空调工程设计内容与设计步骤

空调工程设计内容与设计步骤

（一）选择空调系统并合理分区

1、空调系统的选择

根据空调冷热源布置，冷媒输送方式及空气处理过程的特点，概括性地说空调系统一般有三种形式，即集中式空调系统、半集中式空调系统、分散式空调系统。

空调系统选择的总原则和要求

（1）选择时根据用途、规模、使用特点、室外气象条件、负荷变化情况和参数要求等因素通过技术经济比较确定。这样就可以在满足使用要求的前提下，尽量做到投资省、系统运行经济和能耗小

（2）对集中式空调系统（又称中央空调系统），要求一般采用单风管式低风速空调系统，当房负荷变化较大，采用变风量系统能满足要求时，不宜采用定风量再热式系统，不过普通舒适性空调精度无严格要求，目前仍较多采用无再热的定风量集中式系统。仅作为夏季降温用的系统，不应采用二次回风系统。

（3）空调面积较小的房间，或建筑物中仅个别房间有空调要求的情况，宜采用分散式空调系统。对空气调节房间较多，且各房间空调要求不一的建筑物，条件许可时，宜采用四管制或双风道变风量空调系统。

面积很大的空调房间，或者室内空气设计状况想同、热湿比和使用时间也大致相同，且不要求单独调节的多个空调房间，通常多采用单风管、低速、一次回风、无再热的定风量集中式空调系统。这种系统现在再我国民用建筑舒适性中央空调中采用最多。

宾馆式建筑和多功能综合大楼的中央空调系统，一般都设有集中冷热源，水—风形式的集中空调；其中的餐厅、商场、舞厅、展览厅、大会议室、办公室等多采用组合式空调器（或柜式空调器）的风系统，并且多为低速单风管、一次回风与新风和混合、无再热的定风量系统；客房、中小型会议室、贵宾房等则常用风机盘管加新风系统。

2、空调系统的分区

同一建筑内平面和竖向房间的负荷差别大，各房间用途、使用时间和空调设备承压能力等均不相同，为使空调系统既能保持室内要求参数，又能经济管理，就需要将系统分区。系统分区主要考虑室内设计参数、负荷特性、建筑高度房间使用功能和使用时间等因素。一般方法是：

（1）将室内温湿度基数、洁净度和噪声等要求相同或相近的房间划为一个系统。

（2）根据空调控制精度，将室内温、湿度允许波动范围相同或相近的房间划分为一个系统。

（3）对大型办公楼来说，周边区（由玻璃窗到进深5米左右）受到室外气温和太阳辐射的影响，冬夏季空调负荷变化大，内部区由于远离外围结构，室内负荷主要是人体、照明、设备等的发热，空调负荷变化较小，可能全年为冷负荷。因此，可将平面分为周边区和内部区。

（4）在高层建筑中，根据设备、管道、配件等承压能力，沿其高度方向上划分，可分为低区、中区和高区。（5）按建筑物各房间的用途、功能、性质和使用时间分区，设置不同的空调系统。例如：办公楼建筑可按办公室、会议室、食堂等设置不同的空调系统。旅馆建筑客房是全天使用的，而其他餐厅、会议室、舞厅等非全天使用，应划为不同的空调系统。医院应把洁净度要求相同的房间划为一个区，按门诊、手术室、病房、办公室分别设置空调系统。

除了双风道、变风量和水源热泵系统外，一般应注意避免把负荷特性（指热湿负荷大小及变化情况等）不同的空调房间划分为同一系统，否则会导致能耗的增加和系统调节的困难，甚至不能满足要求。

同时对负荷特性一致的空调房间，规模过大时，宜划分为若干个子系统，分区设置空调系统，这样将会减少设备选择、管道布置系统安装及调节控制等方面的困难。

集中式空调系统：按处理空气的来源分：直流式、封闭式、回风式。回风式分：1、一次回风：回风与新风先混合，然后加以处理达到送风状态的集中式系统。2、二次回风：新风与部分回风混合并经处理后再次与部分回风混合而达到要求的送风状态按送风管套数分：1、单风管式：只能从空调机房送出一种状态经处理的空气。2、双风管式：一条风管送冷风，一条风管送热风，冷风和热风在各房间的送风口前的混合箱内按不同比例混合达到各自要求的送风状态后，再送入房间。同时，根据主送风管内的空气流速，又可分为：低速空调系统（一般主风管风速在15m/s以下）和高速空调系统（主风管风速在15m/s以上）

