典型舒适性空调系统的设计

来源：职称驿站所属分类：机械论文发布时间：2012-08-13 09:34:22浏览：次

　　【摘要】城市建设飞速发展，无论是宏伟气派的高级写字楼，还是现代化工厂的管理人员办公室，人们都在追求环境的舒适。因此舒适性空调的设计将成为空调设计的一个重点。本文介绍了办公室舒适性空调的基本设计过程，明确设计过程中的几个要素。
　　【关键词】舒适性空调系统，热中性状态，温度，湿度，气流组织
　　
　　舒适性空调，在现代建筑中广泛应用着。其设计的关键点主要是三个方面：温度；湿度；气流组织。如何把这三个要素合理的定义好，并在施工结束后取得理想的结果，那就需要设计者在设计过程的准确把握，以下我将浅谈下，我是如何在实际设计工作过程中对这三个要素的合理把握。
　　
　　案例背景：某外资企业工厂部门办公室，总面积800平方米，层高3.8米，区域组成：敞开式办公区，经理办公室2个，会议室4个，培训教室1个，咖啡间兼员工休息区1个，打印室1个，维修办公室1个，卫生间1个。
　　业主需求：根据各房间的功能性要求，设置舒适性空调，同时考虑卫生间的适当降温及排风。
　　系统冷源：工厂冷冻水系统，提供7℃/12℃冷冻水。
　　系统热源：工厂锅炉房提供的饱和蒸汽，至车间使用点已降压至5Bar。我将通过设置板式换热器，获得60℃/50℃的热水。
　　
　　首先，明确舒适性空调的定义，热环境要满足舒适性要求，即使得人体的热感觉处于不冷不热的“热中性”状态。热中性是空气相对湿度为50%及风速不大于0.15m/s的热环境下的心理反应状态。按照我国的“采暖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（热中性状态参数）：
　　夏季：温度26±2℃
　　相对湿度40-65%
　　风速≯0.3m/s
　　冬季：温度20±2℃
　　相对湿度40-60%
　　风速≯0.2m/s
　　系统基本设置：考虑到维修组办公室为独立区域，且维修组办公室为三班运转，空调系统24小时开启，而其他办公室为单班8小时工作，所以将设置2台独立的室内机组分别满足2个区域的需求。
　　同时，空气环境还要求保持一定的清洁度，加大新鲜空气是解决室内空气品质的有效途径。此处我先以大房间为例，根据现场实际情况，办公室入口在车间区域，正对流水线，空气品质不是很好，所以我考虑引入30m3/h*人的新鲜空气。根据业主提供的办公人员及会议室规模及频率，人员按照100人计算，共计引入新风3000m3/h。
　　此时，需要复核室内新排风平衡。新风送风量：3000m3/h；排风：为降低卫生间环境温度，采用管道风机，将空调房间内的风送至卫生间，卫生间独立设置排风，并需要保持卫生间的负压，防止气味外渗。排风要求15次/小时，卫生间总面积30平米（男、女卫生间各一，面积相同，15m2），吊顶高度2.6米，即从办公区排至卫生间的空气量为1092m3。正压风量值为1908m3
　　空调办公区吊顶高度2.8米，空调面积674m2（扣除维修办公室66m2及其卫生间30m2,），新风循环次数为：1.01次/h，满足空调房间微正压的要求，勿需设置排风系统。
　　根据空调系统的需求，初步构造设备功能段组成（沿气流组织的正向流动定义功能段）：新回风混合段、过滤段（G4F5）、表冷段、加热段、再热段、加湿段、送风风机段（必要的空段根据厂家的设计设置）。
　　
　　接下来开始确认各段的能力，确保室内的空调需求：
　　夏季工况下，室内设计点定义26℃，50%，先确定冷负荷及室内散湿量：
　　室内冷负荷组成：1，围护结构传入室内热量形成冷负荷（包含外墙，内墙，吊顶，地板，窗户等）；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；汇总得总冷负荷结果如下：
