南京某恒温恒湿实验室空调系统设计任务书、计算书

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南京某恒温恒湿实验室空调系统设计

(建筑环境与设备工程专业2010 级)

班级___ 10建环2班______ 姓名____ ________ 学号_____ _____ 导师______ _ ____ 成绩____________________

1

目录

第一部分 设计说明书

1. 工程概述和设计项目………………………………………………5

1.1工程概述………………………………………………………5 1.2设计项目………………………………………………………5 2. 确定设计参数………………………………………………………6

2.1 室外计算参数…………………………………………………6 2.2确定空调房间设计条件………………………………………6 3. 系统划分……………………………………………………………7 4. 冷热源的选择和划分………………………………………………7 5. 风系统、水系统设计说明…………………………………………8

5.1 气流分布方式…………………………………………………8

5.2 送风方式………………………………………………………8 5.3 风管系统设计…………………………………………………8 5.4 水系统设计……………………………………………………9

6.参考文献………………………………………………………………9

第二部分 设计计算书

1. 空调房间冷负荷计算及汇总……………………………………11

1.1围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法…………………11

1.1.1 外墙瞬时传热引起的冷负荷………………………11 1.1.2 内墙稳态传热引起的冷负荷………………………13

2

1.1.3外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷……………………13 1.2透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷………………………14 1.3室内热源造成的冷负荷………………………………………15 1.3.1照明散热形成的冷负荷………………………………15 1.3.2人体散热形成的冷负荷………………………………16

1.4 冷负荷汇总…………………………………………………17 1.5 散湿量计算…………………………………………………18 2. 送风量和送分状态点的确定……………………………………19

2.1 确定热湿比…………………………………………………19 2.2 确定送风状态点……………………………………………19 2.3确定送风量……………………………………………………19 2.4确定新风量……………………………………………………20 2.5确定回风量……………………………………………………20 2.6确定新、回风混合状态点C…………………………………20 2.7系统所需冷量…………………………………………………20

2.8系统所需再热量………………………………………………20 3.风系统水力计算……………………………………………………20 4. 设备的选型计算。…………………………………………………25

4.1 空气处理机组。……………………………………………25 4.2 选风机………………………………………………………26 4.3 选冷却塔……………………………………………………27 4.4 选水泵………………………………………………………27

3

5.保温厚度计算………………………………………………………27 6.气流组织计算………………………………………………………28 6.1散流器的布置…………………………………………………28 6.2预选散流器……………………………………………………28 6.3 计算射程……………………………………………………28 6.4 计算室内平均风速…………………………………………29 6.5 校核轴心温差衰减…………………………………………29 7.冬季热负荷的计算和校核。………………………………………29 7.1 围护结构的基本耗热量……………………………………29 7.2 附加耗热量…………………………………………………30 7.3 热负荷汇总…………………………………………………30 8.防排烟系统设计。…………………………………………………30

4

第一部分 设计说明书

1.工程概述和设计项目

1.1工程概述

本工程为南京某恒温恒湿实验室空调系统设计,实验室位于六层实验楼的第五层,层高为3.9米。空调区为两间恒温恒湿实验室,面积分别为实验室1:F=6310=60m2、实验室2:F=5.1312=61.2m 2,总面积为121.2 m2。与空调区同层的相邻室内空间:走廊、机房、楼梯间均为非空调区;垂直的相邻室内空间:第四层和第六层均为空调区。

内外墙厚均为240mm,K=2.25W/(m2〃℃);隔断厚120mm。实验室北外窗为单层铝合金框玻璃窗,长×宽=3600 mm×2200 mm。

该实验室开放时间为8:00-21:00。实验室1可容纳20人,实验室2可容纳25人。

1.2设计项目

1) 设计准备(收集和熟悉有关规范、标准并确定室内外设计参数、熟悉建筑、

结构施工图,了解各专业在配合方面的特殊要求。) 2) 空调房间冷负荷计算及汇总。

3) 各空调房间送风量和新风量计算并列表汇总。

5

第二部分 设计计算书

1.空调房间冷负荷计算及汇总

在设计中,存在两中冷负荷计算的计算方法:一为谐波反应法(负荷温差法),一为冷负荷系数法。谐波反应法(负荷温差法)计算的冷负荷的形成包括两个过程:一是由于外扰(室外综合温度)形成室内得热量的过程(既内扰量)。此一过程考虑外扰的周期性以及围护结构对外扰量的衰减和延迟性。二是内扰量形成冷负荷的过程。此一过程是将该热扰量 分成对流和辐射两种成分。前者是瞬时冷负荷的一部分,后者则要考虑房间总体蓄热作用后才化为瞬时冷负荷。两部分叠加即得各计算时刻的冷负荷。通过冷负荷温度与冷负荷系数直接从各种扰量值求得各分项逐时冷负荷。本设计采用冷负荷系数法计算冷负荷。

