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中央空調設計

第一部分    中央空調設計內容及設計步驟

一、    空調負荷的概算指標

夏季空調冷負荷綜合指標
 

說明：冷水機組冷量參考值 = 建築麵積 * 單位冷量
各類房間空調負荷分類指標指標

說明：（1）末端設備冷量參考值 = 房間麵積 * 單位冷量

（2）冷水機組冷量參考值=（0.84~0.86修正值）* 末端總負荷
舒適空調室內設計參數

二、   空調房間送風狀態及送風量的確定

1、      送風溫差的確定

空調係統夏季送風溫差，應根據風口類型、安裝高度和氣流射程長度以及是否貼附等因素確定。

舒適性空調 送風高度H≦5米時，送風溫差≦10℃

H>5米時，送風溫差≦15℃

按風口形式建議的送風溫差

2、    送風狀態及送風量的確定

選定送風溫差後，即可按照以下步驟確定送風狀態和送風量

（1）    在h-d圖上確定室內空氣狀態點N以及對應的焓值hN；

（2）    根據房間的餘熱Q和餘濕D畫熱濕比過程線（過N點）；

（3）    根據送風溫差，求出送風溫度，過它的等溫線與熱濕比線的交點即為送風狀態點0；

（4）    確定送風量

計算公式為：G（單位Kg/h）=-Q/（hN - h0） 

送風量V（單位m3/h） = Q/1.2  (1.2 m3/kg為空氣密度)

3、  潔淨室空調送風量的確定

送風量V（單位m3/h）= 房間麵積 * 房間吊頂高度 * 換氣次數

4、     新風量的確定

民用建築每人每小時所需的新風量

因為每人每小時所需的新風量，直接關係到空調設備的節能，因此應根據實際情況慎重選擇其數值。

旅館客房等設有專用衛生間，新風量應稍大於排風量，或排風量取為新風量的90%，以維持室內正壓。一般情況下，新風量約為送風量的10~15%  。

新風負荷Q（W）=空氣密度（1.2 kg / m3）  * 新風量（m3/h）* 室外新風與室內設計回風狀態點的焓差（KJ/kg）

三、    空調水係統設計

中央空調水係統，一般包括冷（熱）水係統、冷卻水係統和冷凝水排放係統。

水係統設計，包括管路係統形式選擇、分區布置方案、管材、管件選擇、管徑確定、阻力計算與平衡、水量調節控製、管道保溫、水泵和冷卻塔等設備的選擇，以及安裝要求等。

1、            空調冷（熱）水係統的設計步驟

（1）   選擇冷（熱）水係統的形式

1）空調水係統的形式

A、雙管製和四管製係統

對任一空調末端裝置，隻設一根供水管和一根回水管，夏季供冷水、冬季供熱水，這樣的冷（熱）水係統，稱為雙管製係統；

對任一空調末端裝置，設有兩根供水管和兩根回水管，其中一組供回水管用於冷水係統，另外一組用於熱水係統，這樣的冷（熱）水係統，稱為四管製係統；

B、閉式和開式係統

閉式係統的水循環管路中無開口處，而開式係統的末端水管是與大氣相通的。開式係統使用的水泵，除要克服管路阻力損失外，還需具有把水提升到某一高度的壓頭，因此，要求有較大揚程，相應的能耗也較大。閉式係統管路係統不與大氣相通，水泵所需揚程僅需克服管路阻力損失，不需涉及將水位提高所需的位置壓頭，因此，所需揚程較開式小，相應的能耗也小，並且管路和設備受空氣腐蝕的可能性也小。

C、異程式和同程式係統

風機盤管設在各空調房間內，按照起並聯於供水幹管和回水幹管間的各機組的循環管路總長是否相等，可分為異程式和同程式係統。

異程式管路係統配置簡單，省管材，但各並聯環路管長不等，因而阻力不等，流量分配難以均衡，增加了初次調整的難度。同程式各並聯環路管長相等，阻力大致相等，流量分配也較均衡，可減少初次調整的難度，但初投資較高。

D、定水量和變水量係統

定水量係統中的係統水量是不變的。它通過改變末端裝置的供水量來調節空調房間的負荷變化。各空調末端裝置或各分區水量，采用手設在空調房內感溫器控製的電動三通閥進行調節。