（二）确定室外空气计算参数和室内空气设计参数

空调系统的冷负荷计算总是以空调室内外空气参数为依据，正确确定建筑物所在地室外空气计算参数和建筑物中各类不同使用功能的空调房间的室内空气设计参数，对空调设备的投资和经济运行等均具有重要意义。

1、室外计算参数的确定

主要参数有：夏季室外空气调节日平均温度、夏季空调室外计算干球温度和湿球温度、冬季室外空调计算干球温度和相对湿度、夏季和冬季的室外大气压力、夏季和冬季的室外平均风速等。参数可在室外气象参数表中查取。

2、室内空气参数的确定

确定室内空气参数主要应考虑建筑物的空调标准（或工艺要求），同时还应考虑到室外空气参数、冷热源情况、经济条件及节能要求等因素。

（1）舒适性空调室内温、湿度标准

夏季：温度应采用24℃～28℃；

相对湿度应采用40%～65%；

风速不应大于0.3m/s。

冬季：温度应采用18℃～22℃；

相对湿度应采用40%～60%；

风速不应大于0.2 m/s。

（2）工艺性空调室内温、湿度标准

相关参数在有关规范或空调手册中查取

确定工艺空调室内计算参数时，一定要了解实际工艺生产过程对温、湿度的要求。对于夏季室温和相对湿度低于舒适性空调的场所，在工艺条件允许的前提下，夏季尽量提高室温和相对湿度，这样可以节省设备投资和能源消耗，而且有利于工人健康。

（三）空调负荷的计算

空调负荷包括空调房间负荷、新风负荷、空调系统及制冷系统负荷。计算方法有冷负荷系数法或谐波反应法。冷负荷系数法计算空调房间的具体方法。

1、冷负荷系数法确定空调房间各项冷负荷

（1）围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法

①外墙和屋顶瞬变传热引起的冷负荷

在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋顶瞬变传热形成的逐时冷负荷可按下式计算：LQ1=F·K·(t l,n-t n)W

式中：F—外墙和屋顶的计算面积，㎡；

K—外墙和屋顶的传热系数，W/(㎡·K)（需查表）

t n—室内设计温度，℃；

t l,n—外墙和屋顶的冷负荷计算温度的逐时值，℃（需查表）

对不同地区和不同情况应该按下式进行修正：

t′l,n=(t l,n+t d) ·K a·Kρ℃

式中：t l,n—外墙和屋顶的冷负荷计算温度的逐时值，℃（需查表）

t d—地区修正系数，℃需查表

K a—不同外表面换热系数修正系数（需查表）

Kρ—不同外表面的颜色修正系数（需查表）

各地区的室外表面换热系数αw,可根据该地的室外平均风速v，按下式计算：

αw=3.85v+8.95 kcal/(㎡·h·℃)

或αw=4.48v+10.41W/(㎡·K)室内换热系数，一般可取8.7W/(㎡·K)

