《暖通空调工程设计方法与系统分析》 第六章 典型建筑物的空调设计.

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1 《暖通空调工程设计方法与系统分析》 第六章 典型建筑物的空调设计

2 第五章 典型建筑物的空调设计 第一节、高层建筑空调设计 第二节、办公建筑空调设计 第三节、旅馆建筑空调设计 第四节、大空间建筑空调设计
第五章 典型建筑物的空调设计 第一节、高层建筑空调设计 第二节、办公建筑空调设计 第三节、旅馆建筑空调设计 第四节、大空间建筑空调设计 第五节、商业建筑空调设计

3 第一节、高层建筑空调设计 一、高层建筑定义 二、空调负荷特性及计算特点 三、空调系统分区 四、空调规划及设计要点

4 一、高层建筑定义 我国《高层民用建筑设计防火规范》规定，10层及10层以上的住宅建筑(包括底层设置商业、商务网点的住宅)；或建筑高度超过24m的其他民用建筑为高层建筑。 建筑高度为建筑物室外地面到其屋顶平面或据口的高度，屋顶上的了望塔、水箱间、电梯机房、排烟机房和楼梯出口小间等不计入建筑高度和层数内。 高度超过l00m的超高层建筑防火设计应考虑以下几个问题(见相关规范）： 1. 建筑高度超过100m的旅馆、办公楼和综合楼、应设置避难层。 2. 建筑高度超过100m．且标准层建筑面积超过1000 m2的旅馆、综合楼、办公楼宜设置屋顶直升飞机停机坪或供直升飞机救助的设施。 3. 建筑高度超过100m的超高层建筑均应设自动喷水灭火系统。

5 二、空调负荷特性及计算特点 （一）、围护结构外表面放热系数的变化
在计算通过围护结构的得热量或热损失时，为确定壁体的总传热系数，需先确定表面放热系数。表面总放热系数是对流放热系数和辐射放热系数之和。 1）对流放热系数 对流放热系数与气流流速、表面粗糙程度、表面与气流间温差、气流物理性质（导热系数、动力粘度、密度、比热、热扩散系数和体积膨胀系数）等因素有关。 2）辐射放热系数 工程计算时，外围护结构的辐射放热系数可近似取4～5.8。 例如，对于100米高处的高层建筑，按上述计算，风速增大为6.45m／s，对流放热系数相应增大至30.55（按表面中等粗糙度计算）。故总放热系数达34.9左右，这比低层建筑采用的放热系数约大了50％。

6 二、空调负荷特性及计算特点 围护结构的传热系数不仅与表面放热系数有关，还与壁体本身的热阻有关。所以，保温性能越差的围护结构，风速对传热的影响越显著。故对窗面积大且装有单层普通玻璃的建筑物而言，风速增加，负荷增加较大。在实际工程计算时，可将若干层（例如6～8层）作为一竖向区域，分区对放热系数进行修正。 （二）、热压和风压引起的空气渗透 空气渗透是指由热压和风压引起的渗人室内的室外空气量。这部分空气量增加了空调冷热负荷。

7 三、空调分区 同一座高层建筑物内平面和竖向房间的负荷差别大，各房间用途、使用时间和空调设备承压能力等均不相同，为使空调系统既能保持室内要求参数，又能经济管理，就需要将系统分区。系统分区主要考虑室内设计参数、负荷特性、建筑高度、房间使用功能和使用时间等因素。 (1) 室内设计基数 一般将室内温湿度基数、洁净度和噪声等要求相同或相近的房间划为一个系统。例如，旅馆客房和其它公用房间（餐厅、舞厅、健身房等）应分别考虑空调系统。 (2) 空调精度 根据空调控制精度，将室内温、湿度允许波动范围相同或相近者划分为一个系统。 (3) 负荷特性 对大型办公楼建筑来说，周边区（由临外玻璃窗到进深5m左右）受到室外空气和日射的影响大，冬夏季空调负荷变化大；内部区由于远离外围护结构，室内负荷主要是人体、照明、设备等的发热，可能全年为冷负荷。因此，可将平面分成周边区和内部区。周边区亦可按朝向分区（平面面积大时）。