變水量係統則保持空調水係統供、回水的溫度不變，通過改變水係統的水流量來適應空調負荷的變化，這種係統各空調末端裝置的水流量收設在室內的感溫器控製的電動二通閥進行調節，目前采用變水量調節方式的較多。

因為變水量係統負荷處於變化狀態，建議在中央機房內的供回水管之間設置旁通管，並設置壓差電動調節閥。

此外，無論是定水量還是變水量係統，空調末端設置除設自動控製的電動閥外，為了維修方便，前後兩邊必須設置截止閥，或增加旁通裝置。

E、單式水泵係統和複式水泵係統

以中央機房的供回水集管為界，冷熱源側和負荷側共用水泵的，

叫單式水泵係統；冷熱源側和負荷側分別設置水泵的，叫複式水泵係統，也叫二次泵係統。

2）空調水係統形式的選擇與分區

A、一般建築物的舒適性中央空調，其冷（熱）水係統宜采用單式水泵、變水量調節、雙管製係統，並盡可能為同程式或分區同程式。

B、舒適性要求很高的建築物可采用四管製係統。

C、高層建築，特別是超高層建築，在每層供水半徑不大時，常采用豎向總管同程式，水平異程管式。

D、如果全係統隻設置一台空調主機時，宜采用定水量係統；設置多台主機時，則考慮采用變水量係統。

E、大型建築中一般情況宜采用單式水泵係統，但若各分區負荷變化規律不一，或各分區供水環路阻力相差大，或使用功能及運行時間不一，或供水作用半徑相差懸殊等情況，均宜采用複式水泵係統

（2）   冷（熱）水係統水管管徑的確定

空調水係統的管材有鍍鋅鋼管和無縫鋼管。當管徑DN≤100mm時，可采用鍍鋅鋼管，其規格用公稱直徑DN表示；當管徑DN＞100mm時，可采用無縫鋼管，其規格用外徑*壁厚表示。常用鋼管規格如下表（直徑、壁厚單位mm，質量單位kg/m）：

 常用鋼管規格表

注明：鍍鋅管比不鍍鋅鋼管重3~6%左右。

管徑計算公式一

dn=1.13 * 對應管段水流量（立方米/秒）除以水流速（米/秒）的商的平方根

管徑計算公式二

dn=0.48 * 對應管段冷量（冷噸）的平方根

參考表格如下：

管內水的最大允許水流速

冷凍水管速算表

（3）   供、回水集管的設計

供水集管又稱為分水器（分水缸），回水集管又稱為集水器（回水缸），

它們都是一段水平安裝的大管徑鋼管。各台冷水機組（或熱水器）生產的冷（熱）水送入分水器，再經分水器，向各子係統或各區分別供水；各子係統或各區的空調回水，先回流到集水器，然後再由水泵送入各冷水機組（或熱水器）。分水器和集水器上的各管路均應設置調節閥和壓力表，底部應設排汙管和排汙閥（一般選用DN40）。

分水器和集水器的管徑，按其中水的流速為0.5~0.8m/s的範圍內確定。分、集水器的管長由所需連接的管接頭個數、管徑及間距確定。兩相鄰接頭中心線間距宜為兩管外徑+120mm；兩邊管接頭中心距管端麵宜為外徑+60mm。

（4）   水頭損失計算

流體在管道內運行阻力損失包括兩部分，即沿程阻力損失和局部阻力損失。

管路的水頭損失（mH2O）=各管段沿程阻力損失之和（mH2O）

+各管段局部阻力損失之和（mH2O）

1）沿程阻力計算方法

A、            近似估算

P（mH2O）= 0.025*（L/d）*V2/2g

L：管路長度，m；

d：管道直徑，m；

V：管道內水流速，m/s.

B、   按水力坡降計算

P（mH2O）= I * L mH2O

I：水力坡度，即單位管長的水力損失mH2O /m；

L：管路長度，m。

對舊鋼管和鑄鐵管的水力坡度：

當V≥1.2m/s時，I=0.00107*V2/d1.3   mH2O /m

當V＜1.2m/s時，I=0.000912*V2/d1.3 *(1+0.867/V)0.3  mH2O /m

d：管道計算內徑，m；

V：管道內水流速，m/s.

2）局部阻力計算方法

A、            常用計算公式

P（mH2O）= 局部阻力係數（可查表）* V2/2g

V：管道內水流速，m/s.

