制冷空调课程设计说明书-某办公楼制冷与空调系统课程设计.doc
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1、 制冷空调课程设计说明书( 2010-2011年度第 一 学期)名 称: 制冷空调课程设计 题 目:北京某办公楼制冷与空调系统课程设计院 系: 热能与动力工程 班 级: 动力0709 学 号: 学生姓名: 指导教师: 设计周数: 三周 成 绩: 日期:2011年1月12目录一、设计概况41.建筑设计资料42.水、电、热源资料43.气象资料4二、 主要内容41.空调工程部分42.制冷工程部分4三、空调系统51.冷负荷计算51.1确定室内空气设计参数51.2计算房间空调冷负荷51.3.计算湿负荷72.空调系统72.1空调选型72.2 送风量计算82.3 空调系统的气流设计82.4回风的布置选择12
2、2.5空调水系统12四、制冷机房设计131.计算出建筑最大小时冷负荷132.确定制冷剂种类确定工作参数,进行制冷循环计算143.对蒸发器、冷凝器进行设计、校核计算,设计结构144.对压缩机、节流机构等设备进行选型计算164.1设计任务和已知条件164.2确定制冷系统设计工况164.3压缩机选型195.确定制冷剂的充灌量206.计算冷水量、水系统阻力、运行特点、选择水泵的机型、规格、型号及数量217.计算冷却水量、冷却水系统阻力、运行特点,选择冷却水泵的机型、规格、型号及数量238.冷却塔选择计算,根据冷却水量、冷却水温度及进、出水温差、环境温湿度、环境噪声要求,选择冷却塔的类型、规格、型号及数
3、量239.计算、选择其他附属设备、管道系统2410.制冷机房设计要求25五、水管管径计算26六、管道保温、设备的消声减震设计261.保温设计262.消声设计283.减震设计28七、指标汇总29表3 民用建筑空调冷负荷估算指标29表4 通过指标法计算的一至三层的冷负荷29表5 通过指标法计算的一至三层的冷负荷30表6 建筑湿负荷30表7 通过冷负荷系数法计算的第四层视频会议室的冷负荷32表8 无缝钢管管径的选型表35表9 水力计算表36附表1:3713层数据374层数据38附表2:3913层数据表39一、设计概况1.建筑设计资料建筑概况:此办公楼地处北京,建筑面积约为1672.32m2(不包括地
4、下一层),坐北朝南。平面位置见建筑平面图。该办公楼地上共四层:首层至三层包括办公室,会议室,贵宾室,资料室,和服务员室;四层为办公室,会议室,资料室和服务员室等用房。地下一层有一间房间用作制冷机房,其他主要为车库。 土建资料:建筑平面图。2.水、电、热源资料水源:建筑物的南面有市政给水干管且已入户。电源:有380V和220V电源,且用电容量足够。3.气象资料北京市区地处北纬3948,东经11628。二、 主要内容1.空调工程部分空调冷负荷计算;确定空调设计方案;空调系统的风量及空调房间的气流组织计算;确定空气处理方案,计算空气处理过程,选择设备;布置空调系统,进行水力计算;空调工程图纸绘制及相
5、关说明。2.制冷工程部分在确定办公楼的冷负荷后,确定制冷方式(压缩式制冷)选择制冷剂(R22或R134a),进行制冷循环计算;冷凝器、蒸发器设计与校核计算,并绘制相关图纸;其他设备的选型计算;确定制冷剂的充灌量;绘制制冷系统原理图。三、空调系统1.冷负荷计算1.1确定室内空气设计参数由于涉及的是舒适性空调设计,夏季供冷,此建筑是小型办公楼,为了节约成本,根据我国采暖通风与空气调节设计规范(GBJ19-87)中的规定:取夏季室内空气计算参数如下:温度 应采用2428;相对湿度 应采用40%65%;风速 应采用不大于0.3m/s;故取计参数为温度26,湿度60%,风速小于0.3 m/s。 确定室内
