典型建築物的空調設計

暖通南社 發佈 2024-04-30T12:58:11.403471+00:00

建築高度為建築物室外地面到其屋頂平面或據口的高度,屋頂上的瞭望塔、水箱間、電梯機房、排煙機房和樓梯出口小間等不計入建築高度和層數內。

高層建築空調設計:

我國《建築設計防火規範》規定,10層及10層以上的住宅建築(包括底層設置商業、商務網點的住宅);或建築高度超過24m的其他民用建築為高層建築。

建築高度為建築物室外地面到其屋頂平面或據口的高度,屋頂上的瞭望塔、水箱間、電梯機房、排煙機房和樓梯出口小間等不計入建築高度和層數內。

高度超過100m的超高層建築防火設計應考慮以下幾個問題(見相關規範):

1.建築高度超過100m的旅館、辦公樓和綜合樓、應設置避難層。

2.建築高度超過100m且標準層建築面積超過1000m2的旅館、綜合樓、辦公樓宜設置屋頂直升飛機停機坪或供直升飛機救助的設施。

3.建築高度超過100m的超高層建築均應設自動噴水滅火系統。

空調負荷特性及計算特點:

(一)、圍護結構外表面放熱係數的變化

在計算通過圍護結構的得熱量或熱損失時,為確定壁體的總傳熱係數,需先確定表面放熱係數。表面總放熱係數是對流放熱係數和輻射放熱係數之和。

1)對流放熱係數

對流放熱係數與氣流流速、表面粗糙程度、表面與氣流間溫差、氣流物理性質(導熱係數、動力粘度、密度、比熱、熱擴散係數和體積膨脹係數)等因素有關。

2)輻射放熱係數

工程計算時,外圍護結構的輻射放熱係數可近似取4~5.8。

例如,對於100米高處的高層建築,按上述計算,風速增大為6.45m/s,對流放熱係數相應增大至30.55(按表面中等粗糙度計算)。故總放熱係數達34.9左右,這比低層建築採用的放熱係數約大了50%。

圍護結構的傳熱係數不僅與表面放熱係數有關,還與壁體本身的熱阻有關。所以,保溫性能越差的圍護結構,風速對傳熱的影響越顯著。故對窗面積大且裝有單層普通玻璃的建築物而言,風速增加,負荷增加較大。在實際工程計算時,可將若干層(例如6~8層)作為一豎向區域,分區對放熱係數進行修正。

(二)、熱壓和風壓引起的空氣滲透

空氣滲透是指由熱壓和風壓引起的滲人室內的室外空氣量。這部分空氣量增加了空調冷熱負荷。

空調分區:

同一座高層建築物內平面和豎向房間的負荷差別大,各房間用途、使用時間和空調設備承壓能力等均不相同,為使空調系統既能保持室內要求參數,又能經濟管理,就需要將系統分區。系統分區主要考慮室內設計參數、負荷特性、建築高度、房間使用功能和使用時間等因素。

(1) 室內設計基數

一般將室內溫濕度基數、潔淨度和噪聲等要求相同或相近的房間劃為一個系統。例如,旅館客房和其它公用房間(餐廳、舞廳、健身房等)應分別考慮空調系統。

(2) 空調精度

根據空調控制精度,將室內溫、濕度允許波動範圍相同或相近者劃分為一個系統。

(3) 負荷特性

對大型辦公樓建築來說,周邊區(由臨外玻璃窗到進深5m左右)受到室外空氣和日射的影響大,冬夏季空調負荷變化大;內部區由於遠離外圍護結構,室內負荷主要是人體、照明、設備等的發熱,可能全年為冷負荷。因此,可將平面分成周邊區和內部區。周邊區亦可按朝向分區(平面面積大時)。

空調規劃及設計要點:

(一)、冷、熱源設置

(1)冷熱源集中在地下室,對維修、管理和噪聲、振動等處理比較有利,但設備(蒸發器、冷凝器和泵等)承壓大,應根據水系統高度校核設備承壓能力。煙囪占建築空間大。如有裙房、冷卻塔可放在裙房屋頂上。

(2)冷熱源集中布置在最高層,冷卻塔和制冷機之間接管短,蒸發器、冷凝器和水泵承壓小,管道節省,煙囪短且占建築空間小。但應注意燃料供應、防火、設備搬運、消聲防振等問題。

