中央空调系统设计

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) 风管系统水力计算的方法：假定流速法、压损平均法、当量压损法、静压复得法等。在一般的风管设计计算中，较为普遍的方法是假定流速法和压损平均法。

2) 基本设计计算步骤

系统管段编号。一般从距风机最远的一段开始，由远而近顺序编号；通常以风量和风速不变的风管为同管段；局部管件(如弯头、三通、送风口、回风口等)含在管段内。

选择合理的空气流速

管道压力损失计算。压力损失计算应从最不利的环路(距风机最远点)开始。

管路压力损失平衡计算。一般的空调通风系统要求两支管的压力损失差不超过15％。

当并联支管的压力损失差超过上述规定时，可通过：①调整支管管径；②增大压力损失小的那段支管的流量；③调节阀门的开度，增大压力损失小的那段支管的压力损失等方法进行压力平衡。

风机选择。要选用低噪声风机，考虑风机消声的同时，不仅要达到室内噪声标准，而且室外进、排风处的噪声也要满足环保的要求；选择风机时，风量、风压富裕量不应过大；根据运行工况的分析，确定经济合理的台数；有条件时可采用变频风机，以减少运行费用。

风机的风量附加。风机的风量除应满足计算风量外，还应增加一定的管道漏风量，漏风附加率小于10％。在管网计算时，不考虑风管的漏风量。

风机的压力附加。风机的全压为系统管网的总压力损失，通常空调通风系统的管网总压力损失考虑l0％左右的附加值。

主要设备的设计选型

1.风机盘管机组的选型计算

2.新风空调箱的选型计算

3.组合式空气处理机组的选型计算

空调设备及管道的保冷与保温、消声与隔振

1.空调设备及管道的保冷与保温

2.空调设备及管道的消声与隔振

空调系统的节能

施工图

图纸深度要求：

1．平面图

(1) 平面图应绘出建筑轮廓、主要轴线号、轴线尺寸、室内外地面标高、房间名称。首层平面图上应绘出指北针。

(2) 采暖平面图应绘出散热器位置，注明片数或长度，采暖干管及立管位置、编号，管道的阀门、放气、泄水、固定支架、补偿器、入口装置、减压装置、疏水器、管沟及检查人孔位置。注明干管管径及标高、坡度。

(3) 通风、空调平面图应用双线绘出风管，单线绘出空调冷热水、凝结水等管道。图纸应标注风管尺寸、标高及风口尺寸(圆形风管注中管径、矩形风管注明宽×高)，还应标注水管管径及标高以及各种设备及风口安装的定位尺寸和编号，还应注明消声器、调节阀、防火阀等各种部件位置及风管、风口的气流方向。

2．大样详图

大样详图表示采暖、通风、空调、制冷系统的各种设备及零部件施工安装做法，当采用标准图集时，应注明采用的图集、通用图的图名、图号及页码。凡无现成图纸可选，且需要交待设计意图时，需绘制详图。简单的详图，可就图上引出，在该图空白处绘制。设备、管件等制作详图或安装复杂的详图应单独绘制。

3．系统图或立管图

系统图或立管图能表现出系统与空间的关系，又称为透视图。当平面图不能表示清楚时应绘制透视图，比例宜与平面图一致，按45°或30°轴测投影绘制。多层、高层建筑的集中采暖系统，可绘制采暖立管图，并应进行编号。上述图纸应注明管径、坡向、标高、散热器型号和数量等。空调的供冷、供热分支水路采用竖向输送时，也应绘制立管图，并编号，还需注明管径、坡向、标高及空调器的型号等。

4．剖面图或局部剖面图

剖面图或局部剖面图，表示风管或管道与设备连接交叉复杂的部位关系。图中应表示出风管、水管、风口、设备等与建筑梁、板、柱及地面的尺寸关系以及注明风管、风口、水管等的定位尺寸和标高、气流方向及详图索引编号。

空调、制冷机房设计：

1．平面图

(1) 通风、空调、制冷机房的平面图，应根据需要增大比例，使图面能够将设计内容表述清楚，应绘出冷水机组、新风机组、空调器、循环水泵、冷却水泵、通风机、消声器、水箱、冷却塔等通风、空调、制冷设备的轮廓位置及设备编号，注明设备和基础距离墙或轴线的尺寸，绘出连接设备的风管、水管位置及走向，注明尺寸、管径、标高。标注出机房内所有设备和各种仪表、阀门、柔性短管、过滤器等管道附件的位置。

(2) 通风、空调、制冷机房剖面图用来表达复杂管道的相对关系及竖向位置关系，绘制时应标出机房平面图的设备、设备基础、管道和附件的竖向位置、竖向尺寸和标高。图中还应标注连接设备的管道位置、尺寸、设备和附件编号以及详图索引编号等。

2．系统流程图

复杂系统的管道连接关系应绘制系统流程图表示，对于热力、制冷、空调冷热水系统及复杂的风系统也应绘制系统流程图，并在流程图上应绘制出设备、阀门、控制仪表、配件的前后关系，标注出介质流向、管径及设备编号等。流程图可不按比例绘制，但管路分支应与平面图相符。

3．控制原理图

控制原理图表明系统的控制要求和必要的控制参数，当空调、制冷系统有监测与控制时，应有控制原理图，图中以图例绘出设备、传感器及控制元件位置，说明系统的控制要求和必要的控制参数。