文献综述
2.1.1研究背景及意义
近些年来，随着世界经济的迅猛发展，能源在日常生活中和国家发展中占着越来越重要的地位，人们越来越重视对能源的利用率，而根据我国能源消耗现状和发展趋势,建筑能耗在社会能源消耗总量中所占据的比例相当可观。空调能耗作为建筑能耗的主要组成部分，更应得到重视。但当前大多室内空调设计要不就是完全不重视能源的节约，要不就是在涉及到建筑节能的环节大多只关注系统设备的设计选型，对于施工安装环节,而对运维管理现状和其中存在的问题及节能潜力的发掘重视程度不足。根据孙洪鹏陈晨张广智[1]的研究，空调系统能耗作为建筑能耗的主要组成部分,占比通常可达到30%～40%，当前我国使用风机盘管加新风系统的建筑大概占47%，分体式空调和定风量空调系统，所占比例分别为17%和11%。VRV系统多数用于小型办公建筑，而VAV变风量系统则用于部分高档办公建筑或商业建筑。所占比例分别为11%和9%。而在调查中显示，高达48%的样本建筑没有明确的盘管清洗计划，45%的样本建筑没有明确的过滤器清洗计划，这不仅会使管道堵塞，更会造成资源的浪费。如果我们不能很好的减缓能源的浪费，这势必会成为影响我国经济增长和实现全面建成现代化国家的阻碍，我们应加强建筑暖通空调系统设计水平，降低建筑体能源消耗总量。
办公楼建筑在我国建筑群中占比重很大，我国高层办公楼主要有（1）主体建筑规模庞大、楼层高；（2）建筑内部系统复杂、功能交错；（3）建筑内部越往高处，竖向、横向联系的距离越短；（4）办公人员相对集中；（5）易集中在城市中心建造[2]等特点。而中小型办公楼一般为低层或多层砖混结构建筑,平面布局常采用中间走道、两边办公室的内走廊式或一边走道一边办公室的外走廊式布局。这类办公楼的平面设计主要是合理选择开间尺寸和布置门厅、楼梯。大型办公楼的结构形式多采用钢筋混凝土框架或钢结构、剪力墙、筒体结构建筑框剪结构等,以利抗风、防震。
本建筑为南京市某办公楼空调工程设计，南京地处冬暖夏凉地区，地下一层，地上九层，属于二类高层办公楼建筑，主要室内设计房间为办公室、储藏间、走道、公共卫生间、生产班间、会议室、计算机房、操作间、餐厅。建筑面积为11000m2，建筑高度为31.4米，本课程设计主要需完成1、大楼全楼防排烟工程设计；2、大楼全楼空气调节工程设计；3、全楼空调冷热源的工程设计。最终需完成并提交的毕业设计图纸不少于等量A1号图纸8张，要求图纸层次分明、表达清楚、标注完整、图题与图面内容一致，所提交图纸质量至少有5张接近工程施工图的绘图标准，并要求采用BIM技术绘制完成冷热源机房、空调机房、空调风、水平面图纸，BIM绘制完成图纸不少于5张。因楼层较高，设计师应着重关注防排烟和防火系统的设计。
2.1.2 国内外研究现状
国内外关于办公楼建筑空调设计的工程设计经验十分丰富。对于不同结构的办公楼其空调冷热源及其风系统水系统管道也有不同的形式选择与设计方案。
蒋小易[3]对上海新天地的一栋甲级办公楼做了空调通风系统的精细化设计，该建筑高135m，地上27层，总面积105710m2,地下4层，最终它采用了变风量空调系统，内外分区的方法，并对项目精细化设计，为了满足用户的个性化需求而更加合理地确定冷热源配置、空调通风末端形式、实用有效的绿色和节能措施等。郑旗[4]等人对深圳某办公楼采用变风量空调系统设计，变风量空调系统设计时需合理划分内、外空调分区，在内、外分区的基础上，还需要根据办公房间分隔，围护结构朝向及空调机房所在位置等因素综合考虑空调系统分区。这种设计方法的好处在于可以给不同房间的人们提供所需的工作环境。贺孟春[5]等人对南京市某研发办公楼暖通空调系统设计，他采取办公区、配套区与公共连廊空调系统分开设置，办公、配套部分采取空气源多联体空调系统，公共连廊采用地源多联式空调系统，这样设计可以使运行控制更加灵活。清华大学的薛志峰，与江亿[6]等人通过实测分析了酒店、办公楼、以及商场三种类型公共建筑的节能潜力，其研究认为，只要通过合理利用各种节能技术和方法,可以为公共建筑节约30%-50%的能耗。
国外亦有许多学者曾对空调系统进行研究，上世纪80年代 J S. Reiley[7]通过对美国的办公楼、商店及餐馆进行的全面测试分析,对比了不同的建筑类型的空调系统能耗，并分析了三种类型建筑的能耗特点，为公共建筑节能改造提供了数据参考。