(3)熱源在地下室,制冷機在頂層,它兼有前面兩者的優點,但煙囪占建築空間大。

(4)部分冷凍機在中間層,對使用功能上分低區(中區)和高區的建築物較合適。

(5)冷熱源集中在中間層,設備承受一定壓力,管理方便,但中間設備層要比標準層高,噪聲和振動容易上下傳遞,結構上應做消聲防振處理。

(6)當無地下室可利用或在原有高層建築增設空調時,可設置獨立機房,其優點是利於隔聲防振,但管線較長。

(7)冷熱源(指風冷單冷或熱泵機組)放在裙房屋頂或主樓屋頂或通風良好的設備層中(一定要保證通風良好,否則將嚴重影響機組出力)。

設備層:

設備層是指建築物的某層其有效面積的大部分作為空調、給排水、電氣、電梯等機房設備間的樓層。避難層可兼作設備層。暖通南社

設備層的布置原則:

20層以內的高層建築,宜在上部或下部設一個設備層;

30層以內的高層建築,宜在上部和下部設兩個設備層;

30層以上的超高層建築,宜在上、中、下分別設設備層。

設備層內空調設備、風管、水管、電線電纜等,宜由下向上順序布置。一般可按以下原則劃分:

離地≤2.0m 布置空調設備,水泵等

=2.5~3.0m布置冷、熱水管道

=3.6~4.6m布置空調、通風管道

>4.6m 布置電線電纜

水系統、風系統設計應注意的問題:

在超高層空調水系統設計、規劃中,應注意以下幾點:

1)採用大溫度差減少循環水量,按一般的水溫(冷水5~8,熱水40~45),將空調機盤管的利用溫差取15左右是可能的。這樣就可以減少水泵的動力和縮小配管的管徑。

2)在變流量控制設備的方法中,控制水泵轉速的方式是最好的節能方式,但是,在注意成本的增大和水壓的減少。

在超高層空調風系統設計、規劃中,除充分考慮防火災問題以外,應注意以下幾點:

(1)冬季熱空氣容易向上層部分移動,是下部的暖房效果變壞。這是由於煙囪效應的影響,根據需要應該對應季節對風機的靜壓進行調節。

(2)通過導入室外空氣的空氣調節閥或者建築物低層部分各處的縫隙,容易侵入大量的室外空氣,負荷比預計的要大。因此,需要選用高性能的空氣調節閥。

(3)應該與排煙系統綜合地進行設計和系統控制。

辦公建築空調設計:

辦公樓可分為常規辦公樓和現代化智能化大樓。

常規的辦公樓空調屬於舒適性空調。80年代開始,由於計算機技術和通訊技術的高度發展,出現了所謂「智能化大樓」的新一代辦公樓。一般具備三個條件,即:(1)大樓各種功能管理實現用計算機集中監控和自動控制的BAS化;(2)辦公業務的自動化,稱OAS化;(3)數據交換機,衛星通訊,程控電話,圖文傳真,電子郵件,電視會議等的現代化通訊。CAS系統。

就辦公樓使用功能來說,有自用和出租兩種,有單一作辦公和還包括餐飲、居住、購物、娛樂等多種功能的綜合辦公樓、商住樓等。

從辦公樓規模來說,可分大、中、小型。

表11-14所示為我國辦公樓室內空調設計計算參數

辦公室新風量對一般辦公室:20~30m3/(h·人);高級辦公室:30~50m3/(h·人)。

現代化辦公樓夏季冷負荷為常規辦公樓的1.3~1.4倍。OA機器設備發熱量為10~40 W/m2,甚至更大,照明負荷20~30 W/m2(300~8001ux),人體發熱約16W/m2。

空調負荷特性:

辦公用建築物的空調負荷分類如下:

(1)外部負荷:日照、傳熱。

(2)內部負荷:人員、照明、設備發熱。

(3)外氣負荷:導人外氣、滲透風的熱處理負荷。

辦公建築物外部負荷變化較複雜。在辦公用建築物中,為了提高辦公環境條件,採光面都設計的較大,受外部氣象條件的影響很大,特別是在過渡季節,經常是以室內的溫度為中心反覆變化,經常的熱取得是日照熱負荷或者走在建築物的各部位在短時期、短時間內呈現熱取得和熱損失的交替現象。

