下式计算:
CL=F·Cc,s·
·
·
(2.4)
式中:
F——玻璃窗的面积;
Cc,s——玻璃窗的综合遮挡系数Cc,s=Cs·Ci;
其中,Cs——玻璃窗的遮挡系数,由文献[1]的附录17查取;
Ci——窗内遮阳设施的遮阳系数,由文献[1]的附录18查取;
——窗的有效面积系数,由文献[1]的附录19查取;
——不同地点不同朝向逐时日射得热因子值,由文献[1]的附录16查取;
——玻璃窗冷负荷系数,由文献[1]的附录20~23查取;
4.3.3设备散热形成的冷负荷
设备和用具显热形成的冷负荷按下式计算:
CL=QC
(2.5)
式中:
CL——设备和用具形成的冷负荷,W;
Qq——设备和用具的实际显热散热量,W;
CLQ——设备和用具显热散热冷负荷系数;
如果空调系统不连续运行,则CLQ=1.0。
4.3.4照明散热形成的冷负荷
根据照明灯具的类型和安装方式的不同,其冷负荷计算式分别为:
白炽灯:
CL=1000·N·CLQ(2.6)
荧光灯:
CL=1000·n1·n2·N·CLQ(2.7)
式中:
CL——灯具散热形成的冷负荷,W;
N——照明灯具所需功率,KW;
n1——镇流器消耗功率系数,当明装荧光灯的镇流器装在空调房间内时,取n1=1.2;当暗装荧光灯镇流器装设在顶棚内时,可取n1=1.0;本设计取n1=1.0;
n2——灯罩隔热系数,当荧光灯上部穿有小孔(下部为玻璃板),可利用自然通风散热与顶棚内时,取n2=0.5~0.8;而荧光灯罩无通风孔时,取n2=0.6~0.8;本设计取n2=0.6;
CLQ——照明散热冷负荷系数,由文献[1]的附录26查取;
本设计照明设备为暗装荧光灯,镇流器设置在顶棚内,荧光灯罩无通风孔。
4.3.5人体散热形成的冷负荷
人体散热引起的冷负荷计算式为:
CL=qs·n·φ·CLQ+ql·n·n’(2.8)
式中:
CL——人体散热形成的冷负荷,W;
qs——不同室温和劳动性质成年男子显热散热量,W;
n——室内全部人数;
φ——群集系数,办公楼群集系数为0.93;
CLQ——人体显然散热冷负荷系数,由文献[1]的附录27查取;
4.3.6新风量及新风负荷计算
新风量由根据房间人员密度求得的总人数与不同房间类型的每人每小时所要求的新风量乘积所得。
新风负荷可由下式计算:
CL=
(
-
)(2.9)
式中CL——新风负荷(KW);
——新风量(kg/s);
,
——室外新风、室内空气比焓值(kJ/kg);
4.3.7湿负荷计算
人体散湿量可按下式计算:
D=n·φ·gkg/h(2.10)
式中:
D——人体散湿量,kg/h;
φ——群集系数,选取群集系数为0.93;
g——成年男子的小时散热量,kg/(h·p);26℃时,极轻劳动成年男子的小时散热量为0.109kg/(h·p)。
五、系统方案及处理过程的确定
一个典型的空调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五大部分组成。
根据需要,可组成许多不同的系统,在工程上,应考虑建筑物的用途和地理特性、热湿负荷特点、温湿度调节和控制的要求、空调机房的面积和位置、初投资和运行费用等多方面的因素,选定合理的空调系统。
5.1按空气处理设备的集中程度分类
1、集中式空调系统。
空气处理设备和风机等集中设在空调机房内,通过送回风管道与调节房间相连,对空气进行集中处理和集中分配。
这类系统的空气处理设备能实现对各种处理过程,可以满足各种调节范围和空气精度及洁净度的要求,也便于集中管理和维护,是工业建筑中工艺性空调与民用建筑中舒适性空调所采用的最基本的空调方式。
2、半集中式空调系统。
通常把一次空气处理设备和风机,冷水机组等设在集中的空气机房内,而把二次处理设备设在空调调节区内。
这类系统与集中式空调系统相比较,省去了回风管道,送风管道断面积也大为减小,节省建筑空间,是目前各类建筑尤其是高层建筑中应用最广且发展较快的一种空调系统。
3、分布式空调系统。
它是由分散设于各空气调节区的空气调节就地处理空气,就地使用。
