某办公楼中央空调设计方案

某办公楼中央空调设

计方案

1 绪论

1.1我国暖通空调的现状及其发展

进入上世纪90年代后，我国的居住环境和工业生产环境都已广泛地应用空调，空调技术已成为衡量建筑现代化水平的重要标志之一。90年代中期，由于大中城市电力供应紧张，供电部门开始重视需求管理及削峰填谷，蓄冷空调技术提到了议事日程。近年来，由于能源结构的变化，促进了吸收式冷热水机组的快速发展，以及热泵技术在长江中下游地区的应用。

随着生产和科技的不断发展，人类对空调技术也进行了一系列的改进，同时也在积极研究环保、节能的空调产品和技术，已经投入使用了冰蓄冷空调系统、燃气空调、V A V空调系统、地源热泵系统等。暖通空调技术的发展，必然会受到能源、环境条件的制约，所以能源的综合利用、节能、保护环境及趋向自然的舒适环境必然是今后发展的主题。

1.2 建筑空调系统节能国内外研究现状

1.2.1 建筑空调建筑空调系统节能国外研究现状

能源是整个经济系统的基本组成部份，作为一个能源消耗大国，美国在节能和提高能源利用率方面投入了大量的人力、物力。在美国的整个能源消耗中，有约1/3以上消耗在建筑能耗上，这些能耗用来满足人们的热舒适、空气品质、提高人们的生活质量。美国暖通空调制冷工程师协会、美国制冷协会、美国冷却塔协会等组织、美国能源部以及众多暖通空调设备生产厂家如York, Carrie r等都为建筑节能做出了很大贡献。特别是美国制冷设备生产厂商投入了大量的资源研究高性能冷水机组，使得冷水机组单位制冷量的能耗仅为20世纪70年代的62.3%。美国在空调冷源水系统方面的研究也卓有成效，在冷却水系统方面着重于降低冷却水流量，以达到减少冷却水泵能耗的目的。日本是一个资源贫困的国家，其主要能源来自进口，同时又是一个能源高消费国家。因此，节能和提高能源的利用率对日本来讲有着重要的意义。长期以来，在建筑节能方面，日本做了大量工作，颁布了许多节能法规，提出了建筑节能的评价方法。日本的一些设备生产厂家对

空调和制冷设备的投入也很大。Daikin公司首推的变频VRV系统，为中小型建筑安装集中式空调系统创造了条件；Sany公司则在直燃式冷水机组上成绩卓著。世界各国大力发展可再生能源作为空调冷热源用能。地源热泵供暖空调是一种使用可再生能源的高效节能、环保型的工程系统。在美国地源热泵系统占整个空调系统的20%左右；瑞士40%的热泵为地祸热泵，瑞典65%的热泵为地祸热泵。

1.2.2 建筑空调系统节能国内研究现状

我国是一个人均资源相对贫乏的国家，因此节能降耗有着十分重要的意义。近年来，由于国民经济的快速发展，使我国的能源显得越来越紧张。

（1）建筑空调系统节能国内研究现状概况

随着经济建设的不断深入和人们生活水平的不断提高，空调建筑物越来越多，建筑物消耗的能量也越来越大，甚至出现了空调系统与经济建设争抢电力资源的情况。因此，在建筑物节能显得十分迫切。在我国建筑总能耗中，空调系统的能耗占有相当大的比重，因此研究探讨空调系统的节能就显得十分重要。在建筑物空调系统运行能耗中，冷源系统的能耗是最大的。近年来，我国暖通空调学术界和工程界在空调冷源系统的节能方面做了大量的研究工作。研究工作主要集中在冷源系统的形式选择上，对压缩式冷水机组和吸收式冷水机组的技术经济比较研究较多，通过对众多方案的分析已经基本达成共识：吸收式冷水机组节电而不节能，对其在我国的应用应区别对待，对于有余热可以利用的地区，应大力提倡使用吸收式冷水机组，而一般建筑物则应采用蒸汽压缩式制冷。当然，在进行冷热源系统的选择时，还要考虑建筑物所在地的气象条件、电力供应状况、能源情况、空调系统有无采用余热回收的可能性等方面的问题。

（2）我国建筑空调系统节能研究有待解决的问题

通过对一些地区空调系统的调查发现，设计人员在涉及选用冷水机组时多考虑其额定工况下的全负荷性能，而对其部分负荷性能的考虑较少。在风冷式冷水机组和水冷式冷水机组的选择应用上我国制冷工程界也存在着认识上的差异。我国在冷源水系统方面的研究目前较少，一般都是按冷水机组的样本提供的冷却水量和冷冻水量进行冷却水泵和冷冻水泵的选择。对于水系统的水泵是否运行节能则关注不多。事实上，对于冷水机组的运行而言，冷凝器和蒸发器都要求定流量，因此，对于冷水机组部分负荷状态运行时，水泵的输出都是全负荷输出，水系统的全年运行能耗是相当大的。因此水系统的节能具有很大的潜力。

