暖通空调设计分析与应用实例

本书以建筑环境控制基础理论与暖通空调工程实际设计应用紧密结合为特点，融入作者十多年暖通空调工程设计及二十多年教学、科研经验与体会，较为系统和全面地介绍了暖通空调工程设计规范、设计方法与设计步骤、舒适性空调与工艺性空调工程设计内容及案例。
本书图文并茂、深入浅出，主要内容涵盖：暖通空调基础知识与规划设计；暖通空调设计方法；舒适性及工艺性空调（包括综合办公建筑空调；商业建筑空调；住宅及旅馆建筑空调；高层及超高层建筑空调；医疗建筑空调；交通、体育、娱乐及大空间建筑空调；工业建筑空调及地下建筑空调）等设计。此外，还对环境空气品质控制、建筑设备节能途径、VRV空调技术、冰蓄冷技术、空气源热泵、地下水源热泵、地表水源热泵、土壤源热泵、水环热泵技术及CFD模拟技术在建筑设备与环境中的应用等进行了系统阐述，结合具体工程实例，贴近工程实际，对暖通空调工程技术人员在工程设计、施工、运行管理等方面具有一定的指导作用。
本书可供暖通空调行业设计人员、技术人员和管理人员参考，也可作为高校建筑环境与能源应用工程及相关专业毕业设计的教学参考书或行业培训教材。

暖通空调系统(HVAC)被广泛应用在各种建筑物中，为人们的舒适生活提供了必要保障。同时，我国能源需求量随着国民经济的发展在迅速增加，而暖通空调的运行能耗占据了居民生活用电和工业能耗很大的比例。因此，暖通空调节能及建筑设备优化设计的重要性越来越受到社会各方面的关注。
暖通空调系统设计是一门将知识与技能、理论与实践相结合的综合性学科。为了使读者尽快掌握暖通空调系统设计内容以及民用与工业建筑空调的实际应用，了解和掌握与暖通系统设计相关的本质规律和基本法则，胜任工程设计工作，本书将建筑环境中“四度控制”(温度、湿度、洁净度和气流速度)理论知识与实际设计紧密结合，以介绍暖通空调设计方法、室内环境舒适与健康、热泵节能和CFD模拟分析为主线，融入作者多年暖通空调工程设计及教学、科研经验与体会。本书在强化基础知识的同时，力图强化设计技能培养，反映新技术、新理论、新规范等，结合大量工程实例，系统介绍了暖通空调工程设计规范、设计方法与设计步骤、舒适性空调与工艺性空调工程设计等，主要特点如下。
（1）为使知识体系全面、完整，本书第1章将工程热力学、流体力学、传热学与传质学基本概念及理论，以及流体重要物性参数、流动传热传质无量纲（无因次）准则数、围护结构热工特性参数计算、暖通空调名词术语解释等基本知识，采用表格的形式简明扼要地列出；同时，简要介绍了建筑冷热负荷、管网水力平衡及设备选择三大理论计算方法，将设计常用计算公式以附表形式给出，以便读者学习及掌握。
（2）本书第2章~第4章以文字、示例及流程图的形式详细地介绍了室内供暖系统、室外管网及锅炉房、换热站设计方法及步骤，还介绍了通风系统、除尘系统、净化系统、防排烟系统和空调系统设计方法及步骤，以强化暖通空调设计技能培养与提高。
（3）为适应工程应用的需要，本书第5章~第12章依次介绍了综合办公建筑、商业建筑、住宅及宾馆建筑、高层及超高层建筑，以及医疗建筑和交通、体育、娱乐及大空间等典型民用建筑空调设计，工业建筑及地下空间建筑空调的特点、设计要点和施工注意事项，以期为各种类型建筑空调设计提供必要的设计资料和经验；同时，以工程应用实例的形式强化对知识的理解和应用，构建理论学习与技能实践的桥梁。
（4）为适应以人为本的设计理念，本书第13章介绍了空调舒适与人体健康关系及环境空气品质控制等内容，并以附表形式提供了模拟人体表面温度、热舒适性评价指标PMV-PPD及室内空气环境评价指标（空气龄）、吹风感DR等CFD模拟核心技术——UDF程序，以使读者更多地掌握及应用CFD技术对建筑环境及设备进行设计分析和运行效果评估。
（5）为适应建筑节能减排的需求，本书第14章介绍了建筑设备节能途径、变频多联机VRV（变制冷剂流量）、冰蓄冷、空气源热泵、地源热泵及水源热泵等新技术、新规范的设计要求、设计方法和步骤。
（6） 近年来，CFD对流体的解析分析技术已逐渐成为暖通空调设计效果分析与评价强有力的设计辅助工具。因此，本书第15章主要介绍：CFD在建筑内气流组织和热湿环境分析中的应用；CFD在建筑与绿色植物的热环境与风环境分析中的应用；CFD在建筑空调及除尘设备内传热传质分析中的应用与CFD在新型通风方式及人体热舒适状况分析中的应用等。此外，还介绍了会议室和轿车空调热舒适模拟案例分析方法及步骤。
总之，本书力图以图文并茂的形式，深入浅出地全面阐述暖通空调基础知识与规划及设计方法、舒适性、工艺性和地下建筑空调设计，舒适与健康控制、建筑设备节能、VRV、冰蓄冷、热泵及CFD技术应用。在编写时，力求使本书成为一部暖通空调设计方面实用且简明的工具书，对暖通空调工程技术人员在工程设计、施工、运行管理等方面具有指导和帮助作用。需要说明的是：为了简洁起见，除了特别注明外，本书施工图、设备图等所用单位均为mm(毫米）。另外，还要特别感谢江阳高级工程师提供的案例。在本书编写过程中，还参阅了国内外相关资料并得到了许多暖通行业的前辈和专家们的支持和帮助，为本书的编写提供了大量工程实例和资料，由于篇幅所限，这里不一一列举。在此谨向本书参考文献的作者致以衷心的感谢和敬意。
限于作者的水平和时间，书中难免存在疏漏和不妥之处，谨此恳请读者指正并敬请有关专家提出宝贵意见和建议，作者将不胜感激。

