空调工程设计基础知识

一、空调负荷估算1.1 室内、外空气的空调设计参数 室内空气的空调设计参数

在我国的“采暧通风与空气调节设计规范”中规定，舒适性空调的室内设计参数为：夏季： 温度 24∽28℃ 相对湿度 40%∽65%

风速

≯ 0.3 m/s 18∽22℃ 40%∽60% ≯0.2 m/s

冬季： 温度

相对湿度 风速

2、室外空气的空调设计参数

（我国主要城市的室外空气气象参数见相关手册 ）

 主要从两个方面影响系统的设计容量：

 ①、由于室内外存在温差通过建筑围护结构的传热量

 ②、空调系统采用的新鲜空气量在状态不同于室内空气状态时，需要花一定

的能量将其处理到室内空气状态。 几个术语

⑴冬季空调室外空气计算温度：采用历年平均不保证1天的日平均温度； ⑵冬季空调室外空气计算相对湿度：采用累年最冷月平均相对湿度 ⑶夏季空调室外空气计算干球温度：采用历年平均不保证50小时的干球温度 ⑷夏季空调室外空气计算湿球温度：采用历年平均不保证50小时的湿球温度 ⑸夏季空调室外空气计算日平均温度：采用历年平均不保证5天的日平均温度 1.2 空调房间的冷负荷

 空调房间的冷负荷包括：

 ①建筑围护结构传入室内热量（太阳辐射进入的热和室内外空气温差经围护

结构传入的热量）形成的冷负荷；

 ②人体散热形成的冷负荷；  ③灯光照明散热形成的冷负荷；  ④设备散热形成的冷负荷；  ⑤食物散热形成的冷负荷；  ⑥空气渗透带入室内的冷负荷。 

以上冷负荷的计算可参见

1.3空调房间的湿负荷

 空调房间内的散湿量有人体散湿、敞开水面蒸发散湿等。  ①人体散湿量

W=0.001nn’g kg/h 式中 g_成年男子的小时散湿量 g/h n-室内总人数，n’-群集系数

 ②敞开水表面散湿量

W= ωF kg/h 式中 ω-单位水面蒸发量

1.4、建筑物空调冷、热负荷的估算 （待完善） 1.5典型城市住宅冷热指标（待完善） 二、中央空调系统选择 1、空调系统的分类

空调系统一般可按负担室内热湿负荷所用的介质分为全空气系统、全水系统、空气-水系统和制冷剂系统。按空气处理设备的集中程度可分为集中式空调系统、半集中式空调系统和分散式空调系统。按热量移动（传递）

的原理来分可分为对流方式空调和辐射方式空调，按被处理空气的来源来分可分为封闭式系统、直流式系统和混合式系统。它们之间的主要关系见表2.1， 表2.1

2、常用空调系统的比较和适用性

 分别以定风量全空气系统、风机盘管（加新风系统）和单元式空调，

作为集中式空调、半集中式空调和分散式空调为代表比较其特征和适用性见表2.2 表2.2

3、家用中央空调系统比较（待完善）

4、家用中央空调的适用范围和使用特点（待完善） 三、设备的选择 8大系列，700多个品种

1、中央空调用冷（热）水机组的分类

2、选型原则 1）主机选择

 A、一般以夏季冷负荷为选型依据，并以冬季热负荷为校核依据。  B、要考虑同期使用系数，对于住宅，客厅和卧室非同时开启，同期使用系数可取0.5~0.7，对于一个全部房间同时开启或同时关闭的房间来说，同期使用系数接近1。 C、要考虑空调系统的形式

D、要考虑当地的能源、水源状况及气象条件 E、要考虑用户的要求 F、要考虑现场的安装情况 G、要考虑初投资和运行费用

H、要考虑机组的可靠性、适用范围和使用条件 2）末端设备的选择

 A、根据空调房间计算冷负荷及风量确定末端设备

 B、对于住宅、办公等以维护结构为主的房间，应考虑间歇负荷附加，其系数一般取1.1~1.2。此外住宅还应考虑邻室无空调时温差传热所引起的负荷

 C、考虑装修的要求

D、选风机盘管时，一般按风机盘管的中档风速时的供冷量来选型号，也可按高档的供冷量的80%~85%来选择。 E、选风机盘管时，还应校核冬季负荷。

F、选风柜或组合式空调箱时，应根据空气的处理过程的计算结果（风量和冷量）进行选型。 四、风系统设计

1、全压、动压、静压、余压

 1）全压：又称风机的压头，指单位体积气体通过风机所获得的能量增量。单位为Pa,或mmH2O。

 2）动压：指单位体积气体通过风机所获得的速度增加而导致能量增量。其计算公式：

ρvH

2

2

或H1.3

2

3）静压：静压=全压-动压 注意：风机静压不是风机出口的静压，也不是风机出口与进口静压差。 4）机外余压：指空调设备出风口外的剩余压头。实质是扣除空调设备的压头损失后的余压。