②内墙、楼板等室内围护结构传热形成的瞬时冷负荷

当空调房间的温度与相邻非空调房间的温度差大于3℃时，需要考虑由内围护结构的温差传热对空调房间形成的瞬时冷负荷。这可按如下的稳定传热公式计算：

LQ2=F·K·(t ls- t n) W

式中：F—内围护结构传热面积，㎡。

K—内围护结构的传热系数，W/(㎡·K)（需查表）

t n—夏季空调室内设计温度，℃；

t ls—相邻非空调房间的平均计算温度，℃，用下式计算：

t ls=t p+△t ls ℃

式中：t p—夏季空调室外计算日平均温度，℃；

△t ls—相邻非空调房间的平均计算温度与夏季空调室外计算日平均温度的差值。

当邻室散热量很少（如办公室、走廊等）时，△t ls取2～3；

当邻室散热量＜23W/m3时，△t ls取3；

当邻室散热量在23～116 W/m3之间时，△t ls取5。

③外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷

在室内外温差作用下，玻璃窗瞬变传热引起的逐时冷负荷，可按下式计算：

LQ3=F·K·(t l-t n) W

式中：F—外玻璃窗面积，㎡。

K—玻璃窗的传热系数，W/(㎡·K)（需查表）

t n—室内设计温度，℃；

t l—玻璃窗的冷负荷温度逐时值，℃（需查表）

对不同的地点应按下式修正

t′l= t l+t d ℃

式中：t l—玻璃窗的冷负荷温度逐时值，℃（需查表）

t d—地区修正系数（需查表）

（2）透过玻璃进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷

通过玻璃进入室内的日射得热形成的逐时冷负荷LQ4可按下式计算：

LQ4=F·C Z·D j,max·C LQ W

式中：F—窗玻璃的净面积，㎡，是窗口面积乘以有效面积系数C a。C a （需查表）

C Z—窗玻璃的综合遮挡系数，C Z=C s·C n, C s·C n（需查表）

D j,max—日射得热因数最大值，W/㎡；（需查表）

C LQ—冷负荷系数需查表

（3）室内热源形成的冷负荷

室内热源包括照明散热、人体散热及工艺设备散热等。室内热源散出的热量包括显热和潜热量部分，潜热散热作为瞬时冷负荷，显热散热中对流热成为瞬时负荷，而辐射热则先被围护结构等物体表面吸收，然后再缓慢地逐渐散出，形成滞后冷负荷。因此，必须采用相应的冷负荷系数。

①照明散热形成的冷负荷

照明散热形成的冷负荷可按下式计算：

白炽灯：LQ5=1000·N·C LQ W

荧光灯：LQ5=1000·n1· n2·N·C LQ W

式中：N—照明灯具所需功率，W；

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在空调房间内时，取 n1=1.0；

n2—灯罩隔热系数，当荧光灯罩上部穿有小孔（下部为玻璃板），可利用自然通风散热于顶棚内，取

n2=0.5～0.6，而荧光灯罩无通风孔者，则视顶棚内通风情况，取n2=0.6～0.8；

C LQ—照明散热冷负荷系数，根据明装和暗装荧光灯及白炽灯，按照不同的空调设备运行时间和开灯好、时间及开灯后的小时数，需查表

②人体散热形成的冷负荷

人体散热形成的冷负荷，可按下式计算：

LQ6=q s·n· n′·N·C LQ+ q L·n· n′W

式中：C LQ—人体显热散热冷负荷系数（需查表），对人员密集的场所，可取C LQ=1.0，对于室温在全天24小时内不能保持恒定的，也可取人体显热冷负荷系数C LQ=1.0；

式中：q s—成年男子显热散热量，W(需查表)

n—室内全部人数；

q L—成年男子潜热散热量，W；(需查表)

n′—群集系数（需查表）

③设备和用具的散热量引起的冷负荷

设备和用具的散热量引起的冷负荷，可按下式计算：

LQ7=Q·C LQ+Q q W

式中：Q—设备和用具实际的显热散热量，W

C LQ—设备和用具显热散热冷负荷系数，根据有罩和无罩情况(需查表)；

Q q—设备和用具实际的潜热散热量，W。（常用家电的散热量可查表）

设备和用具的显热散热量，也可根据其类型按下述公式计算：

a)电动设备的显热量

当工艺设备在室内，电动机不在室内时：Q= n1·n2·n3·N/η W

当工艺设备不在室内，只有电动机在室内时：Q= n1·n2·n3·N（1-η）/ηW

式中：N—电动设备的安装功率，W；

η—电机效率；(需查表)

n1—安装系数，即电动机的最大实耗功率与安装功率之比，通常取n1=0.7～0.9；

n2—负荷系数，即电动机平均实耗功率与设备设计时最大实耗功率之比，通常对精密机床取n2=0.15～0.40；对普通机床取n2=0.5；

n3—同时使用系数，即室内电动机同时使用的安装功率与总安装功率之比，根据工艺过程中设备的使用情况，通常取n3=0.5～0.8。

b)电热设备显热散热量

对于无保温密闭罩的电热设备

Q= n1·n2·n3·n4·N W

式中：n1、n2、n3的意义同前式；

n4—考虑排风带走热量的系数。

c)电子设备的散热量

电子设备的散热量按Q= n1·n2·n3·N（1-η）/ηW计算，电子计算机取n2=1.0，一般仪表取0.5～0.9。通常每台计算机的冷负荷值可按300～350W考虑

实际上内部热源的影响很难精确计算，设计时很难明确，这时可采取简化计算，同时考虑一定的修正因素。灯光照明散热形成的冷负荷计算式可简化为：

白炽灯：LQ5=（0.9～0.95）·1000·N W

荧光灯：LQ5=（0.9～0.95）·1000·n1· n2·N W

人体散热引起的冷负荷计算式可简化为：LQ6=（0.9～0.95）·（q s+ q L）·n· n′ W

在餐厅、多功能宴会厅的设计中，还应考虑到食物的散热和散湿，其数据可按就餐人数考虑：食物全热：17.4W/人，食物显热和潜热：8.7W/人，食物散湿：11.5g/(h·人)。