8 四、空调规划及设计要点 （一）、冷、热源设置
（1）冷热源集中在地下室，对维修、管理和噪声、振动等处理比较有利，但设备（蒸发器、冷凝器和泵等）承压大，应根据水系统高度校核设备承压能力。烟囱占建筑空间大。如有裙房、冷却塔可放在裙房屋顶上。 （2）冷热源集中布置在最高层，冷却塔和制冷机之间接管短，蒸发器、冷凝器和水泵承压小，管道节省，烟囱短且占建筑空间小。但应注意燃料供应、防火、设备搬运、消声防振等问题。 （3）热源在地下室，制冷机在顶层，它兼有前面两者的优点，但烟囱占建筑空间大。 （4）部分冷冻机在中间层，对使用功能上分低区（中区）和高区的建筑物较合适。 （5）冷热源集中在中间层，设备承受一定压力，管理方便，但中间设备层要比标准层高，噪声和振动容易上下传递，结构上应做消声防振处理。 （6）当无地下室可利用或在原有高层建筑增设空调时，可设置独立机房，其优点是利于隔声防振，但管线较长。 （7）冷热源（指风冷单冷或热泵机组）放在裙房屋顶或主楼屋顶或通风良好的设备层中（一定要保证通风良好，否则将严重影响机组出力）。

9 五、设备层 设备层是指建筑物的某层其有效面积的大部分作为空调、给排水、电气、电梯等机房设备间的楼层。避难层可兼作设备层。 设备层的布置原则：
20层以内的高层建筑，宜在上部或下部设一个设备层； 30层以内的高层建筑，宜在上部和下部设两个设备层； 30层以上的超高层建筑，宜在上、中、下分别设设备层。 设备层内空调设备、风管、水管、电线电缆等，宜由下向上顺序布置。一般可按以下原则划分： 离地≤2.0m 布置空调设备，水泵等 ＝2.5～3.0m布置冷、热水管道 ＝3.6～4.6m布置空调、通风管道 ＞4.6m 布置电线电缆

10 六、水系统、风系统设计应注意的问题 在超高层空调水系统设计、规划中，应注意以下几点：
（1）采用大温度差减少循环水量，按一般的水温（冷水5～8,热水40～45），将空调机盘管的利用温差取15左右是可能的。这样就可以减少水泵的动力和缩小配管的管径。 （2）在变流量控制设备的方法中，控制水泵转速的方式是最好的节能方式，但是，在注意成本的增大和水压的减少。 在超高层空调风系统设计、规划中，除充分考虑防火灾问题以外，应注意以下几点： （1）冬季热空气容易向上层部分移动，是下部的暖房效果变坏。这是由于烟囱效应的影响，根据需要应该对应季节对风机的静压进行调节。 （2）通过导入室外空气的空气调节阀或者建筑物低层部分各处的缝隙，容易侵入大量的室外空气，负荷比预计的要大。因此，需要选用高性能的空气调节阀。 （3）应该与排烟系统综合地进行设计和系统控制。

11 第二节、办公建筑空调设计 一、室内空调设计计算参数 二、空调负荷特性 三、空调方式 四、设计、规划上的要点及注意事项

12 第二节、办公建筑空调设计 办公楼可分为常规办公楼和现代化智能化大楼。
常规的办公楼空调属于舒适性空调。80年代开始，由于计算机技术和通讯技术的高度发展，出现了所谓“智能化大楼”的新一代办公楼。一般具备三个条件，即：（1）大楼各种功能管理实现用计算机集中监控和自动控制的BAS化；（2）办公业务的自动化，称OAS化；（3）数据交换机，卫星通讯，程控电话，图文传真，电子邮件，电视会议等的现代化通讯。CAS系统。 就办公楼使用功能来说，有自用和出租两种，有单一作办公和还包括餐饮、居住、购物、娱乐等多种功能的综合办公楼、商住楼等。 从办公楼规模来说，可分大、中、小型。