5）风管的阻力靠静压来克服。 2、风管内风速的确定

 风管设计主要包括风管尺寸的确定及风管阻力损失的计算，而风速的确定与两者均有关，因此，首先应确定风速。风速的确定与初投资、系统运行费用和气流噪声有关，风速可参照下表： 风速选用表待完善 3、风管尺寸的选择  1）风道截面积的确定

当空调房间送风量为已知时，确定送风管道截面尺寸的方法有两种：假定风速法和比阻法，假定速度法比较常用，现介绍之。

首先应已知空调送风量（参照前述的方法），然后根据建筑物的空调送风系统查出风速值（假定风道中的风速，再通过下式计算出风道面积。 最后确定风道的管径（圆管直径或矩形管道的边长）。 风道截面积计算公式

F=L/（v×3600） m2 (6-2) 式中 L--风量 m3/h

例如：某空调系统送风量L=7200m3/h，空调噪声值要求60dB，现安装一主风管，试确定其风管尺寸。

假定风速，查风速表可知，空调系统主风道风速推荐值为6~9m/s，现取8m/s 。

风道面积可计算求

F=L/(v×3600)=7200/(8×3600)=0.25 m2若采用圆形

d

4F



(m)

风管，其直径可由下式计算出

AF.25500mm

中 π——圆周率 π=3.14 F——风管面积 m2 D=0.56m=560 mm若采用方形风管，其边长应为

5、风管的阻力计算（待完善） 6、保温

 空调风管和设备在下列情况下需保温：(1)不保温，冷、热损耗大，且不经济时；（2）由于冷、热损耗大，使管内介质温度达不到要求时；(3)当管道通过室内空气参数要求严格控制的房间，而且由于管道散出的冷、热量使室内参数不易达到规定值时；(4)管道冷表面可能结露时。 保温厚度：

一般空调房防凝露厚度： PEF板：10~15mm 玻璃棉：25mm 一般非空调房厚度：

PEF板：25~30mm 玻璃棉：50~60mm 6、风口、阀门 五、水系统

1、空调水系统的设计原则

 空调水系统设计应坚持的设计原则是：  ★力求水力平衡；  ★防止大流量小温差；

 ★水输送系数要符合规范要求；  ★变流量系统宜采用变频调节；  ★要处理好水系统的膨胀与排气；  ★要解决好水处理与水过滤；  要注意管网的保冷与保暖效果。

⑴、水系统设计应力求各环路的水力平衡

 a、技术要求

 空调供冷、供暖水系统的设计，应符合各个环路之间的水力平衡要求。对压差相差悬殊的高阻力环路，应设置二次循环泵。各环路应设置平衡阀或分流三通等平衡装置。如管道竖井面积允许时，应尽量采用管道竖向同程式。

（2）防止大流量小温差

 a、造成大流量小温差的原因

 ★设计水流量一般是根据最大的设计冷负荷（或热负荷）再按5℃（或

10℃）供回水温差确定的，而实际上出现最大设计冷负荷（或热负荷）的时间，即按满负荷运行的时间仅很短的时间，绝大部分时间是在部分负荷下运行。

 ★水泵扬程一般是根据最远环路 、最大阻力，再乘以一定的安全系数后确定的，然后结合上述的设计流量，查找与其一致的水泵铭牌参数而确定水泵型号，而不是根据水泵特性曲线确定水泵型号。因此，在实际水泵运行中，水泵实际工作点是在铭牌工作点的右下侧，故实际水流量要比设计水流量大20%-50%。

★在较大的水系统设计中，设计计算时常常没有对每个环路进行水力平衡校核，对于压差相差悬殊的环路，多数也不设置平衡阀等平衡装置，施工安装完毕之后又不进行任何调试，环路之间的阻力不平衡所引起的水力工况、热力工况失调象现只好靠大流量来掩盖。 a、避免大流量小温差的方法★考虑到设计时难以做到各环路之间的严格水力平衡，以及施工安装过程中存在的种种不确定因素，在各环路中应设置平衡阀等平衡装置，以确保在实际运行中，各环路之间达到较好的水力平衡。当遇到某个或几个支环路比其它环路压差相差悬殊（如阻力差100kPa以上），就应在这些环路增设二次循环泵。

