北京市某区图书馆空调设计

随着社会的进步，社会生产力和科学技术不断发展，一方面，人类对建筑环境控制的能力已大大增强；另一方面，人类的生活日趋丰富多彩，这就要求从更高层次上能动地控制环境，以满足人们生活、工作、生产和科学实验等活动过程对室内环境不断提出的新要求。在此背景下，针对多变的内外环境因素干扰，侧重于改善建筑内部热湿环境和空气品质的暖通空调技术也逐步形成和发展起来。而设计一项节能、环保、舒适的中央空调工程是很有实际意义的。

本设计对象为北京市某区学图书馆。北京市地处北纬39°48`，东经116°28`，位于华北平原西北边缘，与天津相邻，并与天津一起被河北省环绕。北京的气候为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季炎热多雨，冬寒冷干燥，春、秋短促。年平均气温11.4摄氏度。1月温度零下7至零下4摄氏度，7月温度25至26摄氏度。极端最低零下27.4摄氏度，极端最高42摄氏度以上。全年无霜期180至200天，西部山区较短。年平均降雨量483.9毫米，为华北地区降雨最多的地区之一。降水季节分配很不均匀，全年降水的80%集中在夏季6、7、8三个月，7、8月常有暴雨。

该图书馆地势西高东低，呈坡地式，位于自然地坪绝对标高平均为15.000米的台地上。总建筑面积为114422m，藏书量为30万册，阅览座位数为1000。该馆共五层，其中三层层高为5.200米，其他层层高为4.200米。一层主要有阅览室，报告厅和活动室；二层主要有书库，阅览室。三层主要为电子阅览室和机房，四、五层以阅览室为主。图书馆的开放时间为09：00---17：00。

图书馆属于公共建筑，人流量大。这种建筑的耗电量要比传统建筑大得多，特别是空调方面的用电量，因此在空调设计中必须首先考虑到节能。另外，对室内的空气品质要求也很高，馆内必须达到舒适的空调标准，否则就很容易引起空调病。

按中心图书馆的功能设计，空调供应分为两个区域：办公区和公共区。应按需供应空调，尽量减少能源浪费。办公区域(办公室、读者服务部、准备室、休息室等)采用风机盘管机加新风的空调系统。这种设计便于管理人员按室内实际情况控制空调量大小。公共区域(报告厅、阅览室、书库、电子阅览室等)人员密度大，空间大，采用全空气系统。

图书馆是采用封闭设计，且日人均流量大，所以否则很容易引起空调病．如头痛、恶心、心神不宁、工作和学习效率低下等症状。室内舒适空调标准由四个参数来衡量：温度、湿度、空气品质及标准通风(换气)。夏天闷热漫长，而且湿度也较大，不同的人对温度、湿度要求不同。参照设计规范，图书馆室内温、湿度可设计为26℃、60％。图书人员密度大，所以需要及时补充新风。新风量按各室不同的人数进行设计，新风补充量30m3/h.p。

一个典型的空调系统应由空调冷热源、空气处理设备、空调风系统、空调水系统及自动控制和调节装置组成。根据需要，它能组成许多不同形式的系统。在工程上应考虑建筑的用途和性质、热湿负荷特点、温湿度调节和控制的要求、空调机房的面积和位置、初投资和运行维修费用等许多方面的因素，选定合理的空调系统。

空调系统可以按空气处理的设置情况分为集中系统、半集中系统、全分散系统；按承担室内负荷所用的介质种类可分为全空气系统、全水系统、空气—水系统、冷剂系统。

本设计为图书馆的空调系统，系统的选定应当综合图书馆的特点考虑。因为图书馆共五层，面积较大，对空气品质也有一定的要求。全水系统全部由水负担室内空调负荷，只能消除室内的余热和余湿，不能起到改善室内空气品质的作用，对于图书馆，不宜采用。该图书馆为白天开放，夜间关闭的间歇性使用，人员分布较均匀，同时有些房间冷热负荷并不完全相同，如办公室、读者服务部等，需要进行个别的调节。总的来说，室内参数有所不同，所以应该进行分区考虑。对阅览室这样的大空间，其冷热负荷基本相同，可以采用全空气系统。而风机盘管加新风系统可以满足对各个房间进行个别的调节，但是对于图书馆这样拥有很多藏书，要避免被水浸湿的场所，该系统不能完全适用，所以本设计采用全空气系统和风机盘管加新风系统。

对于书库，因书籍纸张既易吸收水分而膨胀发霉、长虫、变形，又易放出水分而收缩，使纸张干燥脆裂。温度忽高忽低或湿度经常波动，会使纸张变形出现浮凸现象，降低强度和弹性。因此，保持室内适宜的温湿度是延长书籍寿命的重要条件之一，通常书库内温度以保持在14～24℃，相对湿度保持在45～60％为宜。空气中含有水蒸气还会影响到书籍的胶粘，湿度大时淀粉胶就会发生潮解，牢固性降低，并引起发霉，胶浆膜层在干燥时又要变脆和破裂。为了使书籍的干湿度得当，使用轮转式除湿机调节温湿度。对于计算机房，采用恒温恒湿机，满足计算机房的温湿度要求。