编著者
2024年4月

第1章暖通空调理论计算与规划设计
1.1基本物理概念与理论计算001
1.1.1工程热力学基本概念及理论001
1.1.2流体力学基本概念及理论005
1.1.3传热与传质基本概念及理论006
1.1.4流体重要物性参数010
1.1.5流体力学基本控制方程010
1.1.6流动传热传质无量纲准则数011
1.1.7围护结构热工特性参数计算013
1.2暖通空调名词术语及设计常用资料014
1.2.1专业名词解释014
1.2.2专业术语解释015
1.2.3湿空气焓湿图017
1.2.4常用设计参数及技术资料019
1.3暖通空调负荷计算027
1.3.1室内热负荷计算027
1.3.2室内冷负荷计算028
1.3.3室内湿负荷计算030
1.3.4除热除湿所需送风量计算030
1.3.5空调送风量的确定031
1.4暖通空调水力及气流组织计算034
1.4.1室内热水管网水力计算理论与方法034
1.4.2室内冷水管网水力计算理论与方法036
1.4.3室外热力管网水力计算理论与方法038
1.4.4风管水力计算理论与方法041
1.4.5室内气流组织计算理论与方法043
1.5暖通空调主要换热设备选择及计算052
1.5.1空气表面冷却器选择及校核计算052
1.5.2空气表面加热器选择及校核计算052
1.5.3散热器的选择及计算054
1.5.4换热器的选择及计算056
1.6暖通空调规划和设计流程056
1.6.1暖通空调规划方法056
1.6.2规划和设计的程序060
1.6.3暖通空调设计方法及流程061

第2章供暖工程设计
2.1供暖系统的选择与分析064
2.1.1供暖系统的组成064
2.1.2供暖系统的形式及分类064
2.2供暖方式066
2.2.1辐射供暖067
2.2.2热风供暖068
2.2.3散热器供暖069
2.3室内供暖系统的设计方法072
2.3.1室内供暖设计主要步骤072
2.3.2室内供暖系统设计要点及注意事项081
2.4室外供热管网的设计方法082
2.4.1室外供热管网的设计内容082
2.4.2集中供热系统热负荷的概算和特征085
2.4.3室外供热管网的设计步骤086
2.4.4室外供热管网设计要点及注意事项091
2.5区域锅炉房的设计方法092
2.5.1区域锅炉房设计所需的原始资料094
2.5.2锅炉房设计方法及步骤095
2.5.3热交换站设计要点101
2.6供暖工程设计案例103
2.6.1太原某办公楼供暖系统设计103
2.6.2烟台某住宅分户散热器供暖系统设计104
2.6.3烟台某居民小区热水供暖管网设计115
2.6.4燃油锅炉房设计116