2.2 围护结构瞬变传热形成冷负荷的计算方法

2.2.1 外墙瞬时传热引起的冷负荷

在日射和室外的气温综合作用下,外墙瞬变传热引起的逐时冷负荷可按下式计算:

CL?KF(t'wl-tNx) (1-1)

(twl?td)k?k? (1-2) twl?式中:

CL——外墙瞬变传热引起的逐时冷负荷,W;

F——外墙的面积,m2;

K——外墙传热系数,取2.25W/(m2?℃) ; tNx——室内计算温度,℃;

twl——外墙冷负荷计算温度的逐时值,℃;

td——地点修正值;

k?——吸收系数修正值;

——外表面换热系数修正值。

实验室2北外墙逐时冷负荷计算:

由课本附录7查得北京地区北外墙的冷负荷计算温度逐时值twl;根据附录9查得tdk??2.7℃;

2对于一般建筑aw?18.6W/mK,查课本57页表3—7可得k??1.0;取

??k??1.0;K=2.25 W/(㎡℃);tNx?20℃;传热系数K?2.25W/?m2℃?,面积:

F=1233.9-3.632.232=30.96㎡。按式(1-1)算出北外墙逐时冷负荷,计算结果见表1:实验室2北外墙冷负荷。

11

实验室2的西外墙和东外墙的瞬变传热引起的冷负荷计算与北外墙的相似,不再复述,其计算结果分别列于表2和表3。

12

1.1.2内墙稳态传热引起的冷负荷

计算内围护结构冷负荷时,当邻室与空调区的夏季温差大于3℃时,宜按下式进行计算通过空调房间隔墙、楼板、内窗、内门等内维护结构的温差传热而产生的冷负荷:

CL?KF(tls?tNx) (1-3)

式中:

tls?twp??tls (1-4)

CL、F、K、tNx——同式(1-1);

?tls——邻室计算平均温度与夏季空气调节室外计算日平均温度的差值(℃;

twp——夏季空气调节室外计算日平均温度,℃。

实验室1南内墙冷负荷计算:

3传热系数K?2.25W/m℃,面积F=1033.9=39㎡。由于邻室为走廊,?tls取2℃,

??twp=32℃,则

tls=32+2℃=34℃,tNx?20℃,按式1-3计算冷负荷,计算结果见表4,其他

内墙冷负荷计算方法一样,计算结果同见表4。

1.1.3 外玻璃窗瞬变传热引起的冷负荷

在室内外温差作用下,通过外玻璃窗瞬变传热的冷负荷可按下式计算:

CL?CwKwFw(twl?td?tNx) (1-5)

式中 :

CL、tNx——同式(2-1);

Kw—— 外玻璃窗传热系数,W/(m2?k ); Fw—— 窗口面积,m2;

13

twl—— 外玻璃窗的冷负荷温度的逐时值,℃; Cw—— 玻璃窗传热系数的修正值;

td—— 地点修正值。

aW?18W.62m/实验室2北外窗瞬变传热引起的冷负荷计算: 根据

??KaN?8.7W/m2K、

??可查得窗传热系数

KW?5.94W?m3K?窗地点修正值

,窗口面积F=3.632.232=15.84㎡,全玻璃窗

Cw取1.0,南京玻璃

td=3℃。则实验室2北外窗瞬变传热引起的冷负荷计算见表5:

1.2透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷

透过玻璃窗进入室内的日射得热分为两部分,一部分是透过玻璃窗直接进入室内的太阳辐射热,另一部分是玻璃窗吸收太阳辐射后传入室内的热量。由于窗户的类型、遮阳设施、太阳入射角及太阳辐射等因素的各种组合太多,最后根据公式:

CL?CaCsCiFwDj,maxCLQ (1-6) 式中 :

CL——透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷,W;

Ca—— 有效面积系数;

Fw—— 窗口面积,m2;

Cs—— 窗玻璃的遮阳系数;

Ci—— 窗内遮阳设施的遮阳系数; Dj,max——日射得热因数;

CLQ ——窗玻璃冷负荷系数。

实验室2北外窗透过玻璃窗的日射得热引起的冷负荷计算:

单层铝合金框玻璃窗有效面积系数Ca?0.85;窗内遮阳设施设为浅蓝布帘

Ci?0.6;

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玻璃为普通玻璃,Cs=1.00;南京纬度32°,Dj,max=115/㎡,南京为北区,可查知北区内有遮阳的玻璃窗冷负荷的逐时值。计算结果见表6:

1.3 室内热源造成的冷负荷

1.3.1照明散热形成的冷负荷

照明设备冷负荷按下式计算:

CL?1000n1n2NCLQ (1-7)

式中 :

CL——灯具散热形成的冷负荷,W;

N ——照明灯具所需功率,kw; n1——镇流器消耗公率系数; n2——灯罩隔热系数; CLQ——照明散热冷负荷系数。

实验室1暗装12支40W荧光灯,实验室2暗装14支40W荧光灯,由于暗装,取n1=1。灯罩隔热系数n2=0.6。荧光灯开灯时间为上午8:00,关灯时间为晚上21:00,开灯时数13h。由课本附录26可得冷负荷系数逐时值。按式1-7计算照明散热形成的冷负荷,计算

结果见表7、表8。

15

1.3.2人体散热形成的冷负荷

(1)人体显热散热形成的冷负荷

CLs?n?qsCLQ (1-8) 式中:

qs——不同室温和劳动性质成年男子显热散热量; n——室内全部人数;

?——群集系数;

CLQ——人体显热散热冷负荷系数。

实验室工作属于轻度劳动,当室温20°时,成年男子每人散发的显热热量为93W,群集系数取?=0.9。实验室1室内全部人数n=20人,实验室2室内全部人数n=30人;按式1-8计算实验室1、2人体显热散热形成的冷负荷,结果见表9、表10:

16

(2)人体潜热散热引起的冷负荷

Q2??n?q2 (1-9) 式中:

n,?——同上

q2——不同室温和劳动性质成年男子潜热散热量W,取

q2?90W;

实验室工作属于轻度劳动,当室温20°时,成年男子每人散发的潜热量为90W,群集系数取?=0.9。实验室1室内全部人数n?=20人,实验室1室内全部人数n?=30人;所以 实验室1人体潜热散热引起的冷负荷

Q2?0.9?20?90?1620W;实验室2的人体散湿形成的潜热冷负荷为2430W。 1.4 冷负荷汇总

将实验室2和实验室1的各分项逐时冷负荷计算结果汇总,汇总结果见表11、12。将两个实验室总冷负荷汇总到表13:

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由上表可知负荷最大值出现在17:00.实验室1为6240.8W,实验室2为9322.8,其总值为15640.6W

1.5散湿量计算

人体散湿量可按下式计算:

D??0.001?n?g (2-10)

式中:

?——群集系数。

D?——人体散湿量, Kg/h;

g——1名成年男子每小时散湿量(gh);

n?——计算时刻空调房间的总人数;

实验室工作属于轻度劳动,当室温20°时,成年男子每人散湿量为D?=134g/h,群集系数取?=0.9。实验室1室内全部人数n?=20人,实验室2室内全部人数n?=30人,则:

实验室1的散湿量:D??0.001?n?g?0.001?0.9?20?134?2.412kg/h 实验室2的散湿量D??0.001?n?g?0.001?0.9?30?134?3.618kg/h 总散湿量为6.03kg/h

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2.送风量和送分状态点的确定

2.1 确定热湿比

热湿比:??Q WQ6240.8?3600??9314 W2.412?1000Q9322.8?3600??9275.6 实验室2热湿比:??W3.618?1000实验室1热湿比:??实验室1与实验室2热湿比基本相等,可采用共同状态点送风。取共同热湿比

?=9300.