6、空气设计参数,见表1。表1 室内设计参数夏 季房间名称温度 相对湿度 %办公室2660会议室2660贵宾室2660资料室2660服务员室26601.2计算房间空调冷负荷办公楼空调属于舒适性空调,其目的是为员工提供良好的工作环境并有利于提高工作效率。办公楼负荷的主要特点是:一般都是非全天非连续使用或间断使用或集中在部分时间使用。办公室的作息基本上是以一周为周期的,有工作日和休息日的区别,而无季节性的变化。由于办公室中的设备主要是电脑,它和人的作息基本上是一致的,因此把办公室的人员和设备热扰一同考虑。对于灯光来说,它不但受到人员密度大小的限制,而且和一天中的阳光强度变化有密切的关系。因此办公人员负
7、荷和灯光负荷占冷负荷的大部分,而建筑围护结构负荷所占比例很小。冬季外区由于围护结构负荷的存在导致热负荷较大,而内区由于受建筑围护结构的影响较小,而人员负荷和照明负荷不变使其热负荷很小,甚至有可能是冷负荷。过渡季节室外温度低于室内温度,这个时期不存在围护结构冷负荷,送新风可以降低办公楼内的温度。说明:考虑该建筑为办公楼,空调的运行时间主要在上班时间,所以计算负荷时本设计取的时段为上午9时至下午5时。空调冷负荷计算方法有谐波反应法、冷负荷系数法、面积指标法。谐波反应法是依照根据室外空气综合温度呈周期性变化来计算房间冷负荷的一种方法。 室外空气综合温度呈周期性波动,使所通过的机构从外表面逐层地跟着波
8、动,这种波幅是由外向内逐渐衰减和延迟的。冷负荷系数法是在传递函数法的基础上为便于在工程中进行手算而建立起来的一种简化方法。通过冷负荷温度与冷负荷系数直接从各种扰量值求得各分项逐时冷负荷。当计算某建筑物空调冷负荷时,则可按条件查出相应的冷负荷温度与冷负荷系数,用稳定传热公式形式即可算出经围护结构传入热量所形成的冷负荷和日射得热形成的冷负荷。面积指标法是一种估算的方法即用面积乘以单位面积的冷负荷。在本设计中四层视频会议室采用冷负荷系数法计算,见表6;本次设计中,建筑冷负荷采用面积指标法估算,见表3和表4。总的冷负荷: 107.00825 kW1.2.1维护结构传热形成的冷负荷 Qcz=K*A*(t
9、cz-tr) (1-1)建筑结构组成及传热系数确定 (北京)处于寒冷地区。外墙:砖墙(240mm)+ 外粉刷加喷浆(20mm)+保温层(塑料袋装膨胀蛭石)(110mm)+钢板网抹灰加油漆(20mm)屋面:细石混泥土板(25mm)+通风层(200mm)+ 防水层 + 水泥沙浆找平层(20mm)+ 保温层(沥青膨胀珍珠岩120mm)+ 隔汽层 +承重层(现浇钢筋混凝土板 )+ 内粉刷(25mm)由以上建筑结构查得传热系数:外墙K=0.49W/(m2)屋面 K=0.52 W/(m2)窗户K=2.69 W/(m2) K=2.6 W/(m2)内墙K= 2.37W/(m2)内门K= 2.6W/(m2)地下
10、上楼板层K=0.52 W/(m2)1.2.2过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷 (1-2)式中: 窗户面积,; 有效面积系数,双层钢窗取0.85; 窗玻璃的遮阳系数; 窗内遮阳设施的遮阳系数; 夏季各纬度带的日射得热因数最大值,W/ m2。说明:以上修正值均可在教材暖通空调附录2中查得。以四层的视频会议室为例,采用冷负荷系数法计算此房间的冷负荷,计算结果见表6。1.3.计算湿负荷湿负荷是指空调房间的湿源(人体散湿、敞开水池表面散湿、地面积水等)向室内的散湿量,也就是为维持室内含湿量恒定需要从房间出去的湿量。本例只考虑人体散湿量,计算步骤如下:人体散湿量 (1-3)式中: 人体散湿量,kg/h; 室