空气调节器是将空气处理设备、风机和冷热源设备等机组装在一起的机组。
每一台机组即为一个局部式空调系统。
这类系统一般不需要单独的机房,使用灵活,移动方便,可满足不同的空气调节区不同的送风要求,是家用空调及车辆的主要形式。
5.2中央空调和局部空调相比
1、空调效果好;
2、可送新风,保证室内空气新鲜度;
3、投资低;
4、运行管理方便,运行费用低;
5、故障少,便于维修;
6、设备寿命长;
7、噪声小;
8、宜于装饰配合,达到现代建筑要求的高档、舒适和美观的目的。
5.3风机盘管系统
风机盘管假新风系统是办公楼标准层常用的一种空调方式。
对于大空间的办公楼,常常采用高静压、大的风机盘管,这样可以减少水管的分支管路,减少冷凝水和渗漏水的危害。
新风机组可以采用组合式机组或安装灵活方便的吊装式机组。
风机盘管(FanCoil)是中央空调理想的末端产品,风机盘管广泛应用于宾馆、办公楼、医院、商住、科研机构。
为满足不同场合的设计选用,风机盘管种类有:
卧式暗装(带回风箱)风机盘管、卧式明装风机盘管、立式暗装风机盘管、立式明装风机盘管、卡式二出风风机盘管、卡式四出风风机盘管及壁挂式风机盘管等多种。
风机盘管加新风系统是指:
风机盘管机组担负部分冷负荷及部分湿负荷,新风机组负担部分冷负荷和湿负荷。
根据新风是否承担室内负荷,新风系统设计通常有两种考虑:
(1)将新风处理到室内空气的焓值,新风不承担室内负荷,室内负荷全部由风机盘管承担;
(2)将新风处理到低于室内空气的焓值,新风承担部分室内负荷。
“加新风系统”是指新风需要经过处理,达到一定的参数要求,有组织地送入室内。
1、新风风管与风机盘管吸入口相接或只送到风机盘管的回风吊顶处,将减少室内的通风量,当风机盘管风机停止运行时,新风有可能从带有过滤器的回风口吹出,不利于室内卫生。
2、新风和风机盘管的送风混合后再送入室内的情况,送风和新风的压力难以平衡,有可能影响新风量的送入。
3、设置新风口,将新风直接送入室内。
风机盘管加新风系统特点
优点:
1、布置灵活,可以和集中处理的新风系统联合使用,也可以单独使用;
2、各空调房间互不干扰,可以独立地调节室温,并可随时根据需要开、停机组,节省运行费用,灵活性大,节能效果好;
3、与集中式空调相比,不需要回风管道,节省建筑空间;
4、机组部件多为装配式,定型化、规格化程度高,便于用户选择和安装;
5、只需新风空调机房,机房面积大;
6、使用季节较长;
7、各方间不会互相污染;
缺点:
1、对机组制作质量要求高,否则维修工作量很大;
2、机组剩余压头小,室内气流分布受限制;
3、分散布置,敷设各种管线较麻烦,维修管理不方便;
4、无法实现全年多任务况节能运行调节;
5、水系统复杂,易漏水;
6、过滤性能差;
适用性:
适用于旅馆、公寓、医院、办公楼等高层多室的建筑物中;需要增设空调的小面积、多房间的建筑;室温需要进行个别调节的场所。
5.4空调机组
空调机组是由各种空气处理功能段组装而成的一种空气处理设备。
适用于阻力大于100Pa的空调系统。
机组空气处理功能段有:
空气混合、均流、过滤、冷却、一次和二次加热、去湿、加湿、送风机、回风机、喷水、消声、热回收等单元体。
按结构型式分类,可分为卧式、立式和吊顶式;按用途特征分类,可分为通用机组、新风机组、净化机组和专用机组(如屋顶机组、地铁用机组和计算机房专用机组等等。
全空气系统的空气处理过程
送风点的确定对风系统的设计有重要的影响。
送风点和送风温差有关:
送风温差选择太大,虽然风量减小,但风温比较低,气流分布较差,容易使人产生冷吹风的感觉;送风温差选的太小,送风量则比较大,这无形中增加了系统投资。
同时,送风量的确定还要考虑风道,风机温升,室外设计参数的变化,及其它因素的影响,而且同一个空调箱负责几个房间的情况下要统筹考虑各房间的设计参数,只有综合考虑这些因素,才能确定出合理的送风点。
根据已经条件会制焓湿图,经以下计算可得所需各参数:
图1焓湿图
5.5风机盘管加独立新风的空气处理