第3章通风工程设计
3.1通风系统设计125
3.1.1通风方式及系统简介125
3.1.2通风系统的选择127
3.1.3通风系统的设计步骤与方法129
3.1.4通风系统设计注意事项131
3.2除尘系统设计131
3.2.1除尘系统组成131
3.2.2除尘器的选择132
3.2.3除尘系统的设计方法133
3.2.4除尘系统设计要点136
3.3净化系统设计139
3.3.1空气净化系统组成及分类139
3.3.2空气净化机理及净化装置140
3.3.3室内外粉尘源及发尘量142
3.3.4空气过滤器的选择及计算143
3.3.5空气净化系统设计内容及步骤144
3.4防排烟系统设计144
3.4.1防火及防排烟基本知识145
3.4.2防烟设计的基本原则和具体的防烟措施147
3.4.3机械加压送风防烟系统147
3.4.4机械排烟系统148
3.4.5防排烟系统的设计内容及步骤150
3.4.6防排烟设计注意事项151
3.4.7通风与空气调节系统防火防爆设计要点152
3.5通风工程设计实例152
3.5.1锅炉房通风设计152
3.5.2移动式卸料机除尘系统设计153
3.5.3上海某金融中心防排烟设计156

第4章空调工程设计
4.1空调规划与设计162
4.1.1空调系统组成及分类162
4.1.2空调系统的选择164
4.1.3空调系统设计内容及步骤166
4.1.4空调系统设计分析与工作总结169
4.1.5空调系统设计常见问题分析与设计注意事项171
4.2空气处理过程及选择173
4.2.1空气处理方式与设备173
4.2.2空气处理的各种途径173
4.3空调风系统设计176
4.3.1风管的分类与规格176
4.3.2风管的布置177
4.3.3空调风系统管路的阻力计算177
4.3.4空调风系统风机的选择方法及步骤178
4.3.5空调风系统设计的要点179
4.4空调水系统的设计179
4.4.1空调水系统的组成及形式179
4.4.2空调水系统的划分与设计原则181
4.4.3空调冷水系统的承压与定压182
4.4.4一次泵水系统中泵的设计及选择184
4.4.5二次泵水系统中泵的设计及选择188
4.4.6空调冷冻水系统压差调节阀的选择计算190
4.4.7冷水循环水泵的选择191
4.4.8空调冷凝水系统设计192
4.5空调冷却水系统设计193
4.5.1空调冷却水系统的形式193
4.5.2冷却水系统设计194
4.5.3冷却塔的分类及选择195
4.5.4冷却水泵的选择195
4.5.5冷却水系统设计注意事项196
4.6空调热水系统设计197
4.6.1空调热水系统的形式197
4.6.2空调热水系统设计内容及步骤200
4.7空调冷热源设备机房的设计200
4.7.1空调冷热源的分类及特征201
4.7.2空调冷热源的选择与评价202
4.7.3空调冷热源的选型原则及常用组合方式202
4.7.4空调冷热源机房布置及设计方法203
4.8空调工程设计实例204
4.8.1上海某金融中心空调设计204
4.8.2上海某商业广场空调设计209

第5章综合办公建筑空调设计
5.1综合办公建筑的构成及特点234
5.1.1综合建筑的分类234
5.1.2办公建筑的构成235
5.1.3办公建筑的特点236
5.2综合办公建筑的负荷特性及设计标准237
5.2.1综合办公建筑的负荷特性237
5.2.2综合办公建筑空调负荷估算指标237
5.3综合办公建筑空调方式及特点238
5.3.1综合办公建筑空调方式238
5.3.2设备组成要素和设备特点240
5.4综合办公建筑规划与设计要点及注意事项242
5.4.1规划与设计要点242
5.4.2规划与设计注意事项243
5.5综合办公建筑空调设计实例243
5.5.1安徽省某大厦空调设计243
5.5.2上海某办公楼建筑空调设计249

第6章商业建筑空调设计
6.1商业建筑的分类及构成254
6.1.1商业建筑的分类254
6.1.2商业建筑的构成254
6.2商业建筑的特点及负荷特性255
6.2.1商业建筑的特点255
6.2.2商业建筑的负荷特性256
6.2.3商业建筑空调设计标准257
6.2.4商业建筑空调负荷估算指标258
6.3商业建筑暖通空调方式及特点258
6.3.1集中空调方式258
6.3.2局部空调方式262
6.3.3商业建筑暖通空调的特点263
6.3.4商业建筑空调设备的选择264
6.3.5商业建筑空调的气流分布264
6.4商业建筑的规划与设计及注意事项265
6.4.1商业建筑的规划与设计265
6.4.2商场空调系统设计要点及注意事项266
6.5商业建筑空调设计实例267
6.5.1上海某商业广场空调设计267
6.5.2北京某商业广场空调设计269