负荷计算

1、室外参数

1)位置:北纬:39.8°东经:116.5°

2)夏季室外计算干球温度：33.20C（空气调节）

3)夏季室外计算日平均温度：28.60C（空气调节）

4)夏季室外计算日较差：8.80C5)夏季室外计算湿球温度：26.40C（空气调节）

2、室内设计参数

夏季室内设计温度为26℃，相对湿度为60%，冬季采暖，故空调只负责夏季制冷，只考虑供冷，承担冷负荷。

3、建筑物参数

外墙:K=1.13C)m/(w2(300mm厚陶粒混凝土空心砖砌块)

外窗、外门K=2.7C)m/(w2（铝合金单框双玻璃）

屋面:K=0.71C)m/(w2（钢筋砼楼盖60mm厚聚苯板保温层）

4、建筑物概况

该建筑第四与第五层房间功能一致，可认为负荷一样（第五层再加上屋面负荷）。

露点送风方式

采用定风量露点送风空调系统，空气经冷却处理到接近饱和状态点，不经加热送入室内。夏季工况为：送风在机房内经冷却去湿后送到室内，消除室内的冷负荷和湿负荷；一部份回风与新风相混合后经集中处理再送入房间，另一部份回风直接排到室外。该系统为设有排风机的双风机系统，可根据季节调节新、回风量之比，在春秋过渡季节可以充分利用室外空气的自然冷量，实现全新风经济运行，从而降低能耗。

风口布置

风口对气流组织有着关键断作用，根据送回风量，选择合适的风口，均匀分配，同时避免柱和梁的阻挡。最大可能的减少风量扰动对气流产生的负面效应。在工程设计中采用了以下措施：

（1）新风口应尽量靠近风机盘管的送风口，目的让新风与室内回风混合均匀。

（2）送风口尺寸放大。变风量末端在调节时产生的风速变化会使人感到不舒适，这在大风量送风口尤为明显。解决这个问题的最简单方法是加大吊顶风口的尺寸，尽可能减少出风速度，使这种风速的变化带来的影响微乎其微。一般可将送风口的额定流量调大一档。

（3）增强吊顶贴附效应。使吊顶平面保持平整，尽量使吊顶面的凸凹远离送风口。这其中主要包括灯具、水喷淋头和火灾报警探头，两者间须隔开一定的距离。

风管的选择

在风管的选择上，圆风管的强度虽大，耗钢量虽小，但占有有效空间较大，不易布置且不美观。矩形风管由于容易布置，多用于明装和管道布置复杂的地点。矩形风管中，方形风管阻力较小，耗钢量小。采用矩形风管时，宽高比应小于3为宜。风管材料应考虑适合和经济，内部光滑，易于安装，就地取材等因素。在本设计中，选用矩形风管。

风管的布置的注意事项

（1）风管道全部用镀锌钢板制作，厚度及加工方法，按《通风与空调工程施工及验收规范》的规定确定，主管和支管的断面尺寸在图中标明。

（2）设计图中所注风管的标高，以风管底为准。

（3）穿越沉降缝或变形缝处的风管两侧，以及与通风机进、出口相连处，应设置长度为200～300ｍｍ的软接；软接的接口应牢固、严密。在软连接处禁止变径。

（4）风管上的可拆卸接口，不得设置在墙体或楼板内。

（5）所有水平或垂直的风管，必须设置必要的支、吊或托架，其构造形式由安装单位在保证牢固、可靠的原则下根据现场情况选定。

（6）风管支、吊或托架应设置于保温层的外部，并在支吊托架与风管间镶以垫木，同时，应避免在法兰、测量孔、调节阀等零部件处设置支吊托架。

（7）安装调节阀、蝶阀等调节配件时，必须注意将操作手柄配置在便于操作的部位。

（8）安装防火阀和排烟阀时，应先对其外观质量和动作的灵活性与可靠性进行检验，确认合格后再行安装。

（9）防火阀的安装位置必须与设计相符，气流方向务必与阀体上标志的箭头相一致，严禁反向。

（10）防火阀必须单独配置支吊架。

水系统方案确定

该设计中管路不与大气接触，在系统最高点设置膨胀水箱，且冷热源的供冷、供热由冷水机组供给，房间不需要同时供冷、供热，故选用闭式双管系统，冷水、热水共同使用一个管路，系统简单，不需要克服静水压力、水泵压力，功率较低，初投资节省。干管的布置采用异程式，一级泵、水泵变流量系统。