2.2 确定送风状态点

在i-d图(见附图)上确定室内状态点N点,dN?8.83g/kgtn?20 ℃ 、?n?60%、

干空气、hN?42.62kJ/kg,过N点作热湿比线??9300线,送风温差为7℃,确定送

风状态点O,tO?13℃ 、dO?7.77g/kg干空气、hO?32.75kJ/kg。

2.3 确定送风量

实验室1送风量:

Q6.2408q???0.6323kg/s?0.6323?3600/1.235m3/h?1843m3/h 1h?h42.62?32.75NO实验室2送风量:

Q9.234q???0.9355kg/s?0.9355?3600/1.235m3/h?2727m3/h 2h?h42.62?32.75NO

19

总送风量为:q1?q2?1843?2727?4570m3/h?1.5678kg/s

2.4 确定新风量

根据《公共建筑节能标准》(GB50189-2005)给出的公共建筑主要空间的设计新风量,实验室运行情况跟办公室相近,新风量取30m3(/h2人)。新风量

qm.w?30?50?1500(m3/h)

2.5 确定回风量

实验室一回风量q?1843?20?30?1227m3/h 实验室二回风量q?2727?30?30?1827m3/h

2.6 确定新、回风混合状态点C

确定新风状态点W:tn?35.2 ℃ 、?n?62%。由

qwNC1500?0.32,用作图==

NW4570q法在NW线上确定C点。可得C点焓值:hC?57.89kJ/kg

2.7 系统所需冷量

过O点作等含湿量线交?n?95%线与点L,可得L点焓值;hL?30.59kJ/kg

Q0?qm?hC?hL??1.5678??57.89?30.59??42.8kW

2.8 系统所需再热量

Q0?qm?hO?hL??1.5678??32.75?30.59??3.4kW

3 风系统水力计算

风系统、水系统轴测图草图如下:

20

风系统水力计算

1) 根据流速确定各管段的断面尺寸和单位长度平均比摩阻,并计算实际流速。计算沿程阻

力损失。

查 《实用供热空调设计手册》 陆耀庆编表8.2-2,根据主风管风速6.0m/s,支管速4.0m/s和各风管流量可得矩形风管型号、比摩阻、计算可得实际流速。再根据

Rml?lRm计算得到沿程阻力损失。

例如管段0-1,风量L?681.75m/h,风速6m/s,可查得风管断面尺寸为2003160mm,设计流速v?3L681.75??5.92m/s。再查得单位摩擦阻力3600ab3600?0.2?0.16R?2.7Pa/m,Rml?lRm?2.5?2.7?6.75Pa.其余管道计算见表14。

2) 计算各管段的局部阻力

v2?局部阻力按?Pj??求得。

2计算各管段的局部阻力系数?(数据用供热空调设计手册8-3-2和通风工程教材附录5):

管段0-1:散流器1个:??1 矩形蝶阀1个,??1.2 矩形断面直角弯头,??0.35

21

总阻力系数

???2.55

v2??50.8Pa 局部阻力?Pj??2管段1-2:渐缩管, ??0.27 压出四通??1 总阻力系数

???1.27

v2??23.7Pa 局部阻力?Pj??2管段2-3:渐缩管,??0.18 压出四通,??1 总阻力系数

???1.18

v2??24.3Pa 局部阻力?Pj??2管段3-4:渐缩管,??0.18 压出四通,??1

矩形断面直角弯头3个,??0.35?3?1.05 总阻力系数

???2.23

v2??54.6Pa 局部阻力?Pj??2 管段5-1、6-2、7-3、8-1、9-2、10-3:

散流器1个:??1 矩形蝶阀1个,??1.2 T型分流三通1个,??1.05 总阻力系数

???3.25

22

管段18-19:矩形断面直角弯头1个,??0.35

矩形蝶阀1个,??1.2 总阻力系数

???1.55

v2??37.6Pa 局部阻力?Pj??2管段11-12、12-13、16-15:渐缩管??0.18 矩形蝶阀1个,??1.2 总阻力系数管段13-14、:渐缩管??0.18

