空调系统设计的基本设计步骤及其主要设计程序

空调系统设计的基本设计步骤及其主要设计程序可归纳如下:第1步：熟悉设计建筑物的原始设计资料包括：建设方提供的文件、建筑用途及其工艺要求、设计任务书、建筑作业图等。第2步：资料调研包括：查阅相关设计资料(手册、规范、标准、措施等)、收集相关设备与材料的产品。第3步：确定室内外设计气象参数根据设计建筑物所处地区，查取室外空气冬、夏季气象设计参数；根据设计建筑物的使用功能，确定室内空气冬、夏季设计参数。第4步：确定设计建筑物的建筑热工参数及其他参数根据建筑物的外围护结构的构成，计算外墙、屋面、外门、外窗的传热系数等参数；根据建筑物的内外围护结构的构成，计算内墙、楼板、外门、外窗的传热系数等参数；根据建筑物的使用功能，确定在室人员数量、灯光负荷、设备负荷、工作时间段等参数。第5步：空调热、湿负荷计算计算设计建筑物在最不利条件下的空调热、湿负荷(余热、余湿)；进行建筑节能方案比较，确定合理的空调热、湿负荷。第6步：确定最佳空调方案通过技术经济比较，选择并确定适合所设计建筑物的空调系统方式、冷热源方式、以及空调系统控制方式。第7步：送风量与气流组织计算根据计算的空调热、湿负荷以及送风温差，确定冬、夏季送风状态和送风量；根据设计建筑物的工作环境要求，计算确定最小新风量；根据空调方式及计算的送、回风量，确定送、回风口形式，布置送、回风口，进行气流组织设计。第8步：空调水、风系统设计布置空调风管道，进行风道系统的水力计算，确定管径、阻力等；布置空调水管道，进行水管路系统的水力计算，确定管径、阻力等。第9步：主要空调设备的设计选型根据空调系统的空气处理方案，并结合i—d图，进行空调设备选型设计计算；确定空气处理设备的容量(热负荷)及送风量，确定表面式换热器的结构形式及其热工参数；根据风道系统的水力计算，确定风机的流量、风压及型号。第10步：防、排烟系统设计第11步：冷、热源机房设计根据空气处理设备的容量，确定冷源(制冷机)或热源(锅炉)的容量及型号；根据管路系统的水力计算，确定水泵的流量、扬程及型号。第12步：空调设备及其管道的保冷与保温、消声与隔振设计第13步：工程图纸绘制、整理设计与计算说明书空调热、湿负荷计算空调负荷可以分为空调房间或区域负荷和系统负荷两种：空调房间或区域负荷即为直接发生在空调房间或区域内的负荷；另外还有一些发生在空调房间或区域以外的负荷，如新风负荷(新风状态与室内空气状态不同而产生的负荷)、管道温升(降)负荷(风管或水管传热造成的负荷)、风机温升负荷(空气通过通风机后的温升)、水泵温升负荷(液体通过水泵后的温升)等，这些负荷不直接作用于室内，但最终也要由空调系统来承担。将以上直接发生在空调房间或区域内的负荷和不直接作用于空调房间或区域内的附加负荷合在一起就称为系统负荷。通常，根据空调房间或区域的热、湿负荷确定空调系统的送风量或送风参数；根据系统负荷选择风机盘管、新风机组、空气处理器等空气处理设备和制冷机、锅炉等冷、热源设备。因此，设计一个空调系统，第一步要做的工作就是计算空调房间或区域的热、湿负荷。空调房间或区域内外附加负荷的计算方法1)风机温升负荷：当电动机安装在通风机蜗壳内时，空气在通过风机后，由于电动机的机械摩擦发热，将导致空气通过通风机后温度升高，引起冷负荷增加。2)水泵温升负荷：空调冷冻水通过水泵后温度升高，引起冷负荷增加。3)空气管道温升负荷：空气通过送、回风管道时，由于送、回风管道受风管的保温情况、内外温差、空气流速、风管面积等因素的影响，将通过风管壁散失热量或冷量，导致通过风管的空气温降(或温升)。保温的冷水(或热水)管道，也会由于管壁的传热导致通过管道液体温升(或温降)，引起冷(或热)负荷增加。4)新风负荷：为了保证空调房间或区域内的卫生条件，需要将室外新风送入室内，由于室内外温差的影响，这部分新风要引起冷(或热)负荷增加。系统冷负荷空调区的夏季系统冷负荷，应当根据所服务空调区的同时使用情况、空调系统的类型及调节方式，按各空调区逐时冷负荷的综合最大值或各空调区夏季冷负荷的累计值确定，并应计入各项有关的附加负荷。