在中大規模的建築物中,特別是超高層建築物,由於風壓和成本的關係,多採用密閉窗,在過渡季節利用外氣調節室內的溫濕度比較困難。另一方面,由於照明的增加和辦公器具的設置等,室內發生的熱量有增加的傾向,在全年需要冷卻的時間有逐漸延長的趨勢,另外,在過渡季節室外的氣溫變動較大,傳熱負荷、外氣負荷反覆在冷、暖房之間,為了把室內的溫濕度狀態保持一定,在這個時期,需要冷、熱雙熱源。

當建築物採用密閉窗時,在冬季,特別是過渡季都連續地需要冷源和熱源。在過渡季和冬季必須要有冷源和熱源的雙熱源這個問題,可以說對近來的辦公用建築物和超高層建築物的空調設備是必要的條件.

空調方式:

對於中、小型或平面形狀呈長條形或房間進深較小的辦公樓建築,通常不分內區和外區,一般用低速風道系統(各層機組)或用風機盤管加新風系統的空調方式,亦可用分散式的水熱源熱泵或變頻變冷劑流量的VRV系統(造價較高)。

大型辦公樓(建築面積超過10000m2)的周邊區往往採用輕質幕牆結構,由於熱容量較小,室外空氣溫度的變化會較快地影響室內,使室內溫度晝夜波動較明顯。所以,周邊區空調負荷、負荷的變化幅度以及不同朝向房間的負荷差別較大;一般冬季需要供熱、夏季需要供冷。內部區由於不受室外空氣和日射的直接影響,室內負荷主要是人體、照明和設備發熱量,全年基本上是冷負荷,且變化較小,為滿足人體需要,通風量比較大。

設計、規劃上的要點及注意事項:

對系統和各組成設備在容量、對內外影響、對應負荷的靈活性、穩定性、自動控制、經濟性、維修管理及節能等方面進行綜合考慮,在設計、規劃上應注意:

(1)對於辦公建築空調設備的整個系統應對應負荷的變化具有較高的靈活性,應認真地進行負荷計算,分析已有條件,按照建築物的用途、負荷性質、及其他實際情況規劃空調設備。

(2)送風、排風設備及熱交換器在設計中不可產生相互干擾。即不要在送、排風口的附近形成氣流短路,煙囪排氣不要侵入冷卻塔等外部熱交換器,侵入空調機造成腐蝕等。應調查室外空氣的污染程度,考慮必要的空氣過濾裝置,應注意研究排出的廢氣及熱量對室外環境的影響。

(3)分析全年各不同時刻冷熱負荷的最大、最小、平均值,經過分析掌握各不同時刻、方位、氣候的負荷變化,進行研究選定冷熱源設備容量、設備台數及自動控制方式。設備的容量應考慮將來發展的要求,但應注意不應產生設備容量過大的現象。

(4)對於內部負荷密度不同的設備系統,可以採用VAV(variable air volume system)方式、局部設置小型空調機等方式。除此之外,在大規模辦公建築物中,還要考慮加班等部分使用的運行工況。

旅館建築空調設計:

客房空調設計要點:

(1)客房空調方式:

旅館客房空調用得最多的是風機盤管加獨立新風系統。這不僅是由於層高所限,而且各房間可獨立調節室內溫度。風機盤管以臥式為主,也可以立式安裝。

(2)水系統

水系統可以採用雙水管或四水管制。如果空調是季節性的,一般用雙水管較為經濟合理,只有在窗戶基本不能開啟,標準高且全年要求空調的建築物才用四水管制。為了使系統阻力平衡,使水力工況穩定,當水系統水平或垂直距離較長時,宜採用同程式,但也有採用異程式用平衡閥來平衡系統阻力的。

水系統採用定水量時,水系統可以按朝向分區或高層建築分成高區和低區系統。水系統採用變水量時,可用二通閥控制(由室內恆溫器控制)進入盤管的水量。系統多餘水可從供回水集水管之間的旁通管旁通。當有二級泵時,可用水泵台數控制或調頻變速水泵改變總的二次水循環量,以節約水泵耗電量。

(3)新風系統

新風可以集中由新風空調器(如屋頂機組)處理後由豎向新風道,再由水平風管分送各房間(水平支管上需裝防火閥),或者由豎井集中取新風,再由各層新風空調箱處理後分送各房間。這樣不破壞建築立面,較美觀。當層數不多時,亦可從側牆百葉取新風。