11、内全部人数; 群集系数; 成年男子的小时散湿量,g/h,由教材暖通空调表2-13查得。详细计算结果见表5。2.空调系统2.1空调选型空调系统的方案确定与很多因素有关,在设计时,应与建筑、结构、工艺等专业密切配合,并与用户协商确定。考虑的因素有:外部环境和所设计的建筑物的特点。同时在工程上应考虑建筑物的用途和性质、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、初投资和运行维修费用等许多方面的因素。各种系统的使用条件:(1) 仅需夏季降温、房间总面积较少宜采用窗式空调机、分体式空调机或带风管的整体式空调机;(2) 对于大面积空调的旅馆、办公楼等排风量少、要求舒适的房间,宜采用风机盘管
12、系统,要求固定新风量的,应另设新风系统;一般采用两管制,当两管制不能满足要求时,可采用四管制;(3) 对于允许温度波动1或相对湿度允许波动范围10%的系统,或具有大量排风,或室内风量按洁净度要求确定的洁净室宜采用单风管定风量系统;(4)对于室内温湿度有一定要求,房间内负荷变化较大,特别是多房间共用一个系统时,宜采用变风量系统;(5)负荷变化比较小或间歇供冷风、供热风的,如大型建筑的内区、影剧院、商场等,宜采用单风管集中式系统;小面积或认为经济合理时,亦可采用带风管的整体式空调机组。综上所述,本设计采用半集中式风机盘管系统,新风采用室内漏风方式处理。 2.2 送风量计算下面以一层办公室101为例
13、计算:(1)计算室内热湿比:以一层办公室101为例1.6767kw/1.1895*3600=5074.4783 kJ/kg (2-1)送风精度为1,选择送风温差为6 (2)确定送风状态点,过N点作5074.4786的直线与设定的T=20 的曲线相交得O点,终点含湿量10.34,终点焓46.4429.(3)求风量:G=Q/(-)=0.1351kg/s=392.3430/h (2-2)图1 空气焓湿处理过程各房间具体送风量见本章末表2.3 空调系统的气流设计气流组织是室内空调的一个重要环节,它直接影响着空调系统的使用效果,尤其是在有室温允许波动范围和洁净度要求以及高大空间的建筑中,合理的气流组织具
14、有重要的作用。因为只有合理的气流组织才能充分发挥送风的冷却或加热作用,均匀地消除室内热量,并能更有效地排除有害物和悬浮在空气中的灰尘。因此,不同性质的空调房间,需要不同气流组织。一般的空调房间,主要是要求在工作区域内保持比较均匀而稳定的温湿度而工作区风速有严格要求的空调,主要保证工作区域内风速不超过规定的数值。 有室内温湿度允许波动范围要求的空调房间,主要是在工作区域内满足气流的区域温差,室内温湿度基数及其允许波动范围的要求。气流的区域温差是指工作区域内无局部热源时。由于气流而引起的不同地点的温差有洁净度要求的空调房间,气流组织和风量计算,主要使工作区域内保持应有洁净度和室内正压。高大空间的空
15、调气流组织和风量计算,除保证达到工作区的温湿度,风速的要求外,还应合理地组织气流以满足节能的要求。(1)气流组织设计方法 1)按照房间(或分区)的尺寸布置百叶风口,计算每个散流器的送风量; 2)初选百叶风口,计算风速,计算射程; 3)计算工作区的平均风速是否满足要求,若不满足,应重新选择布置风口。(2)送风方式的选择国内空调房间常用气流组织的送风方式,按其特点主要可以归纳为侧送、孔板送风、散流器送风、条缝送风、喷口送风等。 1)侧送侧送是空调房间中最常用的一种气流组织方式一般以贴附射流形式出现,工作区通常是回流。对于室温允许波动范围有要求的空调房间,一般能够满足区域温差的要求因此,除了区域温差
16、和工作区风速要求很严格,以及送风射程很短,不能满足射流扩散和温差衰减的要求以外,通常宜采用这种方式。2)孔板送风孔板送风的特点是射流的扩散和混合较好。射流的混合过程很短,温差和风速衰减快,因而工作区温度和速度分布较均匀。按照送冷风还是送热风、送风温差和单位送风量大小等条件,在工作区域内气流流型有时是不稳定流,有时是平行流,且风速均匀而较小,区域温差亦很小。因此,对于区域温差和工作区风速要求严格、单位面积风量比较大、室温允许波动范围较小的空调房间,宜采用孔板送风的方式。3)散流器平送和下送散流器平送和侧送一样,工作区总是处于回流,只是送风射流的射程和回流的流程都比侧送短。空气由散流器送出时,通常