B、    按水力坡降計算

P（mH2O）= I * L mH2O

I：水力坡度，即單位管長的水力損失mH2O /m；

L：局部阻力當量長度，m。

各種局部阻力損失折合當量長度表

（5）   冷（熱）水泵的配置與選擇

每台空調主機至少應該配置一台水泵，一般要考慮備用泵，以備維修之用。一般空調水係統的水泵與機組連接方式是采用壓入式（對機組而言），隻有在水泵的吸入段有足夠的壓頭才能防止水汽化。水泵通常選用比轉數N在30~150的離心式清水泵。

1）水泵流量的確定

水泵的流量計算式如下：

V = β1 * V1   m3/s

式中：β1 ------流量儲備係數，當水泵單台工作時，β1 =1.1，當兩台並聯工作時，β1 =1.2；

      V1 ------ 冷水機組額定流量，m3/s

2）水泵揚程的確定

水泵的揚程計算式如下：

H = β2* Hmax  mH2O

  式中：β2  ------ 揚程儲備係數，一般β2 =1.1；

      Hmax ------ 水泵所承擔的供回水管網最不利環路的水壓降，mH2O  。

最不利環路的總水壓降Hmax可按下式計算：

  Hmax = P1 + P2 + P3  mH2O

式中：P1  ------ 冷水機組蒸發器的水壓降，mH2O，可從產品樣本中查知。（參考換算  1KPa = 0.1 mH2O）

P2  ------ 環路中並聯的各台空調末端裝置中最大的水壓降，mH2O，可從產品樣本中查知。

P3  ------ 環路中各種管件的水壓降與沿程壓降之和，mH2O，可從產品樣本中查知。

在估算時，可大致取每100米管長的沿程損失為5 mH2O。

這樣，最不利環路的總長（一般為供回水管長度之

和為L，則最不利環路的水壓降可按下式估算：

Hmax = P1 + P2 + 0.05（1+K）*L mH2O

式中： P1 、P2 同上

       K為最不利環路中局部阻力當量長度總和與該環路管道總長的比值。當最不利環路較短時，取K=0.2~0.3；當最不利環路較長時，取K=0.4~0.6

（6）   膨脹水箱的配置與選擇

閉式水係統，為容納水係統內水的熱脹冷縮的變化和補充係統的滲漏水，應該設置膨脹水箱。膨脹水箱一般設置在高出水係統最高點的2~3米處，且一般連接在水泵的吸入側。膨脹水管應該具備通氣管、溢流管、信號管、排汙管、膨脹管、補水管、循環管總共7個管口。

空調水係統的膨脹水量V可按下式計算：

V = （1/ρ1 -  1/ρ2 ） * V’ L

式中：ρ1  ------ 係統運行前水的密度，kg/l；

      ρ2  ------ 係統運行後水的密度，kg/l；

V’------ 係統中水總容量，l；V’= VF * F

F ------ 為建築總麵積，m2；

VF ------ 水容量概算值，L/ m2

參考用表：

水的密度

水係統中水容量概算值VF（L/ m2）

2、            冷卻水係統的設計步驟

（1）   冷卻水泵和冷卻塔的設置

每台冷卻塔至少應該配置一台水泵，一般要考慮備用泵，以備維修之用。一般空調冷卻水係統的水泵與機組連接方式是采用壓入式（對機組而言），隻有在水泵的吸入段有足夠的壓頭才能防止水汽化。

冷卻塔多為開放式並配風機，使空氣與冷卻水強製對流，以提高空氣的降溫效果。塔內裝有高密度的親水性填充材料，常用的冷卻塔有逆流型和直交流型兩種。冷卻水塔應設置補水管（帶浮球閥），溢水管和排汙管。