2.2建筑结构特点
建筑各层概况如表2.1所示：
表2.1 建筑各层概况
|
楼层 |
面积 |
层高 |
功能 |
|
负一层 |
8648m2 |
3m |
储藏间、水泵房、配电室、值班室、消防水池 |
|
一层 |
2048m2 |
4.2m |
仓库、业务接待、大厅 |
|
二层 |
2048m2 |
3.4m |
操作间、业务接待、配电室 |
|
三层 |
2048m2 |
3.4m |
生产班组、会议室、计算机房、雨棚 |
|
四、六、七层 |
1256m2 |
3.4m |
生产班组、业务接待、会议室 |
|
五层 |
1256 m2 |
3.4m |
生产班组、会议室、业务接待 |
|
八、九层 |
1416 m2 |
3.4m |
办公室、储藏间、配电室 |
2.3毕业设计要求
1、开题报告的撰写；
2、外文文献的翻译；
3、根据所处地区及建筑类别选择墙体及屋面形式；
4、空调冷热负荷的计算分析；
5、空调冷热源方案的确定；
6、空调系统方案的选择；
7、系统设备选型；
8、空调系统的水力计算；
9、必要的防排烟设计；
10、建筑通风设计；
11、相应图纸的绘制；
12、设计计算说明书的撰写
本毕业设计课题要求学生独立完成的工作包括：对大楼全楼进行空调设计；具体包括空调、通风及防排烟工程的计算和工程图纸的绘制。工程图纸要求用计算机绘制并输出，完全符合建筑制图和专业制图标准，图纸量不少于A1图纸8张。其中冷热源机房、空调机房、空调水系统、风系统平面图部分采用BIM技术绘图，BIM绘制图纸量不少于5张。开题报告及外文资料翻译等要求完全符合学校的规范化要求。
3 空调冷热源方案分析
3.1空调冷热水源主要形式
（1）离心式冷水机组
离心机的制冷量可达703kW～4222kW[8、9]，其优点在于：①单机制冷量大，占地面积小；②运行可靠、维护费用低；③运行平稳、振动小、噪音低。离心式冷水机组常常用在大中型中央空调系统中。离心式冷水机组的主要缺点是：①在部分负荷运行时，可能出现“喘振”现象；②单机制冷量不宜过小。由于在低负荷下运行容易出现“喘振”，因此在应用中常常配备螺杆机组以备低负荷情况下使用。
（2）螺杆式冷水机组
螺杆式冷水机组的单机制冷量约为110kW～2326kW范围内[10、11]，其优点在于：①结构布置紧密、维修方便、运行可靠；②负荷调节范围大，可在8%～100%之间调节[8]；③低负荷工作条件下无“喘振”现象。螺杆式冷水机组常常用在中等规模的系统中。螺杆式冷水机组的主要缺点是：①单机制冷量小于离心机；②噪声高于离心机；③要求加工精度和安装精度高。
（3）溴化锂吸收式冷热水机组
溴化锂吸收式制冷的主要优点是：①以热能作为循环动力，耗电量小；②以水为制冷剂，安全环保无公害，噪声低；③有利于热源的综合利用，可以利用各种低品位的废气废热。
溴化锂吸收式制冷的主要缺点是：①密封要求高，需要维持高真空度，逸入少量空气就会导致性能大幅下降；②与电制冷冷水机组相比，溴化锂机组节电不节能[10]；③ 设备较重、占地面积较大。
（4）空气源热泵
与其他热泵相比，空气源热泵能够更方便的获取能源，有着使用成本低、易操作、采暖效果好、安全、干净等多重优势。通过将空气中的能量转化为主要动力，通过少量电能驱动压缩机运转，实现能量的转移，不需要繁琐的构件、回灌或土壤换热系统和专门的房间，能够有效地减少空气中污染物的排放，与传统取暖方式有着鲜明的对比，实现了取暖与节能环保的双重目的。
锅炉是目前常用的空调热源形式，主要可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉和电锅炉，其中燃气锅炉应用最为广泛。锅炉初投资较其他系统而言较低，技术成熟，使用寿命长，使用范围广[12、13]。
3.2冷热源系统初选
本建筑地处江苏省南京市，为典型冬冷夏热地区，为办公大楼，冷、热负荷较大，因为办公大楼，对环境平稳性要求较高，而离心式冷水机组在部分负荷运行时，可能出现“喘振”现象，故不采取此办法。溴化锂机组主要的优越性在于能够利用废气废热中的低位能源，而本项目中并没有废气废热以供利用，同时溴化锂机组的初投资和运行费用均较高，因此溴化锂机组不作为首选的冷热源方案。空气源热泵成本低、易操作，布置方便，故为备选方案之一；螺杆式冷水机组运行可靠，并且可调节负荷范围大，正适合办公楼这种人员多的建筑，可作为备选方案之一。