所谓各空调区逐时冷负荷的综合最大值，是将同时使用的各空调区逐时负荷相加，在得出的数列中取最大值。所谓空调区夏季冷负荷的累计值，是直接将各空调区逐时冷负荷的最大值相加，不考虑它们是否同时使用。显然采用“空调区夏季冷负荷的累计值”法计算的结果要大于“各空调区逐时冷负荷的综合最大值”法计算的结果。通常，当采用变风量集中式空调系统时，由于系统本身具有适应各空调区冷负荷变化的调节能力，即可采用前一种计算方法；当采用定风量集中式空调系统或末端设备室温控制装置的风机盘管系统时，由于系统本身不能适应各空调区冷负荷的变化，可采用后一种计算方法。常用空调系统的特点、设计方法及比较空调系统一般由空气处理设备和空气输送管道以及空气分配装置组成。根据需要，可以组成许多不同形式的系统。工程中常用到的空调系统形式有一次回风空调系统、变风量(VAV)空调系统、风机盘管+新风空调系统、水环热泵空调系统、变制冷剂流量(VRV)空调系统、家用中央空调系统等。1.一次回风空调系统一次回风空调系统在空气处理过程中，大多数场合需要利用一部分回风。在过渡季节，应当加大新风量的比例，有利于节能；但在夏季和冬季，则应提高回风量的比例，减少新风量的比例，系统运行就越经济。但实际上，为了卫生要求，不能无限制的减少新风量。空调系统设计时，通常是取满足卫生要求、满足补充局部排风的要求、保持空调房间正压要求这三项中的最大者作为系统新风量的计算值。此外，对于绝大多数空调系统来说，当按上述方法得出的新风量不足总风量的10％时，也按10％确定。2.变风量空调系统这种系统的工作原理是当空调房间负荷发生变化时，系统末端装置自动调节送人房间的送风量，确保房间温度保持在设计范围内，从而使得空调机组在低负荷时的送风量下降，空调机组的送风机转速也随之而降低，达到节能的目的。3.风机盘管+新风空调系统风机盘管+新风空调系统是空气一水空调系统中的一种主要形式，顾名思义它可分为两部分：一是按房间分别设置的风机盘管机组，其作用是担负空调房间内的冷、热负荷；二是新风系统，通常新风经过冷、热处理，以满足室内卫生要求。1）风机盘管机组的形式从空气流程形式分，有风机位于盘管下风侧，空气先经盘管处理后，由风机送入空调房间的吸入式；风机处于盘管的上风侧，风机把室内空气抽人，压送至盘管进行冷、热交换，然后送入空调房间的压出式。吸入式的特点是：盘管进风均匀，冷、热效率相对较高，但盘管供热水的水温不能太高；而压出式是目前使用最为广泛的一种结构形式。按安装形式分，有立式明装、卧式明装、立式暗装、卧式暗装、吸顶式(又称嵌入式)。2）风机盘管+新风空调系统的空气处理过程新风与风机盘管各自送风至空调房间。这种方式即使风机盘管机组停止运行，新风仍将保持不变。新风在风机盘管的出风口处(压出端)混合。这种方式无需设置专门的新风口，对吊顶布置较有利；当风机盘管机组运行时，要求新风提高在该处的压力。新风与风机盘管回风混合后送入空调房间。这种方式与上述两种方式比较，房间换气次数略有减少；当风机盘管机组停止运行时，新风量有所减少。3）风机盘管机组的选择原则根据使用要求和平面布置选择适当的机型。根据冷、热负荷计算结果，选择合适的机组规格，一般按夏季冷负荷选择风机盘管机组。根据房间冷负荷，按中档时的供冷量来选择型号，并校核冬季加热量是否能满足房间供热要求。结合实际使用工况，对机组标准工况下的制冷量和制热量进行修正，使所选机组的实际冷、热量接近或大于计算冷、热量。注意机组机外余压值。注意机组噪声值，合理选择消声措施。4.水环热泵空调系统水环热泵空调系统是全水空调系统的一种形式。水环热泵也称为水一空气热泵，其载热介质为水。制冷时，机组向环路内的水放热，使空气温度降低；供热时则从水中取得热量加热空气。水环热泵机组的工作原理水环热泵机组在制冷工况运行时，水环热泵机组内置压缩机把低压低温冷媒蒸气压缩成为高温冷媒气体进入冷凝器，在冷凝器中通过水的冷却作用使冷媒冷凝成高压液体，经节流装置(膨胀阀)节流膨胀后进人蒸发器，从而对通过水环热泵机组的空气进行冷却。