（2）   冷卻水係統管徑的確定

一台冷水機組配置一台冷卻塔和一台冷卻水泵時，冷卻水管路的管徑可按冷卻塔的進、出水口接管管徑確定；

一台冷卻塔供幾台冷水機組時，各台冷水機組的冷卻水進、出水管管徑與該冷水機組冷凝器冷卻水接管管徑相同。冷卻塔的進、出水管管徑與冷卻塔的進、出水口接管管徑相同。

或參考以下列表選擇冷卻水管管徑：

冷卻水管速算表

（3）   冷卻水泵的選擇

1）冷卻水泵流量的確定

冷卻水泵的流量應為冷水機組冷卻水量的1.1倍。

2）冷卻水泵揚程的確定

冷卻水泵的揚程可按下式進行計算：

H = 1.1 * （P1 + Z+ P3）

式中：P1  ------ 冷水機組冷凝器水壓降，mH2O，可以從產品樣品中查出；

Z  ------ 冷卻塔開式段高度Z（或冷卻水提升的淨高度），mH2O；

P2 ------ 管道沿程損失及管件局部損失之和，mH2O 。作估算時，管路中管件局部損失可取5 mH2O；沿程損失可取每100米管長約為6 mH2O。若冷卻水係統供、回水管長為L（m），則冷卻水泵揚程的估算值為：

H = P1+ Z + 5 + L * 0.06  mH2O  式中符號含義同上。

（4）   冷卻塔的選擇

1）首先根據冷卻塔的安裝位置的高度、周圍環境對噪聲的要求等，確定冷卻塔的結構形式。

2）冷卻塔的冷卻水量，是根據製冷機所需的冷卻水量，並根據室外空氣的濕球溫度進行修正來確定的。

3）

4）型號規格確定後，複核所選冷卻塔的結構尺寸是否適合現場的安裝條件，並根據冷卻塔的運行重量，核算冷卻塔的運行重量，核算冷卻塔安裝位置的樓板或屋麵結構的承受能力，以確保安全。

3、            冷凝水管路係統的設計步驟

各種空調設備（一般為末端設備）在運行過程中，其表冷器的表麵溫度，通常低於空氣的露點溫度，因而其表麵會結露，產生的冷凝水，必須設置管路及時排走。

（1）   冷凝水管設計及布置要求

1）冷凝水管宜采用聚氯乙烯塑料管或鍍鋅鋼管，不宜采用焊接鋼管。采用聚氯乙烯塑料管時，一般可以不加防二次結露的保溫層；采用鍍鋅鋼管時，需加保溫。

2）當空調器附近有下水管或地溝時，空調器設水管將冷凝水就近排放至下水管中或地溝內。

3）空調器無法就近排放時，則需用冷凝水管將空調器的冷凝水管集中排至下水管或地溝。

4）風機盤管凝結水盤的泄水支管坡度，不宜小於0.01，其他水平支幹管，沿水平方向，應保持不小於0.008的坡度，且不允許有積水部位。

（2）   冷凝水管管徑的確定

直接和空調器接水盤連接的冷凝水支管的管徑，應與接水盤接管管徑一致，可以從產品樣本中查得。

需設冷凝水管時，水管的管徑，應根據通過冷凝水的流量計算確定。

一般情況下，每1KW的冷負荷每小時產生約0.4~0.8公斤左右的冷凝水。通常可依據與該段連接的空調器的總冷量Q（KW），按下表選定：

冷凝水管管徑選擇

四、    空調風係統設計

經過處理的空氣要通過空氣管道輸送到空調房間，並通過一定形式的送風口將空氣合理分配，以達到空間內工作區的溫、濕度或其他控製參數滿足使用要求。因此，無論集中式係統的送、回風和排風設計，還是新風係統的送、回風及排風設計，都應該使各環路的風道係統阻力基本平衡，並使空調房間的氣流組織合理，溫度濕度分布均勻穩定。