1.3 空调系统的设计与建筑节能

空调制冷技术的诞生是建筑技术史一项重大进步，它标志着人类从被动适应

宏观自然气候发展到主动控制建筑微气候，在改造和征服自然的过程的又迈出了坚实的一步。但是对空调的依赖也逐渐成为建筑能耗增长的最主要的原因。制冷空调系统的出现为人们创造了舒适的空调环境，但20世纪70年代的全球能源危机，使制冷空调系统这一能源消耗大户面临严重考验，节能降耗成为空调系统设计的关键环节。据统计，我国建筑能耗约占全国总能能耗的35%，空调能耗又约占建筑能耗的50%～60%左右。由此可见，暖通空调能耗占总能耗的比例可高达22.75%。因此，建筑中的空调系统节能已成为节能领域中的一个重点和热点。于是降低空调能耗也被纳于建筑节能的任务中，如何更好的利用现在的空调技术服务人类同时又能满足建筑能耗的要求，是现阶段专业技术人员的工作要点。而暖通空调设计方案的好坏直接影响着建筑环境的质量和节能状况。随着科学技术的迅速发展以及对节能和环保要求的不断提高，暖通空调领域中新的设计方案大量涌现，针对同一个设计项目，往往可以有很多不同的设计方案可供选择，设计人员要进行大量的方案比较和优选工作，设计方案技术经济性比较正在成为影响暖通空调设计质量和效率的一项重要工作。如何对暖通空调设计方案进行科学的比较和优选，是暖通空调设计人员在实际设计工作中经常遇到的一个重要技术难题。

1.4空调的发展和前景

1.4.1 变频空调的发展

变频空调是目前空调消费的流行趋势。它与一般空调比，有着高性能运转、舒适静音。节能环保、能耗低的显著特点，它的出现改善了人们的生活质量。

日本作为变频空调强国，从20世纪80年代初开始到现在，变频空调已占其空调市场的90％左右。变频空调在我国发展速度相当快，不到8年时间就达到与日本先进水平同步。进入2000年，国内个别企业将直流变频技术与PAM控制技术结合应用，使空调完全进入变频空调的最高领域。它不仅使直流变频压缩机的优越性能充分发挥，更能利用数码特点，准确提高能效，达到节能51％的目的。1.4.2 无氟空调的发展

臭氧层破坏是当前全球面临的重大的环境问题之一，由于以前空调业所采用的传统制冷剂对臭氧层有破坏作用及产生温室效应，对大气造成破坏，因而无氟空调是众所期待的产品。近年来以海尔空调为代表的无氟空调的出现，标志着无氟空调时代的来临。

1.4.3 舒适性空调的发展

健康是空调业发展的主题之一。以前的空调采用了多种健康技术，如负离子、离子集尘、多元光触媒等，这些技术的运用使空调产品的健康性能得到了极大提

升。海尔空调把负离子、离子集尘、多元光触媒、双向换新风、健康除湿等领先技术在内的高科技手段组合起来使用，发挥了巨大的威力，而未来空调进步的一个方向也就是对各种技术的灵活使用。

空调气流的舒适度是健康空调的另一个标准。传统空调的送风方式简单直吹人体，易引起伤风、感冒、头痛、关节痛等不舒适状态，因此新近推出的风可以从周围环绕，而不是对人直吹，通过改善空调送风的气流分布，令人感觉更舒适的空调——环绕立体送风、三维立体风健康空调成了热销产品也就不足为奇了。

1.4.4 一拖多

空调器的发展从一个侧面反映了我国居民居住环境的巨大变化，也为自身发展指明了方向。1993年以前，中国空调市场主要以一拖一为主，1993年海尔推出一拖二空调后，率先将空调业引入了一拖多时代。目前海尔一拖多空调产量突破了百万台足以证明其市场消费能力。海尔MRV网络变频一拖多中央空调的出现以及众多厂家的家用中央空调产品使得家庭中央空调迅速普及。

1.4.5 其它空调新技术的发展

1）HEPA酶技术

HEPA酶杀菌技术，对于0.3微米以上的粉尘吸附率可达99.9 ％，对结核菌、大肠菌等有害细菌具有高效杀菌能力，对霉菌的生长也有很强的抑制作用。

2）冷触媒技术

冷触媒这一技术采用日本专利，是一种低温低吸附的材料，根据吸附--催化原理，在常温下就能对甲醛等有害物质边吸附边分解成二氧化碳和水，这种触媒不需要再生，不需更换，使用寿命长达十年以上。