矩形蝶阀1个,??1.2

矩形断面直角弯头,??0.35 渐缩管??0.18

总阻力系数

???1.38

???1.92

v2??29.8Pa 局部阻力?Pj??2管段15-14:渐缩管??0.18 矩形蝶阀1个,??1.2

矩形断面直角弯头,??0.35

总阻力系数

???1.73

v2??31Pa 局部阻力?Pj??2管段14-17:分流三通,??1

矩形断面直角弯头,??0.35

总阻力系数

???1.35

23

v2??23.6Pa 局部阻力?Pj??2管段20-21:矩形蝶阀1个,??1.2

矩形断面直角弯头2个,??0.35?2?0.7

总阻力系数

???1.9

v2??23.6Pa 局部阻力?Pj??2管段21-22:矩形蝶阀1个,??1.2

总阻力系数

???1.2

v2??26.9Pa 局部阻力?Pj??2管段21-23:合流三通,??0.5、

总阻力系数

???0.5

v2??12.1Pa 局部阻力?Pj??23) 校核节点处各支管的阻力平衡

节点1、2、3:?P5?1??P6?2??P7?3?31Pa,?P8?1??P9?2??P10?3?41.2Pa 不平衡率

?P31?26.55?1??P8?1??14.51%?15%,阻力平衡,符合要求。

?P315?1节点14:?13?14?48.9Pa,?15?14?37.2Pa 不平衡率

?P39.6?34.513?14??P15?14??12.87%?15%,阻力平衡,符合要求。

?P13?1439.6 24

4、设备的选型计算。

4.1 空气处理机组。

根据制冷量和送风量选择机组,选青岛同和空调设备股份有限公司生产的TZK08型机组一台,机组性能参数为:

额定风量:8000m3/h 额定冷量:68.1kW 额定热量:87.2 kW

25

4.2、选风机

考虑到风管、设备的漏风及阻力计算的不精确,应按下式对风量、风压进行修正后选择风机

pf??pKp (4-1) qV.f?KpqV (4-2) 式中:pf——风机的风压(Pa) qV.f——风机的风量(m3/h)

Kp——风压的附加系数,一般的送排风系统Kp=1.1~1.15。本设计区1.15 Kp——风量的附加系数,一般的送排风系统Kp=1.1 ?p——系统的总阻力(Pa) qV——系统的总风量(m3/h)

送风机总阻力为送风干管的总阻力?p?57.6?27.6?27.5?61.9?174.6Pa,pf?1.15?174.6?200.8Pa,qV?1.1?4570?5027m3/h,查《通风机选型实用手册》 孙研编572页DT12型风机性能表,选广东省德庆通风设备厂生产的DT12型通柜式离心风

机一台,机号为3号,性能点序号为5。性能参数如下:

风量:5255 m3/h 全压:246Pa 功率:1.5kW

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?39.6?25.8?回风机总阻力为最不利环路的总阻力?p?37.6?31.4134.4Pa,

查《通风机选型实用手册》 孙pf?1.15?134.4?154Pa,qV?1.1?3054?3360m3/h。

研编572页DT10型风机性能表,选广东省德庆通风设备厂生产的DT10型通柜式离心风机

一台,机号为2号,性能点序号为7。性能参数如下:

风量:3470 m3/h 全压:164Pa 功率:1.1kW

新风机总阻力?p?46.2Pa,pf?1.15?46.2?53Pa,qV?1.1?1500?1650m3/h《通风机选型实用手册》 孙研编622页LDF2.5A型风机性能表,选LDF2.5A低噪声风机一台,电动机型号为YDW0.25-6型。性能参数如下:

风量:1657 m3/h 全压:118Pa 功率:0.25 kW

4.3 选冷却塔

冷却塔选型如下:

厂家: 广州马利新菱冷却塔有限公司 型号: SC——250L 规格: 250m3/h 台数: 1

尺寸: 2800×5100×4130 塔体扬程 4.3mH2O

4.4 选水泵

水泵型号 200S-42A

台数 2

性能 G=270m/h,H=36mH2O,N=2950r/min,Pin=37,?????, S=33.1Kw, PNPSH=6m

3

主要结构尺寸 455×1519×200

厂家 上海沈泉泵阀制造有限公司

产品链接 http://www.sqmade.com/msg.php?id=167

5.保温厚度计算

保温厚度计算按照《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)7.9条和《设备及管道保冷设计导则》(GB/T 15586)及《设备及管道保温设计导则》(GB 8175)的要求确定。