13 一、室内空调设计计算参数 表11－14所示为我国办公楼室内空调设计计算参数
办公室新风量对一般办公室：20～30m3／（h·人）；高级办公室：30～50m3／（h·人）。 现代化办公楼夏季冷负荷为常规办公楼的1.3～1.4倍。OA机器设备发热量为10～40 W／m2，甚至更大，照明负荷20～30 W／m2（3oo～8001ux），人体发热约16W／m2。

14 二、空调负荷特性 办公用建筑物的空调负荷分类如下： （1）外部负荷：日照、传热。 (2)内部负荷：人员、照明、设备发热。
(3)外气负荷：导人外气、渗透风的热处理负荷。 办公建筑物外部负荷变化较复杂。在办公用建筑物中，为了提高办公环境条件，采光面都设计的较大，受外部气象条件的影响很大，特别是在过渡季节，经常是以室内的温度为中心反复变化，经常的热取得是日照热负荷或者走在建筑物的各部位在短时期、短时间内呈现热取得和热损失的交替现象。

15 在中大规模的建筑物中，特别是超高层建筑物，由于风压和成本的关系，多采用密闭窗，在过渡季节利用外气调节室内的温湿度比较困难。另一方面，由于照明的增加和办公器具的设置等，室内发生的热量有增加的倾向，在全年需要冷却的时间有逐渐延长的趋势，另外，在过渡季节室外的气温变动较大，传热负荷、外气负荷反复在冷、暖房之间，为了把室内的温湿度状态保持一定，在这个时期，需要冷、热双热源。 当建筑物采用密闭窗时，在冬季，特别是过渡季都连续地需要冷源和热源。在过渡季和冬季必须要有冷源和热源的双热源这个问题，可以说对近来的办公用建筑物和超高层建筑物的空调设备是必要的条件.

16 三、空调方式 对于中、小型或平面形状呈长条形或房间进深较小的办公楼建筑，通常不分内区和外区，一般用低速风道系统（各层机组）或用风机盘管加新风系统的空调方式，亦可用分散式的水热源热泵或变频变冷剂流量的VRV系统（造价较高）。 大型办公楼（建筑面积超过10000m2）的周边区往往采用轻质幕墙结构，由于热容量较小，室外空气温度的变化会较快地影响室内，使室内温度昼夜波动较明显。所以，周边区空调负荷、负荷的变化幅度以及不同朝向房间的负荷差别较大；一般冬季需要供热、夏季需要供冷。内部区由于不受室外空气和日射的直接影响，室内负荷主要是人体、照明和设备发热量，全年基本上是冷负荷，且变化较小，为满足人体需要，通风量比较大。

17 四、设计、规划上的要点及注意事项 对系统和各组成设备在容量、对内外影响、对应负荷的灵活性、稳定性、自动控制、经济性、维修管理及节能等方面进行综合考虑，在设计、规划上应注意： （1）对于办公建筑空调设备的整个系统应对应负荷的变化具有较高的灵活性，应认真地进行负荷计算，分析已有条件，按照建筑物的用途、负荷性质、及其他实际情况规划空调设备。 （2）送风、排风设备及热交换器在设计中不可产生相互干扰。即不要在送、排风口的附近形成气流短路，烟囱排气不要侵入冷却塔等外部热交换器，侵入空调机造成腐蚀等。应调查室外空气的污染程度，考虑必要的空气过滤装置，应注意研究排出的废气及热量对室外环境的影响。 （3）分析全年各不同时刻冷热负荷的最大、最小、平均值，经过分析掌握各不同时刻、方位、气候的负荷变化，进行研究选定冷热源设备容量、设备台数及自动控制方式。设备的容量应考虑将来发展的要求，但应注意不应产生设备容量过大的现象。 （4）对于内部负荷密度不同的设备系统，可以采用VAV（variable air volume system)方式、局部设置小型空调机等方式。除此之外，在大规模办公建筑物中，还要考虑加班等部分使用的运行工况。