水环热泵机组在制热工况运行时，机组系统方式同制冷工况，不同的是，制热时通过四通阀的切换，使制冷工况时冷凝器变为蒸发器，而制冷工况时的蒸发器则变成冷凝器。机组通过蒸发器吸收水中的热量，由冷凝器向通过水环热泵机组的空气放热，达到加热空气的目的。送风量与气流组织气流组织设计的任务是合理地组织室内空气的流动，使室内工作区空气的温度、相对湿度、速度和洁净度能更好地满足工艺要求以及人们的舒适性要求。1.送风量空气调节系统的送风量应能消除室内最大余热余湿，通常按夏季最大的室内冷负荷计算确定。1）送风温差送风温差是确定送风状态和计算送风量的关键参数。送风温差选择得大，送风量就会小，处理空气和输送空气所需设备也会相应地要求小，从而可以使初投资和长期运行费用减小。但送风温差过大，送风量过小时，将会影响室内气流组织的分布，导致室内的温度和湿度分布的均匀性和稳定性受到影响。在满足舒适条件下，应尽量加大空调系统的夏季送风温差，但不宜超过下列数值：送风高度小于等于5m时，不超过10℃；送风高度大于5m时，不超过15℃；送风高度大于10m时，按射流理论计算确定；当采用顶部送风(非散流器)时，送风温差应按射流理论计算确定。2）新风量空调系统的新风量不应小于总送风量的10％，且不应小于下列两项风量中的较大值：补偿排风和保持室内正压所需的新风量；保证各房间每人每小时所需的新风量。2常用气流组织的形式及其选择空调区的气流组织，应根据建筑物的用途，满足对空调区内设计温湿度及其精度、工作区允许的气流速度、噪声标准、空气质量、室内温度梯度及空气分布特性指标(ADPI)的要求；气流分布均匀，避免产生短路及死角；结合建筑物特点、内部装修、工艺(含设备散热因素)或家具布置等进行设计、计算。空调房间人员活动区的气流速度不宜过大，并考虑室内活动区的允许速度与室内空气温度之间的关系。空调房间的主要送风形式：百叶风口或条缝形风口侧送；散流器、孔板或条缝形风口顶送；地板散流器下送；喷口送风。百叶风口或条缝型风口侧送：根据空调房间的特点，送、回风口可以布置成单侧上送上回、单侧上送下回、双侧上送上回、双侧上送下回、单侧上送、走廊回风等多种形式。1)仅为夏季降温服务的空凋系统，且空调房间层高较低时，可采用上送上回方式；2)以冬季送热风为主的空调系统，且空调房间层高较低时，宜采用上送下回方式；3)全年使用的空调系统，一般应根据气流组织计算来确定采用哪种方式；4)层高较低、进深较大的空调房间，宜采用单侧或双侧送风、贴附射流。散流器、孔板或条缝形风口顶送：层高较低、有吊顶或技术夹层可利用时，可采用圆形、方形和条缝形散流器顶送；要求较高时，可采用送风孔板和条缝形风口等结合建筑装饰均匀顶送。地板散流器下送：层高很高、进深很大的空调房间，可采用地板散流器下送。喷口送风：高大空间的空调场所，如会堂、体育馆、影剧院等，可采用喷口侧送或顶送。3气流组织的计算方法气流组织计算的任务是选择气流分布的形式，确定送风口的形式、数目和尺寸，使工作区的风速和温差满足设计要求。空调水、风系统的设计原则及其计算一般舒适性空调冷水供／回水温度为7℃／12℃；热水供／回水温度为60℃／50℃；蓄冷大温差低温送水冷水温度一般为1～5℃；蓄冷时供／回水温度为2℃／13℃；区域供冷水供／回水温度为5℃／13℃1.常用空调水系统的形式及其设计原则：开式系统和闭式系统同程系统和异程系统可将空调水系统按区域划分、高度划分；两管制和四管制系统；定流量系统和变流量系统一次泵系统和二次泵系统2.空调水系统的水力计算3.空调风系统及其水力计算4.风管系统的设计计算在进行风管系统的设计计算前，必须首先确定各送(回)风点的位置及其风量、管道系统、相关设备的布置、风管材料等。设计计算的目的是：确定各管段的管径(或断面尺寸)和压力损失，保证系统内达到要求的风量分配，并为风机选择和绘制施工图提供依据。1