(4)衛生間的排風

衛生間應有良好的排風措施,以防臭氣外溢至室內,否則將會影響客房的舒適性和衛生要求。衛生間的排風量通常可按5~8h-1換氣次數計算,常用的排風方式如下表所示。

旅館空調設計實例:

大空間建築空調設計:

新風量可取8~10m3/(h.人)。

(二)空調負荷特點

體育館建築觀眾席人員密度在1.5~2人/m2,且有較強的照明負荷,大型體育館比賽時可達100~200W/m2,中小型體育館在50~70W/m2之間。包括觀眾席在內的比賽館整體可取40~60W/m2。故人體和照明負荷是主要的,約占70%左右,其次是新風負荷,約占20%。。採暖時的新風負荷可達70%。圍護結構占的比例較小,一般以屋頂為主,屋頂傳熱係數應限定在l.163W/(m2·K)以下。為避免冬季沿外牆內壁下降冷氣流,外牆可採用保溫和用雙層窗。

多功能室內體育館的負荷比較複雜,應根據使用功能作具體分析計算,以確定各種用途的冷熱負荷,並可調節空調設備的運行方式。

(三)空調方式和氣流分布

比賽大廳的空調方式應保持一定的氣流分布要求,這些要求主要有:

1)觀眾區應在這風氣流的回流區,能形成均勻的溫度場和速度場,無吹冷風感;

2)觀眾席上部和下部的空氣溫差不應太大,一般不超過2℃;

3)送風氣流應滿足比賽場地各種體育項目比賽的要求,例如,小球比賽時,不超過0.15~0.2rn/s,其它比賽時,不超過0.5rn/s;

4)能容易地調節風量、風速和送風方向,節省空調能耗。

電影院、劇場空調設計:

(一)電影院、劇場空調負荷的特點

劇場觀眾部分與舞台部分有很大差別,觀眾席部分的人員密度大,約為1.8人/m2人體發熱量大,故人體負荷的取值和計算應力求正確。另外,由於人多,新風負荷也隨之增加(觀眾廳新風量占總風量的25%~30%左右;觀眾廳照明負荷約在10~20W/m2),電影院觀眾廳在放映時不開燈,故不計算照明負荷。

在估算空調負荷時,建議可按以下範圍內取值:影劇院290~384W/m2,電影院256~349w/m2(以建築面積計);每座位空調冷負荷:影劇院244~349W/人,電影院232~290W/人。觀眾廳每人占地面積小於0.8m2時取上限,大於0.8m2時取下限。

觀眾廳的氣流分布應滿足以下要求:

(1)送風氣流均勻分布,有比較均勻的速度場和溫度場;

(2)送冷風時,氣流不直接吹向觀眾,無吹冷風感;

(3)送熱風時,不會造成熱空氣在觀眾廳上部停滯,而形成過大的溫度梯度。

主要的送迴風方式有:

1)頂送下回

是最常用的方式,送風口裝在頂棚上,迴風口裝在觀眾廳的下部。送風口常用散流器、噴口型送風口、旋流送風口等。

2)側送下回

在觀眾廳後部牆面或兩側上部(高度3米左右)裝噴口、水平方向向前送風,後牆下部或樓座階梯座位下迴風。其特點是造價便宜,如正確的布置和計算能得到很好的送迴風效果。

3)下送上回

從60年代起歐洲不少劇院和音樂廳採用下送風方式,用椅背送風(誘導式)和座椅柱腳送風等方式。

空調系統設計的原則:

(1)電影院、劇場空調系統一般採用全空氣低速單風道系統;

(2)為了保證場內溫度的均勻性和適應上座率的變化,對大型影劇院常採用多分區方式,採用多台的空調機組或系統支路上設調溫裝置,以控制各區室內參數。

(3)舞台應設單獨的空調系統,以適應不同舞台演出時的空氣參數要求;

(4)為了既能維持固定的室內正壓,又能使全年新風按需要調節(如過渡季採用全新風供冷),應設雙風機空調系統.