18 第三节、旅馆建筑空调设计 一、室内空调设计计算参数 二、客房空调设计要点 （一）、分区和空调方式 （二）、设计、施工注意事项

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21 二、客房空调设计要点 （1）、客房空调方式 旅馆客房空调用得最多的是风机盘管加独立新风系统。这不仅是由于层高所限，而且各房间可独立调节室内温度。风机盘管以卧式为主，也可以立式安装。

22 （2）水系统 水系统可以采用双水管或四水管制。如果空调是季节性的，一般用双水管较为经济合理，只有在窗户基本不能开启，标准高且全年要求空调的建筑物才用四水管制。为了使系统阻力平衡，使水力工况稳定，当水系统水平或垂直距离较长时，宜采用同程式，但也有采用异程式用平衡阀来平衡系统阻力的。 水系统采用定水量时，水系统可以按朝向分区或高层建筑分成高区和低区系统。水系统采用变水量时，可用二通阀控制（由室内恒温器控制）进入盘管的水量。系统多余水可从供回水集水管之间的旁通管旁通。当有二级泵时，可用水泵台数控制或调频变速水泵改变总的二次水循环量，以节约水泵耗电量。 （3）新风系统 新风可以集中由新风空调器（如屋顶机组）处理后由竖向新风道，再由水平风管分送各房间（水平支管上需装防火阀），或者由竖井集中取新风，再由各层新风空调箱处理后分送各房间。这样不破坏建筑立面，较美观。当层数不多时，亦可从侧墙百叶取新风。 （4）卫生间的排风 卫生间应有良好的排风措施，以防臭气外溢至室内，否则将会影响客房的舒适性和卫生要求。卫生间的排风量通常可按5～8h－1换气次数计算，常用的排风方式如下表所示。

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24 旅馆空调设计实例

25 旅馆空调设计实例

26 旅馆空调设计实例

27 旅馆空调设计实例

28 旅馆空调设计实例

29 旅馆空调设计实例

30 旅馆空调设计实例

31 旅馆空调设计实例

32 第四节、大空间建筑空调设计 一、体育建筑空调设计要点 （一）、体育馆空调设计要点 （二）、室内游泳馆空调设计要点
二、电影院、剧场空调设计要点 （一）、空调负荷的特点 （二）、空调方式 （三）、空调系统设计的原则

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34 一、体育建筑空调设计要点 （一）、体育馆空调设计要点 （1）室内设计参数
由于室内设计参数影响到人的舒适和健康、空调系统的投资费用、运行费用以及能源消耗，所以合理确定空调室内设计参数十分重要。对于大空间体育馆，观众人员密集，从省能角度出发，可以提高场内可感气流来放宽对室温的要求（夏季），以节约能量。同时考虑到室内外温差不宜过大。 新风量可取8～10m3/(h.人)。

35 （二）空调负荷特点 体育馆建筑观众席人员密度在1.5～2人／m2，且有较强的照明负荷，大型体育馆比赛时可达100～200W／m2，中小型体育馆在50～70W／m2之间。包括观众席在内的比赛馆整体可取40～60W／m2。故人体和照明负荷是主要的，约占70％左右，其次是新风负荷，约占20%。。采暖时的新风负荷可达70%。围护结构占的比例较小，一般以屋顶为主，屋顶传热系数应限定在l.163W／（m2·K）以下。为避免冬季沿外墙内壁下降冷气流，外墙可采用保温和用双层窗。 多功能室内体育馆的负荷比较复杂，应根据使用功能作具体分析计算，以确定各种用途的冷热负荷，并可调节空调设备的运行方式。