最终初选方案是：（1）空气源热泵（2）螺杆式冷水机组 锅炉
具体选择还需后续进行经济性分析后再做选择。
4空调风系统方案分析
4.1空调风系统的主要形式
（1）全空气系统
全空气系统[17]是指空调房间的负荷全部由经过处理的空气来负担的空调系统。该系统常常将所有的空气处理设备（包括风机、冷却器、加湿器、过滤器等）都设置在一个几种的空调机房内，在机房内将空气集中处理后送到各处，吸收余热余湿后排出，一半属于集中式系统。全空气系统适用于大空间[14]，在商业建筑的电影院、超市、餐厅等大空间场合应用广泛。
（2）全水系统
空调房间的负荷全部由水作为介质来负担[18]。由于水的比热比空气大得多，因此只需要较小的水量，从而减小了管道所占的空间。但是全水系统没有新风，不能解决房间通风换气的问题，舒适度和环境品质达不到高标准要求[14]。通常不能单独采用全水系统。
（3）空气-水系统[18]
同时使用水和空气来负担室内负荷，即有利于减小介质管道占据的建筑空间，又能为室内提供满足要求的新风，常见的形式有带新风的风机盘管系统和诱导空调系统。空气-水系统分区容易，能保持空调系统调节的灵活性，个别设备的故障不影响其他区域的使用，容易与建筑装饰相配合[14]。
4.2空调风系统初选
本办公楼需根据不同房间设置不同的送风系统，一楼营业大厅、仓库，二层餐厅和所有计算机房等用集中空调送风系统的方法，而其余各层办公室、业务接待、生产机组等小房间均采用空气-水系统，末端形式为风机盘管 新风系统，气流组织为上送上回送风口拟采用散流器或双层百叶风口，回风口拟采用单层百叶风口。
各层的走廊采用吊顶送风的方式，气流组织为上送上回，送风口预计采用散流器，回风口预计采用单层百叶风口，新风从各层走道尽头窗户引入。
4.3防火防排烟设计
根据GB50016《建筑设计防火规范》，结合建筑具体形式拟采用自然通风和机械通风连两种排烟形式，防烟系统拟采用机械加压送风系统。防烟、排烟、供暧、通风和空气调节系统中的管道及建筑内的其他管道，在穿越防火隔墙、楼板和防火墙处的孔隙应采用防火封堵材料封堵。风管穿过防火隔墙、楼板和防火墙时，穿越处风管上的防火阀、排烟防火阀两侧各2.0m范围内的风管应采用耐火风管或风管外壁应采取防火保护措施，且耐火极限不应低于该防火分隔体的耐火极限。
5空调水系统设计
5.1空调水系统主要形式
5.1.1管数[20]
表 5.1 风机盘管水系统
|
水管体制 |
特点 |
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两管制 |
一根供水管一根回水管，夏季供冷冬季供热。优点是简单投资省 |
|
三管制 |
两根供水管一根回水管，盘管入口设有三通阀，由室内温度控制供冷还是供热。冷热水共用一根回水管，存在冷热量混合损失 |
|
四管制 |
两根供水管两根回水管，冷热水系统独立 |
5.1.2开式系统、闭式系统
开式系统：系统与大气相连，水中含氧量高、设备管路以腐蚀、水泵能耗大。
闭式系统：系统不与大气相连，不易产生污垢和腐蚀，水泵能耗低。
5.1.3定流量系统、变流量系统
定流量系统[19]：系统的循环水量保持定值，负荷变化时，通过调节末端的三通阀改变进入末端的水流量进行控制。优点是简单方便，缺点是输送能耗始终为设计的最大值。
变流量系统：分集水器间设置旁通管，负荷变化时，调节末端的二通阀改变管路阻力，在压差作用下部分流量从旁通管旁通，改变了供水量。优点在于降低了输送能耗。
5.2空调水系统初选
本建筑采用一次泵变流量两管制闭式系统该系统绝大多数空调末端采用风机盘管，末端阻力较大，通过加装平衡阀的方式可以平衡各管路阻力。
6负荷计算
计算过程可参考GB50736《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》及GB50189《公共建筑节能设计标准》。
主要应用软件：CAD、revit等。
相关文献
[1]孙洪鹏,陈晨,张广智.国内大型公共建筑空调系统运行管理现状调查研究[J].建筑节能,2020,48(10):8-13.