　　围护结构冷负荷为：59.07kW
　　人体散热量：13.4kW；散湿量：2.91g/s
　　灯光照明散热：14.68kW
　　设备散热（来源电脑、打印机、复印机散热）：11.7kW
　　室内总负荷：98.85kW
　　新风负荷：35.42kW
　　由此可确定热湿比线ε=98850/2.91=33969
　　取定送风温差△t=8℃，则送风温度为26-8=18℃
　　计算送风量：G=98.85*3600/（1.2*（55.395-43.5））=24930m3/h取值25000m3/h
　　再热量：1.2*1.8*25000/3600=15kW。
　　由此，我们可确定表冷段能力为140.98kW（5%的余量）；再热量16.5kW（10%的余量）；风机段风量25000m3/h。
　　
　　冬季工况下：室内设计点定义20℃，50%，确定冬季热负荷及散湿量：
　　汇总室内热负荷结果如下：
　　围护结构热负荷为：74.2kW
　　人体散热量：13.7kW（有利热负荷，按50%计算，计+6.85kW）；散湿量：1.84g/s
　　灯光照明散热：14.68kW（有利热负荷，按50%计算，计+7.34kW）
　　设备散热（来源电脑、打印机、复印机散热）：11.7kW（有利热负荷，按50%计算，计+5.85kW）
　　室内总负荷：54.2kW
　　新风负荷：38kW
　　全年送风量不变，即送风量为25000m3/h。考虑到办公室对湿度精度要求较低，同时从节能的角度出发，加湿形式采用湿膜加湿。加湿量为：1.2*3000*(7.196-2.012)/1000=18.66kg。
　　室内点与送风点之间的焓差为：△i=6.504kj/kg。由此确定等焓线i=38.455+6.504=49.959kj/kg。等焓线与混合点登湿线的焦点为送风状态线，即送风温度约33.8℃，满足规范要求送风温度不宜超过45℃的要求。
　　由此，我们可确定加热段能力为101.42kW（10%的余量）；加湿量20.5kg（10%的余量）。
　　即AHU的基本组成及能力如下：
　　新回风混合段：新风3000m3/h
　　过滤段：G4F5
　　表冷段：140.98kW（冷冻水7℃/12℃）
　　加热段：101.42kW（热水60℃/50℃）
　　再热段：16.5kW
　　加湿段：20.5kg（湿膜加湿）
　　送风风机段：25000m3/h
　　至此，我已完成了舒适性空调系统中为确保温度、湿度的“硬件条件”—设备的设计，如何使系统能根据我们的设计自动完成系统的调整，实时满足温湿度要求呢？那么，我们还需要对系统的控制进行设定，以使得设备根据我们的设计思路实现功能。基本控制过程如下：
　　夏季：室内温湿度探头，探测室内实时温度及湿度，湿度反馈信号控制冷冻水分流三通阀的开度，保证室内的相对湿度满足舒适性要求；温度反馈信号控制再热段的开启，维持室内温度满足舒适性要求。
　　冬季：室内温湿度探头，探测室内实时温度及湿度，温度反馈信号控制热水分流三通阀的开度，保持室内的温度满足要求；湿度反馈信号控制湿膜加湿进水管电动阀的开度，满足室内的相对湿度要求。
　　
　　保持室内舒适性温度及湿度要求的关键的二点已经确定，现在需要定义室内气流组织，根据实际的装饰吊顶情况，本例空调区区内送风选择矩型散流器（带调节阀），回风采用单层回风百叶（加滤网）。为保证办公区内的允许噪音值，散流器颈部最大送风风速控制在不超出4m/s，并且校核室内平均风速，使其值满足冬季不大于0.2m/s，夏季不大于0.3m/s。
　　
　　至此，本工程设计的关键节点基本阐述完毕，当然在实际的施工中，还要严格控制工程质量，使得工程的安装满足设计和规范的要求。经实际测量，本工程的实际使用效果非常理想，完全满足业主提出的舒适性要求，受到了业主的好评。本人也通过本案例的实际操作，加深了对民用舒适性空调设计的理解。