风管保温采用采用厚度为25mm的难燃型发泡橡塑隔热材料。

27

水管保温采用采用的聚苯乙烯泡沫塑料(自熄型),厚度计算见下表。 冷(热)水管DN(mm) 隔热层厚度 (mm) 聚苯乙烯 (自熄型) ≤32 40~45 40~65 45~50 80~150 55~60 200~300 60~65 >300 70 6.气流组织计算

本工程采用上送下回的气流分布形式,用散流器送风。散流器选择矩形四面吹散流器。 实验室一的两个回风口布置在靠南墙位置,实验室二的三个回风口布置在靠北墙的位置,两个房间各有一个排风口,方便布置在东南、东北角。具体布置见施工图。

6.1散流器的布置

实验室一布置3个方形散流器,第一个据西墙2米,北墙3米的位置,第二个与第一个平行据第一个3米的位置,第三个与前两个平行据东墙2米的位置。

实验室二布置4个方形散流器,其中三个布置与实验室一德散流器在长度方向位置相同,据南墙2.5米,第四个离南墙2.5米,据东墙2米的位置。

详见施工图。

6.2预选散流器

以实验室2为例:

选用方形散流器,假定散流器的喉部风速vd为3m/s,则单个散流器所需的喉部面积为

qV,计算如下: vdn

qV2727??0.051m2 vdn3600?1.235?3?4选用浙江余姚捷发空调设备厂生产的FK-3型散流器,喉部尺寸为2293229mm。则喉部实际流速为

vd?2727?2.92m/s

3600?1.235?4?0.229?0.2292散流器实际出口面积约为喉部面积的90%,则散流器的有效流通面积 F?90%?0.229?0.229?0.047m 散流器出口风速为 v0?vd2.92??3.24m/s 90%0.96.3 计算射程 x?Kv0F1.4?3.240.047?x0??0.07?2.45m vx0.5 散流器中心到边缘距离为3m,根据要求,散流器的射程应为散流器中心道房间或区

28

域边缘距离的75%,所需最小射程为:330.75=2.25m,2.45>2.25m。满足要求。

6.4 计算室内平均风速。

vm?0.381rL?L22??H???4?12?0.381?2.45?322??3.9???4?12?2.223m/s

夏季工况送冷风,则室内平均风速为0.22331.2=0.268m/s。满足舒适性空调夏季室内风速不应大于0.3m/s的要求。

6.5 校核轴心温差衰减

?tx?vx0.5?t0??7?1℃ vd3.24符合实验室温度波动范围±1℃的要求。

7.冬季热负荷的计算和校核。

本工程的空调区有足够的正压,所以不必计算经门窗缝隙渗入室内冷空气的

冷风渗透耗热量。只需计算围护结构的基本耗热量,并只进行朝向修正。

7.1 围护结构的基本耗热量

Q?aFK(tN?tw) (7—1)

式中 Q ——维护结构的基本耗热量形成的热负荷;

a ——维护结构的温差修正系数,外墙、外窗取1,内墙取0.6。

F ——围护结构的面积; K ——围护结构的传热系数;

tN ——冬季空调室内的计算温度,本设计中tN=20℃ W ——冬季空调室外计算温度,本设计中W实验室二北外墙耗热量计算:

tt??6℃

F=1233.9-3.632.232=30.96㎡

Q?1?30.96?2.25???20???6????1811.16W

其他围护结构计算方法一样,结果见表15、表16

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7.2 附加耗热量

对外墙进行朝向修正。朝向修正系数为: 朝向 修正系数xch 7.3 热负荷汇总

东 -5% 南 -20% 西 -5% 北 10% 由表15、16可知,实验室一冬季热负荷为2885.22W,实验室二的热负荷为6243.78W,均远小于冷负荷值,因此空调机组按冷负荷选。

8.防排烟系统设计。

根据《高层民用建筑设计防火规范》[GB50045-1995(2001版)]的规定,一类高层建筑和建筑高度超过32m的二类高层建筑的下列部位应设排烟设施:长度超过20m的内走道;面积超过100m,且经常有人停留或可燃物较多的房间;高层建筑的中庭和经常有人停留或可燃物较多的地下室。

本设计中,因实验室一、实验室二均设置了一次回风系统。故不做防排烟设计。

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