第7章住宅及宾馆建筑空调设计
7.1住宅及宾馆建筑的功能及负荷特性286
7.1.1住宅建筑的功能及负荷特性286
7.1.2宾馆建筑的功能及负荷特性287
7.2住宅及宾馆建筑空调规划与设计291
7.2.1住宅建筑空调规划与设计291
7.2.2宾馆建筑空调规划与设计292
7.3住宅及宾馆建筑空调设备构成要素及装置的要点298
7.3.1住宅建筑空调设备构成要素及装置的要点298
7.3.2宾馆建筑空调设备构成要素及装置的要点300
7.4住宅及宾馆建筑空调设计和施工要点及注意事项304
7.4.1住宅建筑空调设计和施工要点及注意事项304
7.4.2宾馆建筑空调设计和施工要点及注意事项305
7.5住宅及宾馆建筑空调设计实例306

第8章高层及超高层建筑空调设计
8.1高层及超高层建筑的功能和特点314
8.1.1高层及超高层建筑的功能314
8.1.2高层及超高层建筑的特点315
8.2高层及超高层建筑空调方式及特点316
8.2.1高层建筑空调方式316
8.2.2高层建筑空调的特点319
8.2.3超高层建筑空调的特点320
8.3高层及超高层建筑空调规划与设计321
8.3.1空调设备室的位置和空气分布特性321
8.3.2热源装置的布置321
8.3.3高层及超高层建筑空调设计要点及注意事项322
8.4高层及超高层建筑空调设计实例323

第9章医疗建筑空调设计
9.1医疗建筑的功能及空调特性328
9.1.1医疗建筑的功能328
9.1.2医疗建筑空调的特性329
9.2医疗建筑空调的负荷特性与空调规划及设计329
9.2.1医疗建筑空调的负荷特性329
9.2.2医疗建筑空调方式及特点330
9.2.3医疗建筑空调规划和设计332
9.2.4医疗建筑空调规划和设计要点333
9.3医疗建筑空调设计原则及施工注意事项337
9.3.1医疗建筑空调设计原则337
9.3.2医疗建筑空调施工注意事项338
9.4医疗建筑空调设计实例338

第10章交通、体育和娱乐及大空间建筑空调设计
10.1火车站等交通设施建筑空调规划与设计352
10.1.1火车站等交通设施建筑的功能及构成352
10.1.2火车站等交通设施建筑的负荷特性353
10.1.3火车站等交通设施建筑的空调范围及方式353
10.2体育建筑空调规划与设计354
10.2.1体育建筑的功能及特点354
10.2.2体育建筑的负荷特性355
10.2.3体育建筑空调系统划分及气流组织设计原则356
10.2.4体育建筑空调方式的选择及空调设计要点358
10.2.5体育建筑比赛大厅的送风方式358
10.2.6室内游泳馆的送风方式360
10.2.7体育馆建筑空调特点361
10.2.8体育建筑空调系统设计应注意的问题361
10.3影剧院建筑空调规划与设计363
10.3.1影剧院建筑的功能与构成363
10.3.2影剧院负荷特性及空调设计标准364
10.3.3影剧院空调方式及特点366
10.3.4影剧院空调冷源367
10.3.5影剧院空调设计原则368
10.4图书馆、美术馆、博物馆等大空间建筑空调规划与设计369
10.4.1图书馆、美术馆、博物馆等大空间建筑的功能与构成369
10.4.2大空间建筑空调规划与设计369
10.4.3大空间建筑空调设计原则370
10.4.4大空间建筑空调设计难点371
10.5交通、体育和娱乐及大空间建筑空调设计实例371

第11章工业建筑空调设计
11.1工业建筑空调设计378
11.1.1用于原料和产品要求的空调（生产过程空调）378
11.1.2用于工作人员的空调（作业空调）379
11.2工艺性空调的规划与设计379
11.2.1工艺性空调规划设计中的调查工作379
11.2.2工艺性空调系统设计要点379
11.2.3各种工厂空调规划与设计380
11.3净化空调384
11.3.1洁净厂房的设计特点384
11.3.2净化空调温湿度设计计算参数与设计标准385
11.3.3净化空调的气流组织形式387
11.4净化空调气流组织形式选择及设计要点389
11.4.1净化空调气流组织形式选择389
11.4.2乱流式洁净室气流组织的设计要点390
11.5洁净空调系统的设计原则390
11.5.1洁净空调系统设计总原则390
11.5.2洁净室的正压原则391
11.5.3洁净室排风设计原则392
11.5.4洁净室噪声设计原则392
11.5.5洁净室供暖设计原则393
11.5.6净化空调设计计算的一般步骤393
11.6工业建筑空调设计实例393
11.6.1深圳某工厂厂房空调设计393
11.6.2上海某有限公司厂房空调设计395
11.6.3北京某洁净厂房净化空调改造工程设计396