(5)為排除頂棚空間內的熱空氣,屋頂上應設排風口或屋頂風機,排風量約可按1~3m3/(h·人)考慮;

舞台上部屋頂或側牆上應設排煙口或機械排風風機,以排除舞台上部的熱空氣或舞台火災時的部分煙氣。

(6)劇院有大量新風和排風,為節約能耗,可設置轉輪式全熱交換器回收冷、熱量。

商業建築空調設計:

空調設計計算參數:

空調冷負荷:

商業建築空調冷負荷由人體負荷、照明負荷、新風負荷、設備負荷及建築負荷等組成。其中主要的是人體、照明和新風負荷。各項冷負荷的大致比例為:人體、照明占60%~70%,新風占23%~30%,圍護結構僅占7‰~10%。

(1)人體負荷

商店內人員密度(包擴顧客和營業員)在一天內變化懸殊,通常在上午10~11時,下午15~16時出現高峰。另外,人員密度亦隨商店特色和商場層次而異。商場內在場顧客的人員組成比例為:男(成人)56%,女(成人)36%,兒童8%,群集係數為0.92。

(2)照明負荷

商業建築照明負荷通常取30~70W/m2,地下層,第一層和標準層的商場一般取50W/m2,要求特別高的第一層可取70W/m2。一般標準的商場可取35W/m2。

(3)設備負荷

設備負荷指食品冷藏陳列拒、加工設備種萬用插頭及自動扶梯。萬用插頭可取3~5w/m2,自動扶梯可取7.5~11kW/台。

(4)新風負荷

室內新風量取20m3/(h·人)。

(5)建築負荷

可取5~15w/m2,無屋頂和大面積玻璃外窗的可取低值,反之取高值。

中央單風道系統

1)能保證有足夠的新鮮空氣;

2)可集中進行空氣過濾和空調箱的消聲處理;

空調規劃及設計要點:

1.由於商場人員眾多,設計時應考慮到一旦發生火災,防災措施必須可靠。嚴格執行有關消防設計規範,根據建築防火分區,對高層建築中的商場及某些四周無窗或地下離場等,應設置防排煙等系統。

2.對地下商場中,如設置塑料、日用品、食品等易產生氣味的商品櫃檯時,應加強通風換氣裝置,以排除異味。

3.對於大型商場,由於部門很多,使用的時間也有差異,設計通風安調系統時,從系統的劃分到運行管理,均應充分考慮使用時的靈活性。

4.商場空調系統設計時,應充分考慮節約能源,有條件的單位,可設置全熱交換器,以減少能量的消耗。

5.商場室內溫、濕度的考慮要汪意以三個方面:

(1)顧客的舒適快感溫濕度;

(2)售貨員長期在商場工作的溫濕度要求,

(3)某些商品保管上的溫濕度要求

6. 由於某些特殊商品出售處人員非常擁擠,負荷特別大,在平面布置上應考慮設在通風良好的地方,如有可能,在通風空調系統設置時,考慮調節風口有增大風量的可能。

7. 寒冷地區商場的外門和某些商場首層與地鐵出入口相通的話,由於人員頻繁出入,滲入商場大門的空氣異常增加,故應設置門斗、雙層門、自動門等,有條件的商場,最好設置大門風幕,以抵擋室外空氣進入。

8. 理想的設計除有採暖通風空調系統外,還應該在上部設置單獨排除商場污濁空氣的排風系統,以便在春秋季節使用。因為目前絕大多數設計有空調系統的商場,為了節電,整個系統在春秋季及冬天不使用,造成室內空氣污濁,使用上部設置的排風系統,有利商場的換氣。

9. 商場中由於各層的樓梯相通,有的在商場中間還設有自動扶梯,由於熱空氣上升的結果,使上部各層一般比幹部溫度要高3~4。為了使各層溫度均勻,如果是一個整體空凋系統,則要通過調節各層的送鳳、迴風量,減少各層溫度差異。如果每層設計一套空調系統(送、迴風每層自成系統),則可通過自動控制,有效地控制得每層的溫度比較均勻。

10. 設計空調系統時,要考慮使用全新風的可能,以解決過渡季使用室外新風來降低商場內的溫度,達到節能目的。

11. 空調系統新風入口要注意加設防凍保護閥,以防冬季夜間凍壞空調器中的加熱器〈或表冷器〉。設計時,將新風密閉多葉閥的啟閉與風機的開停相聯鎖,應有當熱媒溫度下降到下限時能關閉風機的低溫保護措施等。


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