17、沿着顶棚和墙形成贴附射流,射流扩散较好,区域温差一般能够满足要求。由于应用散流器平送时,应当设置顶棚,管道暗装在顶棚间层内,一般都在已经设置或可以设置顶棚或技术层的一些空调房间中应用。散流器下送,只有采用顶棚密集布置向下送风时,工作区风速才能均匀,有可能形成平行流,对有洁净度要求的房间有利。单位面积风量一般都比较大由于下送射流的射程短。工作区内有较大的横向区域温差;又由于顶棚密集布置散流器,使管道布置较复杂因此,仅适用于少数工作区要求保持平行流和层高较高的一些空调房间4)喷口送风喷口送风是大型体育馆、礼堂、剧院,通用大厅以及高大空间(工业厂房与公共建筑)等建筑中常用的一种送风方式。由高速喷口送
18、出的射流带动室内空气进行强烈混合,使射流流量成倍地增加,射流截面不断扩大,速度逐渐衰减,室内形成大的回旋气流,工作区一般是回流。由于这种送风方式具有射程远、系统简单、投资较省,一般能够满足工作区舒适条件。因此,在高大空间以及要求舒适性的空调建筑中,宜采用喷口送风方式。5)条缝进风条缝送风属于扁平射流,与喷口送风相比,射程较短,温差和速度衰减较快。对于一些散热量大的只要求降温的房间,以及民用建筑中宜采用这种送风方式。在我国的纺织厂,目前绝大部分采用条缝型均匀送风方式。在一些高级民用和公共建筑中,还可与灯具配合布置应用条缝送风的方式。在选择空调房间合宜的气流组织方式时,应本着节约投资的原则,根据生
19、产工艺的特点和建筑条件等因素,综合以上因素本例采散流器平送风,即顶送风。(3)计算举例 以北京市一层办公室101为例,恒温精度为(261),房间长、宽、高分别为:A= 6m、B=3m、H=5.1m。室内显热冷负荷1676.7W1)选定送风口形式,确定过程拟采用双层百叶送风口,其紊流系数为=0.16,射程为 (0.5 m为射流末端宽度) (2-3)2)选取送风温差t根据办公室风机盘管选型计算中送风温差的确定方法,得出对应所需要的送风量和换气次数分别为:3)定送风口的出流速度假定送风速度 (2-4)。所取,说明假设的送风速度能满足要求4)确定送风口数目N取,则由 (2-5)查非等温受限射流轴心温度
20、衰减曲线得无因次射程,得风口数N为 (2-6)可取N=1个。5)确定送风口尺寸由下式算得每个风口面积 ( 2-7)选取风口长宽尺寸150mm150mm则定送风口的出流速度 ( 2-8)面积当量直径 (2-9)6)校核射流的贴附长度 (2-10)查相对贴附长度与的关系图得,因而 (2-11)因为7.35m5.5m,满足贴附长度要求。7)校核房间高度设风口底边至顶棚距离为0.4m (2-12)因为3.085m3.5 m符和要求用相同方法计算其他房间,房间风机盘管送风口结果见 附表22.4回风的布置选择回风口的布置方式应符合下列要求:(1)回风口不应设在送风射流区和人员经常停留的地方。采用侧送时,设
21、在送风口的同侧。(2)在有条件时,可采用走廊回风,但走廊的段面风速不宜过大。(3)以冬季送热风为主的空气调节系统,其回风口应设在房间的下部。(4)当室内采用顶送方式时,而且以夏季送冷风为主的空气调节系统,宜设与灯具结合的顶部回风口。根据上面的要求,本设计回风采用顶部回风。(计算书及主要数据参见附表)2.5空调水系统在本例中,由于本工程层高不搞,系统压力小,制冷量小,所以不进行水系统分区,只设一个水系统;水系统有定水量系统和变水量系统。1)定水量系统系统中循环水量为定值,或夏季和冬季分别采用两个不同的定水量,负荷变化时,减少制冷量或热量,改变供、回水温度的系统。定水量系统简单,不需要变水量定压控
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