3）体感温度控制技术

智能装在遥控器上的感温元件，感知室内人们活动范围的温度，并将信息发射到主机接收器上，使主机随时调整运行状态，实现真正的体感温度控制自动化。4）人感控制技术

人感控制技术利用双红外感应器控测人的方位，自动调节送风方向（左送风、中送风、右送风或全方位送风），风随人行。

5）PTC电辅助加热技术

PTC电辅助加热技术，可在超低温条件下迅速制热，效力强劲，安全可靠，可长期使用。

总之，伴随着科技和社会的进步，节能、环保、健康、智能控制已成为空调发展的大趋势。

2 原始资料

深圳某实业有限公司办公楼，地处广东省深圳市。深圳东邻大亚弯，南临香港新界，面积2020平方公里，地势南高北底，属亚热带气候，风清宜人，降水丰富。

2.1 气象参数

深圳市室外气象参数

台站位置：北纬23?30?，东经113?80?，海拔92.2 m

大气压力：夏季100.34 Kpa，冬季101.76 Kpa

空调温度：夏季33℃，冬季6℃

相对湿度：夏季79%，冬季72%

室外计算日平均温度：31.10℃

室外平均风速：夏季2.1m/s，冬季3m/s

2.2 建筑概况及工况设定

深圳某实业有限公司办公楼由商务办公、会议、培训等功能组成的综合楼，采用风机盘管加新风系统，这各层的布局基本相同。地上六层，一层高 4.2m，二—六层高3.6m，总的建筑面积为640m2。整座大楼的餐厅、办公、会议等设半集中式的中央空调系统，并保持室内空气舒适新鲜。建筑面积为3535 m2。空调设计面积为3000 m2。

该建筑物相关资料如下：

（1）屋面

保温材料为水泥膨胀珍珠岩50mm，卷材防水层5mm，水泥沙浆20 mm，钢筋混凝土35 mm，内粉刷20 mm，通风层200 mm。

（2）外墙

外墙为厚度为240 mm的砖墙，墙外表面为水泥砂浆20 mm，墙为厚为70 mm 的石膏板保温层，白灰内粉刷20 mm。

（3）外窗

双层铝合金窗，玻璃为5mm厚的透明普通玻璃，内有白色帘（浅色）作为内遮阳，窗高1.8 m。

（4）人数

人员数的确定是根据各房间的使用功能及使用单位提出的要求确定的。

（5）照明、设备

由建筑电气专业提供，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，功率为30w/m2。设备负荷为40 w/m2。

（6）空调使用时间

办公楼空调每天使用10小时，即8：00～18：00。

（7）动力与能源资料

a. 动力：工业动力电380V－50Hz；

b. 能源：由自备空调机房供给。

2.3 初步方案

办公楼的外围护结构多为钢筋混凝土的框架结构,采用自重的轻型墙体材料作为外围护结构。初步设定此办公楼采用风机盘管加新风系统，分成两个区（南区和北区）。因为办公室是间歇性使用，白天使用，晚上关闭，人员分布较平均，同时各房间冷热负荷并不相同需要进行个别的调节，导致热湿比不同，所以全空气系统并不适合。每层设有新风机组，可以由同层的新风机组送入室内，和风机盘管一起满足室内的冷热负荷。

本系统管线不复杂，施工方便，夏季空调和冬季供暖同用一套系统，无论从经济、使用寿命，还是从美观、清洁的角度讲，该系统都很符合建筑用途的要求。二～六层办公室风机盘管加新风系统；厕所设置排风扇，保持厕所的相对负压，通过其他房间渗透补充厕所风量，再通过厕所风机排出，使厕所异味不能扩散至其他房间。正压控制的问题，为防止外部空气流入空调房间，设定保持室内5～10Pa正压，送风量大于排风量时，室内将保持正压。

方案中的冷热源初选为风冷热泵型冷热水机组，最主要的决定因素是对象的使用功能和四周环境。办公楼无生活热水的需求，因而冬季的热负荷较小，加上冬季室外环境也不太恶劣，使用热泵完全可以满足要求，没有单独设置热源的必要。

3 空调系统的负荷计算

为连续保持空调房间恒温、恒湿在某一时刻需向房间供应的冷量称为冷负荷；为维持室内相对湿度恒定需从房间去除的湿量成为湿负荷。房间冷、湿负荷也是确定空调系统送风量及各种设备容量的依据。

空调房间或区域的夏季计算得热量，应根据下列各项确定：

1．通过维护结构传入的热量；

2．透过外窗进入的太阳辐射热量；

3．人体散热量；

4．照明散热量；

5．设备、器具、管道及其他内部热源的散热量；

6．食品或物料的散热量；

7．渗透空气带入的热量；

8．伴随各种散湿过程产生的潜热量。

空调房间或者区域的夏季冷负荷，应根据各项得热量的种类性质以及空调房间或区域的蓄热特性进行分别计算。通过维护结构进入的不稳定传热量、透过外窗进入的太阳辐射热量、人体散热量以及非全天使用的设备、照明灯具的散热量等形成的冷负荷，宜按不稳定传热方法计算确定，此空调工程设计采用冷负荷系数。