空氣的輸送與分配設計，包括風口、消聲器、調節閥及各類風管附件等的選擇與設計。

1、 空調風管係統的設計步驟

1）繪製係統軸側圖，標注各段長度和風量。

2）選定最不利環路（一般是指最長或局部構件最多的分支管路）。

3）選定流速，確定斷麵尺寸。

各種管道內空氣的推薦流速和最大允許流速見下表：

空調風係統中的空氣推薦流速

空調風係統中的空氣最大流速

4）計算各管段的長度摩擦阻力和局部阻力。阻力計算從最不利

環路末端開始。對各支管的流動總阻力計算，工程上也常用下式簡略的估算法進行計算：

P = Rm * l * (1 + k )  Pa

式中Rm ------ 風管的單位長度摩擦阻力，Pa/m；

l ------ 風管的總長度，m；

k ------ 局部阻力損失與摩擦阻力損失的比值。局部構件少時，取 k = 1.0~2.0；局部構件多時，取 k = 3.0~5.0；

在低速風道係統中，各管段的空氣流速在正常的設計範圍內，則Rm可取值為 0.8~1.5Pa/m（平均1 Pa/m）

5）風機的選擇與校核

考慮到風機的漏風、風機出力自然衰減和計算誤差等因素，應對算得的風量和風壓加上一定的安全量，即風量放大1.1倍，風壓放大1.15倍。

2、            空調係統的消聲、減振及防火閥

一般空調係統不作精確的噪聲設計，通常是在空調機組、變風量空調器、新風機組等出口處設置消聲靜壓箱，消聲彎頭，或中、低頻的消聲器，以此來滿足室內的噪聲要求。

特殊的空調係統，如播音室、音樂廳、電視台演播大廳等，通常要作精確的噪聲計算，同時設置多個阻性和抗性消聲器。一般來說，通過消聲彎頭的風速不宜大於8米/秒，微穿孔板消聲器中的風速應小於15米/秒，通過其他類型消聲器的風速不宜大於10米/秒。

空調係統的空調裝置運轉時，會產生機械震動和噪聲，為此必須設置減震措施。在設備底部增加減震墊或減震彈簧，以及在設備進出水口或進出風口設置軟接管。

由於空調風道直接連接於房間與房間之間，所以傳播煙氣及擴散火災的危險性很大。《高層民用建築設計防火規範》（GB500-45-95）規定：通風空氣調節係統的送風、回風總管，在穿越機房和重要的或火災危險性大的房間的隔牆、防火牆樓板處以及垂直風管與每層水平風管交接處的水平支管上，均應設置防火閥。

第二部分     中央空調的通風係統

一、    通風係統

1、            通風係統設計的一般原則

1）通風換氣應盡可能采用自然通風方式，以節省能源和投資。隻有當自然通風不能保證衛生要求時，才采用機械通風。機械通風時又應盡采用局部排風，當局部排風達不到要求時，才采用全麵通風。

2）排風口應盡量靠近有害物源，或有害濃度較高的區域。

3）進風口盡量靠近操作區，進入氣流首先進入操作區，再由汙染區排走。

4）室內產生有害氣體和粉塵時，送風量應小於排風量，使室內形成負壓。一般送風量為排風量的80%  。

2、            機械通風量的確定

機械通風的通風量由“排除餘熱所需通風量”“排除餘濕所需通風量”“排除有害氣體所需通風量”三部分構成。以上需查相關資料才能確定。若無法獲得此數據時，機械通風的通風量，可按換氣次數來確定。

L = n * V  m3/h

式中：n ------ 換氣次數 ；

     V ------ 通風房間的體積，m3  。

部分民用公共建築的換氣次數

3、            典型的區域通風係統

（1）   廚房通風

1）高、中級民用建築的廚房應設機械送、排風裝置；普通民用建築的廚房可設局部排氣風扇。廚房的排風係統的風機排出口一般設在建築物樓麵。風機可采用普通的離心風機，但必須在風機下部加設排油汙裝置。

2）設置排風係統的的房間，應考慮補充進氣。一般情況下送風量應按排風量的85~95%考慮。廚房的負壓值，不得大於（4.9Pa）0.5mmH20，負壓過大，爐灶會倒風。為避免串味，可將60%的補風量由餐廳補入，這時，應校核氣流由餐廳流入廚房時，經過配餐窗口的速度，該速度不得大於1米/秒，過大時應增加通風麵積。

3）為了使油煙不附著在管道上，排風管道中的氣流速度不低於10米/秒，一般用10~20米/秒。

（2）   地下車庫通風

1）地下汽車庫的排風量應按稀釋廢氣量來計算。由於車型和汽車進出頻率的隨機性，在實際計算中確定廢氣量多少可能比較困難，在這種情況下，可按上頁表中參數執行。

2）地下汽車庫的送、排風口應均勻分布。送風係統的送風口宜設在主要通道上。

3）地下汽車庫的送、排風係統風管風速和送排風口風速取值均可較空調係統大。可參照下表。

4）送、排風機均可采用離心風機或軸流風機。

5）送、排風係統跨越防火分區處應設置70度關閉的防火閥（當與排煙係統合用時，則按排煙要求考慮）。

           地下車庫通風係統風管、風口風速取值           m/s