第12章地下建筑空调设计
12.1城市地下空间的类型及特点406
12.1.1城市地下空间的类型406
12.1.2城市地下空间的特点407
12.2地下建筑的空调负荷特性及设计要点408
12.2.1地下建筑的空调系统冷热负荷特性408
12.2.2地下建筑的空调设计要点409
12.3地铁站空调规划与设计409
12.3.1地铁车站的选型与车站组成409
12.3.2地铁站通风和环境控制系统411
12.3.3地铁站建筑的负荷特性415
12.3.4地铁站建筑的防排烟系统415
12.3.5地铁站建筑的空调换气方式416
12.3.6地铁站建筑的空调规划及设计要点419
12.4地下建筑空调设计实例与烟气流动特性模拟420

第13章舒适与健康——环境空气品质控制
13.1热舒适条件与预测424
13.1.1人体与环境热交换及热调节424
13.1.2热舒适预测429
13.1.3环境舒适性指标433
13.2室内环境健康与 IAQ评价434
13.2.1室内环境健康434
13.2.2室内空气品质IAQ评价436
13.3湿度控制及设备438
13.3.1湿度控制438
13.3.2湿度控制设备439
13.4空气中常见污染物与控制方法442
13.4.1空气中常见污染物442
13.4.2城市空气质量444
13.4.3室内污染物控制方法445

第14章建筑节能及热泵技术的应用
14.1建筑节能途径与分析448
14.1.1建筑节能方法448
14.1.2暖通空调节能措施449
14.2空调蓄冷技术应用450
14.2.1空调蓄冷系统450
14.2.2蓄冷空调系统设计方法450
14.2.3蓄冷空调设计中应注意的一些问题452
14.3VRV空调技术452
14.3.1VRV空调系统的原理和特点452
14.3.2VRV空调系统设计453
14.3.3VRV空调系统设计步骤454
14.3.4VRV空调系统设计应注意的问题457
14.4热泵节能技术简介459
14.4.1热泵系统定义459
14.4.2热泵系统分类459
14.5空气源热泵技术460
14.5.1空气源热泵系统分类及系统简介461
14.5.2空气源热泵型空调系统的设计方法462
14.5.3空气源热泵空调系统节能措施466
14.6地源热泵468
14.6.1地源热泵工作原理468
14.6.2地下水源热泵空调系统的形式与组成469
14.6.3地下水热泵空调系统设计原则及应注意的问题471
14.6.4地下水源热泵空调系统设计方法472
14.7地表水源热泵474
14.7.1地表水换热系统的形式474
14.7.2地表水热泵空调系统设计方法474
14.8土壤源热泵系统476
14.8.1土壤源热泵空调系统工作原理及特点476
14.8.2土壤源热泵空调系统设计要点477
14.8.3土壤源热泵空调系统的设计方法478
14.9水环热泵空调系统482
14.9.1水环热泵系统的构成与工作原理482
14.9.2水环热泵空调系统设计方法485
14.9.3水环热泵空调系统设计中应注意的问题489

第15章CFD与建筑设备及环境分析
15.1CFD 简介492
15.1.1计算流体动力学的主要方法492
15.1.2CFD求解力学问题的过程493
15.1.3CFD数值模拟方法和分类496
15.1.4CFD软件的构成497
15.1.5常用的商业 CFD软件498
15.2CFD技术在暖通空调领域的应用500
15.2.1CFD在建筑内气流组织和热湿环境分析中的应用500
15.2.2CFD在建筑与绿色植物的热环境与风环境分析中的应用501
15.2.3CFD在建筑空调及除尘设备内传热传质分析中的应用502
15.2.4CFD在新型通风方式及人体热舒适状况分析中的应用503
15.3会议室空气流动及人体热舒适性模拟50415.3.1案例简介504
15.3.2案例模拟步骤505
15.3.3案例模拟结果分析516
符号说明

附录
附表1供暖工程常用计算公式524
附表2通风工程常用计算公式527
附表3空调工程常用计算公式529

参考文献