在一级泵、水泵变流量水系统中，水泵通过变频或其它方法改变转速而改变流量运行，风机盘管设有电动温控阀（两同阀），可根据房间温度控制电动两通阀来开、关间断调节风机盘管的供水量，同时，冷水机组还可根据系统回水温度调节制冷量，而水泵随着冷负荷的变化而改变流量。

冷凝水设计

风机盘管机组、整体式空调器、组合式空调机组等运行过程中产生的冷凝水必需及时排走。排放冷凝水管道的设计，采用开式、非满流、自流系统。排放方式采用分区排放。一般排到区域中心卫生间的地漏中，这样排水管道较短，不易漏水。

（1）沿水流方向，水平管道应保持不小于千分之三的坡度，且不允许有积水部位。

（2）当冷凝水盘位于机组内的负压区段时，凝水盘的出水口处必须设置水封，水封的高度应比凝水盘处的负压（相当于水柱高度）大50%左右。水封的出口，应与大气相通。

（3）冷凝水管道宜采用聚氯乙烯塑料管，不必进行防结露的保温和隔气处理。

（4）冷凝水立管的顶部，应设计通向大气的透气管。

（5）设计和布置冷凝水管路时，必须认真考虑定期冲洗的可能性，并应设计安排必要的设施。

（6）确定管道的冷凝水管径。

对于本设计，由于标准层和顶层均有卫生间，无须同一回收，所以直接就近原则，将凝水排放到卫生间，或接地面漏水管。

冷水机组选择

1、台数选择

根据标准（空气调节冷负荷大于528kw时不宜少于2台），宜取制冷机组2台，而且2台机组的容量相同。

2、冷水机组选型

活塞式冷水机组的制冷量常用范围从10-700kw；离心式冷水机组制冷量较大，多用在制冷量大于600kw的场合；涡旋式冷水机组效率高，工作范围宽，户欢迎，但价格高。出于性能，经济等因素考虑，选用活塞式冷水机组。

3、冷水机组型号

根据要求的冷负荷810kw，每台机组的冷量为Q=810/2=405kw。按照标准，选用开利30HR161型活塞式冷水机组。

4、冷冻水泵的选择

选择三台（两用一备）上海太平洋泵业生产的TPW系列型号为80-160（I）的水泵

5、冷却塔的选择

冷却塔选用开放式冷却塔，且为逆流式冷却塔，特点是安装面积小，高度大，适用于高度不受限制的场合，冷却水的进水温度为32℃，出水温度为37℃，冷却塔的补给水量为冷却塔的循环水量的2%—3%。

6、冷却塔选型

选用两台型号一样的冷却塔，分别对应于两个制冷机组。根据水量和风量选用型号为BNB2-75的低噪声型逆流冷却塔。

通风设计

1、公共区域通风设计

公共区域通风设计

公共场所的全面换气量宜按消除余热或废气来计算。当有数种要求时（如同时消除余热或废气），按最大换气量设计；如具体计算有困难时，可按换气次数法估算。送、排风系统，必须符合建筑防火规范要求。

2、卫生间通风设计

公共卫生间和其他房间的卫生间应设机械排风装置，一般设置排气扇，卫生间的通风换气量按20-30m3/h。无窗卫生间必须设置排风口，排风由风管同一接出，由排风机排至风管竖井。卫生间应保持负压，防止气味外泄。对于公共卫生间才用轴流风机进行排风，且保持房间负压。

消声、保温与隔振设计

1、消声设计

本工程采用风机盘管加新风以及全空气系统。其中运用到的设备有风机盘管、新风机组和空气处理机组。对于风机盘管的噪声基本满足设计要求，不需要设置消声器，只需在风口与风机连接处设置软连接即可。对于新风机组和空气处理机组，根据其性能参数知道其噪声较大，需要设计消声器。

2、保温设计

保温材料的热工性能主要取决于其导热系数，导热系数越大，说明性能越差，保温效果也越，因此选择导热系数低的保温材料是首要原则。同时综合考虑保温材料的吸水率、使用温度范围、使用寿命、抗老化性、机械强度、防火性能、造价及经济性，可以在本设计中对供回水管及风管的保温材料均采用带有网格线铝箔帖面的防潮离心玻璃棉。

3、隔振设计

制冷机、水泵和通风机，宜固定在隔振基座上，隔振基座可以用钢筋混凝土板或型钢较高而成。中、低压离心通风机的隔振基座，宜采用型钢机构。常用的隔振材料有软木、海绵乳胶、玻璃纤维、防震橡胶、金属弹簧和空气弹簧。

管道隔振一般是通过设置软性接管和悬吊或支撑的减振器来实现。风机进出风口与管道之间用软接，目前普遍采用双层帆布或人造皮革材料制作，其合理长度L可根据风机的机号来确定水泵的进出水口处应配置橡胶软性接管。设备与管道之间配置软性接管或软接后，还要采取支撑会悬吊支架隔振装置。