空调房间或区域的夏季计算散湿量，应根据下列各项确定

1．人体散湿量；

2．渗透空气带入的湿量；

3．化学反应过程的散湿量；

4．各种潮湿表面、液面或液流的散湿量；

5．食品或气体物料的散湿量；

6．设备散湿量；

7．通过维护结构的散湿量。

确定散湿量时，应根据散湿源的种类，分别选用适宜的群集系数、负荷系数和同时使用系数，有条件时，应采用实测数值。一般民用建筑不计算上述第2项和第7项。

3.1 室内空调设计参数

在进行空调设计时，无论是舒适性空调还是工艺性空调的设计，都应以人体的舒适感为确定室内设计条件的最基本要求。此外还应考虑经济方面的因素。在具体确定室内设计参数时，应根据不同建筑及房间使用或业主的使用标准要求，在所给范围内灵活选取。查《暖通空调》[1]表2-2得办公楼室内设计参数。

表3—1 办公楼室内设计参数

冬季电教室 夏季贵宾室

3.2 冷负荷计算

3.2.1 夏季冷负荷计算依据

夏季空调冷负荷采用逐时冷负荷系数法

（1） 围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法

在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的逐时冷负荷可按下式计算：

)t (d )()(.

R c c t t AK Q -+=ττ （3-2-1）

式中 )(.τc Q ——外墙和屋面的传热引起的逐时冷负荷，W ；

A ——外墙和屋面的面积，2m ；

t d ——地方温差修正值

K ——外墙和屋面的传热系数，C m W ??2；

R t ——室内计算温度，C ?；

)(τc t ——外墙和屋面冷负荷计算温度的逐时值，C ?。

（2） 内维护结构冷负荷

当邻室为通风良好的非空调房间时，通过内墙和楼板的温差传热而产生的冷负荷可按上式计算。当邻室有一定的发热量时，通过空调房间隔墙、楼板、内窗、内门等内维护结构的温差传热而产生的冷负荷，可视作稳定传热，不随时间而变化，可按下式计算：

)t (a .)(.R m o i i c t t K A Q -?+=τ （3-2-2）

式中 i K ——内维护结构（如内墙、楼板等）的传热系数，C m

W ??2； i A ——内维护结构的面积，2m ；

m o t .——夏季空调室外计算日平均温度，C ?；

a t ?——附加温升。

（3） 外玻璃窗瞬变传热下的冷负荷

在室内外温差作用下，通过外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷可按下式计算：

)(c d )(w )(.R c w w c t t t K A Q -+=ττ （3-2-3）

式中 c w ——窗框修正系数；

)(.τc Q ——外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷，W ；

w A ——窗口面积，2m ；

w K ——外玻璃窗传热系数，C m W ??2；

)(τc t ——外玻璃窗的冷负荷温度的逐时值，C ?；

t d ——地点修正系数。

（4） 透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷的计算方法

透过玻璃窗进入室内的日射得热引起的逐时冷负荷)(.

τc Q 按下式计算：

)(.τc Q =C a A w C s D

max j C LQ （3-2-4）

式中 A w ——窗口面积，2m ；

C a ——有效面积系数 C LQ ——窗玻璃冷负荷系数，无因次。

（5） 设备散热形成的冷负荷计算

设备和用具显热形成的冷负荷按下式计算：

)(.τc Q =S Q .C LQ （3-2-5）

式中 )(.τc Q ）——设备和用具显热形成的冷负荷，W ；

S Q .

——设备和用具的实际显热散热量，W ；

C LQ ——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C LQ =1.0

电子设备：

ηη）（/11000321.-=N n n n Q s （3-2-6） 式中 N ——

电动设备的安装功率，kW

；

i K ——内围护结构的传热系数，C m W ??2；

η——电动机效率；

1n ——利用系数，是电动机最大实效功率与安装功率之比，一般可取

0.7～0.9，可用于反映安装功率的利用程度；

2n ——电动机负荷系数，定义为电动机每小时平均实耗功率与机器

设计最大 实耗功率之比，对计算机可取 1.0，一般仪表取

0.5～0.9；

3n ——同时使用系数，定义为室内电动机同时使用的安装功率与总

安装功率之比，一般取0.5～0.8。

（6）照明散热形成的冷负荷计算

当电压一定时，室内照明散热量是不随时间变化的稳定散热量，但是照明散热方式仍以对流和辐射两种方式进行散热，因此照明散热形式的冷负荷计算仍