“设计规范”规定：空调房间的夏季冷负荷，应按各项逐时冷负荷的综合最大值确定，具体方法为：（1）分项计算各项得热引起的冷负荷的逐时值，外墙负荷、窗日射负荷应按南、东、西、北等各朝向分别逐时计算，再按钟点将各朝向的冷负荷逐时相加。

（2）将同一钟点的各项冷负荷抄列于汇总表中，并逐时相加得出各钟点的各项冷负荷的总和。

（3）考虑最不利情况，取上表中逐时累计的各项冷负荷总和中最大值最为该空调房间的冷负荷。（4）如果空调系统中新风直接送入房间处理（则新风不承担室内空气负荷时），则空调房间冷负荷还应包括新风负荷。

3、新风量的确定与新风冷负荷

（1）新风量的确定

考虑在满足卫生要求的前提下尽量节能的原则，结合实践经验，“设计规范”对空调系统的新风量作了如下规定：

①民用建筑的新风量

民用建筑每人每小时所需的新风量（最小值）

（2）新风负荷的确定

在湿空气的h—d图上，根据设计地室外空气的夏季空调计算干球温度t w和湿球温度t w,s确定新风状态点W,得出新风的焓h W；根据室内空气的设计温度t N和相对湿度ΦN，确定回风状态点N（也就是室内空气设计状态点），得出回风的焓h N,则夏季空调的新风冷负荷CL W可按下式计算：

CL W=1.2·L W·（h W-h N）W

式中：L W—新风量，m3/h；h W—新风状态点W的焓值，kJ/kg；

h N—回风状态点N的焓值，kJ/kg； 1.2—空气在20℃时的密度，kg/ m3。

多个房间共用同一空调系统时，空调系统的冷负荷可按上述方法算出的各个房间的空调逐时综合冷负荷相加，并逐时累计其中最大值为空调系统的冷负荷。

5、制冷系统负荷的确定

确定空调用制冷系统的负荷（如冷水机组或独立式空调机组的制冷量）时，应考虑空调系统所服务的房间的同期使用率，制冷装置及冷水系统的冷量损失，制冷设备运行一段时间后出力及传热效率降低，及设备可能发生故障而需有一定的备用量等因素的影响。制冷系统负荷Q0可按下式确定：Q0=Q·K r·K f·Kη·K b W

式中：Q—空调系统冷负荷，W

K r—房间同期使用系数，视建筑物的使用性质.功能.规模.等级及经营管理等因素而定，取K r=0.6～1.0之间。K f·—冷量损失附加系数，与空调系统的规模，设备类型、管道长短有关，水—风系统，取值K f·=1.05～1.10；

直接蒸发式标冷器系统，取K f·=1.05～1.10。

Kη—效率降低修正系数，采用设备生产厂家提供的数值，如果厂家提供的设备制冷量已经考虑了出力及传热效率降低的影响，则取Kη=1.00；一般可取Kη=1.05～1.10。

K b—事故备用系数，一般不考虑备用。仅在特殊工程中，亦采用X台1备的方式[机器台数X为2台（或3台）时，机房则采用2台一备或3台一备的方式]。

6、空调房间的湿负荷

（1）人体散湿引起的湿负荷

人体散湿量，可按下式计算：D1=n·n′·ω·10ˉ3㎏/h

式中：ω—成年男子的散湿量，㎏/（h·人），需查表

（2）餐厅食物散湿引起的湿负荷

食物散湿量，可按下式计算：

D2=11.5·m·10ˉ3㎏/h

式中：m—餐厅额定人数。

（3）敞开水面散湿引起的湿负荷

敞开水面的散湿，可按下式计算：

D3=β·（P q,b-P q）·F·B/B1㎏/h

式中：P q,b—水表面温度下的饱和空气的水蒸气分压力，P a；

P q—空气中水蒸气的分压力，P a；

F—水槽水面面积，㎡；

B—标准大气压，取B=101325 P a；

B1—当地实际大气压，P a

β—蒸发系数，㎏/（㎡·h·P a）

蒸发系数可由下式决定：

β=（a+0.00013·v）

式中：v—水面上方的空气流速，m/s；

a—为周围空气温度15～30℃时，不同水温下的水蒸气扩散系数，㎏/（㎡·h·P a）

在不同温度下水蒸气的扩散系数a ㎏/（㎡·h·P a）

（4）其他设备散湿引起的湿负荷

家用电器的散湿需查表，工艺设备的散湿由工艺设备部门提供，或按相关资料确定。