[2]化小丹.高层办公楼建筑特点及预防措施[J].中国高新区,2018(06):199.
[3]蒋小易.办公楼项目空调通风系统的精细化设计[J].建筑科技,2020,4(03):45-49.
[4]郑旗,马永贺,夏可超.深圳某超高层办公楼变风量空调系统设计[J].建筑热能通风空调,2019,38(07):94-97.
[5]贺孟春,张建忠,陈瑾,张珺俊.某研发办公楼暖通空调系统设计[J].建筑热能通风空调,2016,35(10):99-101 76.
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[7] J.S. Reiley. Separately metered heating and airconditioning energy in commercial building ASHRAE Transactions. 1987. 93(1): 1580-1596
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办公楼建筑在我国建筑群中占比重很大，我国高层办公楼主要有（1）主体建筑规模庞大、楼层高；（2）建筑内部系统复杂、功能交错；（3）建筑内部越往高处，竖向、横向联系的距离越短；（4）办公人员相对集中；（5）易集中在城市中心建造[2]等特点。而中小型办公楼一般为低层或多层砖混结构建筑,平面布局常采用中间走道、两边办公室的内走廊式或一边走道一边办公室的外走廊式布局。这类办公楼的平面设计主要是合理选择开间尺寸和布置门厅、楼梯。大型办公楼的结构形式多采用钢筋混凝土框架或钢结构、剪力墙、筒体结构建筑框剪结构等,以利抗风、防震。
本建筑为南京市某办公楼空调工程设计，南京地处冬暖夏凉地区，地下一层，地上九层，属于二类高层办公楼建筑，主要室内设计房间为办公室、储藏间、走道、公共卫生间、生产班间、会议室、计算机房、操作间、餐厅。建筑面积为11000m2，建筑高度为31.4米，本课程设计主要需完成1、大楼全楼防排烟工程设计；2、大楼全楼空气调节工程设计；3、全楼空调冷热源的工程设计。最终需完成并提交的毕业设计图纸不少于等量A1号图纸8张，要求图纸层次分明、表达清楚、标注完整、图题与图面内容一致，所提交图纸质量至少有5张接近工程施工图的绘图标准，并要求采用BIM技术绘制完成冷热源机房、空调机房、空调风、水平面图纸，BIM绘制完成图纸不少于5张。因楼层较高，设计师应着重关注防排烟和防火系统的设计。
2.1.2 国内外研究现状
国内外关于办公楼建筑空调设计的工程设计经验十分丰富。对于不同结构的办公楼其空调冷热源及其风系统水系统管道也有不同的形式选择与设计方案。
蒋小易[3]对上海新天地的一栋甲级办公楼做了空调通风系统的精细化设计，该建筑高135m，地上27层，总面积105710m2,地下4层，最终它采用了变风量空调系统，内外分区的方法，并对项目精细化设计，为了满足用户的个性化需求而更加合理地确定冷热源配置、空调通风末端形式、实用有效的绿色和节能措施等。郑旗[4]等人对深圳某办公楼采用变风量空调系统设计，变风量空调系统设计时需合理划分内、外空调分区，在内、外分区的基础上，还需要根据办公房间分隔，围护结构朝向及空调机房所在位置等因素综合考虑空调系统分区。这种设计方法的好处在于可以给不同房间的人们提供所需的工作环境。贺孟春[5]等人对南京市某研发办公楼暖通空调系统设计，他采取办公区、配套区与公共连廊空调系统分开设置，办公、配套部分采取空气源多联体空调系统，公共连廊采用地源多联式空调系统，这样设计可以使运行控制更加灵活。清华大学的薛志峰，与江亿[6]等人通过实测分析了酒店、办公楼、以及商场三种类型公共建筑的节能潜力，其研究认为，只要通过合理利用各种节能技术和方法,可以为公共建筑节约30%-50%的能耗。
国外亦有许多学者曾对空调系统进行研究，上世纪80年代 J S. Reiley[7]通过对美国的办公楼、商店及餐馆进行的全面测试分析,对比了不同的建筑类型的空调系统能耗，并分析了三种类型建筑的能耗特点，为公共建筑节能改造提供了数据参考。
2.2建筑结构特点
建筑各层概况如表2.1所示：
表2.1 建筑各层概况