⑶、水系统的膨胀、补水、排水与排气

 a、水系统的膨胀

封闭空调冷冻水系统，应在高于回水管路最高点1-2m处设膨胀水箱。膨胀水箱一般可选标准水箱(T905(一），其容积范围为0.2-4.0m3.膨胀水箱设有膨胀管、补水管、溢水管和泄水管，并应设有水位控制仪表或浮球阀。

a、水系统的补水与排水 水系统的注水与补水均应通过膨胀水箱来实现。因此，应将膨胀管单独与制冷站中的回水总管（或集水器）相接，这样在系统安装调试时的新注水或在平时运转中的补充水，均可通过膨胀水箱注水。使整个水系统的注水从位置较低的回水总管（或集水器）由低向高进行，从而将管路系统中的空气由下往上通过排气阀和膨胀水箱排除。许多工程安装为图省工省料，将膨胀水箱的膨胀管就近与较高处的回水管相接，致使系统中的空气难以排除而招致供水压力长时间不稳定。水系统的排水阀应设在系统的最低点（集水器或制冷机水管路最低点），以便检修时能将管路系统中的水全部排除。a、水系统的排气安装在每层建筑物的风机盘管、新风机组回水管路末端最高点，均应装设自动排气阀。如支环路较长而使管路转弯较多时，或某些水管为躲避消防管、新风管和装设在吊顶内的较大断面电缆等而有上下转弯时，均应在转弯的最高点设置自

动排气阀。旅馆水系统常见弊并之一就是水中带气，而气又难以排除，究其原因就是自动排气阀设置过少或设置不当所造成。

⑷、水系统的水处理与水过滤

 民用建筑空调水系统的水质处理，尚未引起一些设计人员的重视。长时间循环使用的冷冻水和冷却水往往由于重碳酸盐、细菌和藻类杂物等因素，使冷水机组中的蒸发器和冷凝器等热交换设备结垢或腐蚀,从而增大设备热阻、降低制冷量和机组寿命。

水处理：效果较好的有药物水处理法和电子水处理法。药物水处理多用于冷却水系统的水质处理，有通用型、缓蚀型和阻垢型。而电子水处理不但适用于冷却水系统，而且也可用于冷冻水（冷媒水）系统的水质处理，不同规格的电子水处理仪可安装在管径为DN12-DN300的管路上，水处理效果非常明显，目前在一些工程上已广泛应用。水过滤：在水系统中设置水过滤器滤除循环水中的粉尘纤维、砂石砖块、植物性啐屑等极为重要。常用的过滤装置有金属网、尼龙网状过滤器，Y型管道式过滤器等。在水系统运转期间过滤器要定期清结，以保证水路畅通无阻。⑸、管网的保冷与保温制冷空调管网往往由于保冷（保温）材质和厚度设计或施工不当，而造成冷（热）量损失，并在夏季可能产生大量冷凝水而影响环境。

A、空调供冷水管的经济保冷厚度 冷水管道的经济保冷厚度按国标GB50189-93的规定，不应小于下表所列数据。

3、冷凝水系统设计（待完善）

4、水泵的选择

 选择水泵所依据的流量L和压头(或扬程)P如下确定：

L1.1或1.2Lmax

 式中 —设计的最大流量，[m3/h] (7.14)

[kPa](7.15)P(1.1~1.2)Hmax

 1.1或1.2—附加系数，当水泵单台工作时取1.1；两台并联工作时取1.2。  式中 —管网最不利环路总阻力计算值，[kPa]；

 1. 1~1.2—附加系数。

一般对于供暖：管路阻力为80~200Pa/m,总管路阻力为60kPa,考虑到末端装置、阀门、除污器、换热器等局部阻力，其总阻力约为190~30kPa。 一般对于空调：对最远环路全长及为60~200m,一般按200~500Pa/m的比摩阻确定

六、噪声控制的措施

1、空调系统噪声降低应采取以下几种措施

 （1）主要考虑降低产生噪声的声源，选用空调设备时应选用振动小，噪声低的产品，如低噪声压缩机、电机、风机、水泵、空调机、风机盘管等。

 当空调系统中的风量一定时，选用风机压头安全系数不宜过大，必要时选用送风机和回风机共同负担系统的总阻力。

 （2）在设计空调风道系统时风道应尽量减少阻力，管道的局部阻力不可过大，尽量减少变阻管、弯头、三道、风阀等的个数。每个送风系统的总风量和阻力不宜过大，必要时把大风量系统分成几个小风量系统。 （3）尽量减小送风温差以减少送风量，风量减少了，风机也可能相应减小号数，噪声降低。

（4）风道内风速应尽量在合理的范围内减少，风速降低，噪声会减弱。（5）在制冷空调设备上加设防振措施，以减小噪声。

（6）在风管内或弯头处加设消声设施，如消声器、消声弯头等。 （7）在机房或空调机内增加消声材料、吸收噪声。

 8）根据风道内的风量以及流速来确定消声器的有效流通截面积。（通过室内消声器的风速不宜大于5m/s，通过消声弯头的风速不宜大于8m/s，通过其他类型的消声器风速不宜