36 （三）空调方式和气流分布 比赛大厅的空调方式应保持一定的气流分布要求，这些要求主要有：
1）观众区应在这风气流的回流区，能形成均匀的温度场和速度场，无吹冷风感； 2）观众席上部和下部的空气温差不应太大，一般不超过2℃； 3）送风气流应满足比赛场地各种体育项目比赛的要求，例如，小球比赛时，不超过0.15～0.2rn／s，其它比赛时，不超过0.5rn／s； 4）能容易地调节风量、风速和送风方向，节省空调能耗。

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38 二、电影院、剧场空调设计 （一）、电影院、剧场空调负荷的特点
剧场观众部分与舞台部分有很大差别，观众席部分的人员密度大，约为1.8人／m2人体发热量大，故人体负荷的取值和计算应力求正确。另外，由于人多，新风负荷也随之增加（观众厅新风量占总风量的25%～30％左右；观众厅照明负荷约在10～20W／m2），电影院观众厅在放映时不开灯，故不计算照明负荷。 在估算空调负荷时，建议可按以下范围内取值：影剧院290～384W／m2，电影院256～349w／m2（以建筑面积计）；每座位空调冷负荷：影剧院244～349W／人，电影院232～290W／人。观众厅每人占地面积小于0.8m2时取上限，大于0.8m2时取下限。

39 二、电影院、剧场空调方式 观众厅的气流分布应满足以下要求： （1）送风气流均匀分布，有比较均匀的速度场和温度场；
（2）送冷风时，气流不直接吹向观众，无吹冷风感； （3）送热风时，不会造成热空气在观众厅上部停滞，而形成过大的温度梯度。 主要的送回风方式有： 1）顶送下回 是最常用的方式，送风口装在顶棚上，回风口装在观众厅的下部。送风口常用散流器、喷口型送风口、旋流送风口等。 2）侧送下回 在观众厅后部墙面或两侧上部（高度3米左右）装喷口、水平方向向前送风，后墙下部或楼座阶梯座位下回风。其特点是造价便宜，如正确的布置和计算能得到很好的送回风效果。 3）下送上回 从60年代起欧洲不少剧院和音乐厅采用下送风方式，用椅背送风（诱导式）和座椅柱脚送风等方式。

40 三、空调系统设计的原则 （1）电影院、剧场空调系统一般采用全空气低速单风道系统；
（2）为了保证场内温度的均匀性和适应上座率的变化，对大型影剧院常采用多分区方式，采用多台的空调机组或系统支路上设调温装置，以控制各区室内参数。 （3）舞台应设单独的空调系统，以适应不同舞台演出时的空气参数要求； （4）为了既能维持固定的室内正压，又能使全年新风按需要调节（如过渡季采用全新风供冷），应设双风机空调系统. （5）为排除顶棚空间内的热空气，屋顶上应设排风口或屋顶风机，排风量约可按1～3m3／（h·人）考虑； 舞台上部屋顶或侧墙上应设排烟口或机械排风风机，以排除舞台上部的热空气或舞台火灾时的部分烟气。 （6）剧院有大量新风和排风，为节约能耗，可设置转轮式全热交换器回收冷、热量。