对于小空间房间和客房,考虑到卫生和能效,选择处理后的新风和风机盘管处理过的空气混合后送入室内的方案。
它的特点:
①新风处理到室内空气焓值不承担室内负荷。
②风机盘管机组处于湿工况运行。
气流组织的形式对空调系统的综合效果还有着十分重要的影响,在选择气流组织形式的时候,要根据各系统的特点及要求,并结合建筑的特点,选择合适的气流组织形式。
常见的送风末端形式有:
侧送,孔板送风,散流器送风,喷口送风,条缝送风。
表6风口性能比较
末端形式
特点
侧送风
有区域温差,送风射程短
孔板送风
室温波动范围小,换气次数大,能耗大,适用于特殊要求的场合
散流器平送
适用于层高较低,有技术夹层,工作区温度和风速均匀稳定
散流器下送
单向流,可以满足洁净度的要求
喷口送风
出口风速高,射程远
条缝送风
中心风速减快,温度波动较大
本设计根据系统的特点,主要以散流器和双层百叶下送为主,部分房间双层百叶采用侧吹,高大空间采用喷嘴侧送。
六、空调设备的选型及布置
在进行空调末端选型时,首先是根据空调系统负荷计算结果确定该空调箱所需风量、风压、冷热量以及出风口噪声和空气过滤要求。
一般是按冷量选型,风量校核。
空气处理设备选型:
风机盘管:
根据所计算各房间冷负荷选出。
新风空调箱:
由于空调箱只负责新风冷负荷,风机盘管加新风系统中空调箱将室外空气处理到室内等焓线,所以根据焓湿图查出焓差,并根据新风量计算出冷负荷,从而选出设备型号。
1.各房间风量确定及风口的选型
按负荷计算各房间风量,确定风口数量及尺寸。
送风选择四面吹方形散流器和卡式风机盘管。
回风选择单层百叶回风口。
送风口的出口风速应根据送风方式、送风口类型、安装高度、室内允许风速和噪声标准等因素确定。
消声要求较高时,宜采用2~5m/s,喷口送风可采用4~10m/s,送风散流器喉部风速取1.5~3m/s,双层百叶送风口风速取4~5m/s,回风百叶风口风速选取具体见下表。
卫生间不回风。
按房间大小及形状布置风口(见图纸)。
表7回风口的吸风速度(m/s)
回风口的位置
最大吸风速度
房间上部
≤4.0
房间
下部
不靠近人经常停留的地点时
≤3.0
靠近人经常停留的地点时
≤1.5
2.送、回风管的布置和管径的确定
风道的设计计算
a.风道设计
1)系统为定风量,风量不随室内热湿负荷的变化而变化;
2)系统为单管式,仅一个风管,夏季送冷风,冬季有需要可送热风;
3)主送风管道应尽量短,避免使用过长的主风道;
4)水平风道采用变径管,保证最末端风口的送风速度;
5)选择矩形管道,因其易布置,弯头及三通均比圆风道的小,可用于明装或暗装在吊顶内;
6)布置时尽量避免主管段交叉,以防吊顶过低带来的不便(见图纸)。
b.风道计算
1)对各管段进行编号,标注长度和风量;
2)根据表8,选择风管流速;
3)根据表9,确定各管段的断面尺寸;
表8通风、空调系统风管内风速及通过部分部件时的迎面风速(m/s)
部位
推荐风速
最大风速
居住建筑
公共建筑
工业建筑
居住建筑
公共建筑
工业建筑
风机吸入口
3.5
4.0
5.0
4.5
5.0
7.0
风机出口
5.0~8.0
6.5~10.0
8.0~12.0
8.5
7.5~11.0
8.5~14.0
主风管
3.5~4.5
5.0~6.5
6.0~9.0
4.0~6.0
5.5~8.0
6.5~11.0
支风管
3.0
3.0~4.5
4.0~5.0
3.5~5.0
4.0~6.5
5.0~9.0
从支管上接出的风管
2.5
3.0~3.5
4.0
3.0~4.0
4.0~6.0
5.0~8.0
新风入口
3.5
4.0
4.5
4.0
4.5
5.0
空气过滤器
1.2
1.5
1.75
1.5
1.75
2.0
换热盘管
2.0
2.25
2.5
2.25
2.5
3.0
喷水室
——
2.5
2.5
——
3.0
3.0
表9矩形风管规格(mm)
风管边长
120
320
800
2000
4
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