41 大空间空调设计实例

42 大空间空调设计实例

43 大空间空调设计实例

44 大空间空调设计实例

45 第五节、商业建筑空调设计 一、空调设计计算参数 二、空调负荷 三、中央单风道系统 四、空调规划及设计要点

46 一、空调设计计算参数

47 二、空调冷负荷 商业建筑空调冷负荷由人体负荷、照明负荷、新风负荷、设备负荷及建筑负荷等组成。其中主要的是人体、照明和新风负荷。各项冷负荷的大致比例为：人体、照明占60％～70％，新风占23％～30％，围护结构仅占7‰～10％ （1）人体负荷 商店内人员密度（包扩顾客和营业员）在一天内变化悬殊，通常在上午10~11时，下午15～16时出现高峰。另外，人员密度亦随商店特色和商场层次而异。商场内在场顾客的人员组成比例为：男（成人）56％，女（成人）36％，儿童8%，群集系数为0.92。 （2）照明负荷 商业建筑照明负荷通常取30～70W／m2，地下层，第一层和标准层的商场一般取50W／m2，要求特别高的第一层可取70W／m2。一般标准的商场可取35W／m2。 （3）设备负荷 设备负荷指食品冷藏陈列拒、加工设备种万用插头及自动扶梯。万用插头可取3～5w／m2，自动扶梯可取7.5～11kW／台。 （4）新风负荷 室内新风量按国家卫生部标准：《商场（店）、书店卫生标准》（GB 9670－88）规定应取20 m3／（h·人）。 （5）建筑负荷 可取5～15w／m2，无屋顶和大面积玻璃外窗的可取低值，反之取高值。

48 (三)、中央单风道系统 1）能保证有足够的新鲜空气； 2）可集中进行空气过滤和空调箱的消声处理；

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51 四、空调规划及设计要点 1. 由于商场人员众多，设计时应考虑到一旦发生火灾，防灾措施必须可靠。严格执行有关消防设计规范，根据建筑防火分区，对高层建筑中的商场及某些四周无窗或地下离场等，应设置防排烟等系统。 2. 对地下商场中，如设置塑料、日用品、食品等易产生气味的商品柜台时，应加强通风换气装置，以排除异味。 3. 对于大型商场，由于部门很多，使用的时间也有差异，设计通风安调系统时，从系统的划分到运行管理，均应充分考虑使用时的灵活性。 4. 商场空调系统设计时，应充分考虑节约能源，有条件的单位，可设置全热交换器，以减少能量的消耗。 5. 商场室内温、湿度的考虑要汪意以三个方面： （1）顾客的舒适快感温湿度； （2）售货员长期在商场工作的温湿度要求， （3）某些商品保管上的温湿度要求

52 6. 由于某些特殊商品出售处人员非常拥挤，负荷特别大，在平面布置上应考虑设在通风良好的地方，如有可能，在通风空调系统设置时，考虑调节风口有增大风量的可能。
7. 寒冷地区商场的外门和某些商场首层与地铁出入口相通的话，由于人员频繁出入，渗入商场大门的空气异常增加，故应设置门斗、双层门、自动门等，有条件的商场，最好设置大门风幕，以抵挡室外空气进入。 8. 理想的设计除有采暖通风空调系统外，还应该在上部设置单独排除商场污浊空气的排风系统，以便在春秋季节使用。因为目前绝大多数设计有空调系统的商场，为了节电，整个系统在春秋季及冬天不使用，造成室内空气污浊，使用上部设置的排风系统，有利商场的换气。 9. 商场中由于各层的楼梯相通，有的在商场中间还设有自动扶梯，由于热空气上升的结果，使上部各层一般比干部温度要高3～4。为了使各层温度均匀，如果是一个整体空凋系统，则要通过调节各层的送凤、回风量，减少各层温度差异。如果每层设计一套空调系统（送、回风每层自成系统），则可通过自动控制，有效地控制得每层的温度比较均匀。 10. 设计空调系统时，要考虑使用全新风的可能，以解决过渡季使用室外新风来降低商场内的温度，达到节能目的。 11. 空调系统新风入口要注意加设防冻保护阀，以防冬季夜间冻坏空调器中的加热器〈或表冷器〉。设计时，将新风密闭多叶阀的启闭与风机的开停相联锁，应有当热媒温度下降到下限时能关闭风机的低温保护措施等。

53 商业建筑空调设计实例

54 商业建筑空调设计实例

55 商业建筑空调设计实例

56 商业建筑空调设计实例

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61 商业建筑空调设计实例

62 商业建筑空调设计实例

63 思考题 1.超高层建筑空调规划及设计要点? 2.办公建筑空调规划及设计要点? 3.大空间建筑空调规划及设计要点?