机械载荷计算

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所有的设计将按照国际建筑规范进行(IBC)

只有空间负载,没有设备选择

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机械载荷计算

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  • 为你的暖通空调设备计算正确的尺寸
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机械载荷计算

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避免过大的设备和组件,并降低您的机械安装成本。

能源效率

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机械载荷计算
机械负荷Calc2

机械系统在建筑中有非常重要的作用,保持室内条件是健康,舒适和安全的人类。机械设备的例子有锅炉、熔炉、空调、冷水机、空气处理器、冷却塔、风机盘管、热水器、增压泵、消防泵和自动洒水装置。

建造机械系统需要消耗大量的能源和水,特别是当它们过于庞大或缺乏智能控制时。使用比必要的更大的设备也会增加项目成本,而不会带来任何回报。然而,机械工程师也不推荐尺寸过小的设备,因为这可能会造成不合适或危险的条件。在机械设计中,多并不是好,最好的性能是在设备容量为建筑优化时实现的。

机械载荷计算是建筑设计过程中非常重要的一步。当所有机械装置的容量都根据您的建筑需求进行优化时,您就可以以最优的成本实现高性能。

  • 考虑到许多机械部件是沉重和笨重的,修改可能是昂贵和困难的。
  • 通过在设计阶段与合格的机械工程师一起工作,您可以避免在施工期间昂贵的更改订单。

整个机械设计过程依赖于载荷计算。即使你使用最高质量的设备,如果机械负荷计算不准确,性能也会很差。

空调负荷计算

供暖、通风和空调系统为人类提供了一个合适的室内环境。以下是暖通空调系统的一些重要功能:

  • 保持舒适健康的室内温度。在商业环境中,有效的温度控制也能提高生产率。科学研究发现,过度加热和过度冷却都会导致生产率下降。
  • 保持ASHRAE和美国环保署推荐的最佳湿度范围。高湿度会导致霉菌、细菌和尘螨等有害生物的繁殖。另一方面,低湿度导致空气污染物在空气中停留的时间更长,其中包括病毒。
  • 提供足够的通风以保持空气质量。充足的室外空气供应可稀释空气污染物,同时置换和清除污浊空气。

控制室内温度、相对湿度和空气质量需要大量的能源。因此,在大多数住宅和商业建筑中,HVAC系统比所有其他设备消耗更多的能源。体积过小的暖通空调系统不能有效地完成其功能,但从长远来看,体积过大的系统会浪费前期资金和能源。

通过精确的机械负荷计算,HVAC工程师可以为您的建筑指定最佳设备能力。您将不会花费超过必要的时候购买设备,您的室内环境将是健康和舒适的居住者。

HVAC系统以其多样性为特征,你会经常发现许多选项可以满足你的建筑需求。暖通工程师可以帮您解答以下问题:

  • 我的供暖系统将使用什么能源?一些常见的选择是天然气、取暖油、丙烷和电力。
  • 供暖和制冷的效果如何分布在整个建筑中?一些系统直接分配空调空气,而另一些使用水或制冷剂作为传热介质。
  • 通风系统会输送什么样的气流?建筑规范通常根据建筑面积、人数和占用分类规定最小气流。然而,如果通风系统也对空气污染测量做出反应,改善空气质量是可能的。

无论在一个建筑项目中使用的HVAC配置,机械负荷计算对设备的正确尺寸是重要的。

泵负荷计算

抽水系统在建筑物中有许多重要的作用,以下是一些例子:

  • 当当地自来水公司提供的压力不足时,水增压泵保证供水压力充足。
  • 当在暖通空调系统中用作传热介质时,再循环泵循环热水或冷冻水。
  • 消防水泵确保消防系统在紧急情况下有足够的供水。

无论应用何种情况,泵送系统都必须满足一个重要条件:提供合适的压力和流量。吸入压力也必须足够高,以防止空化;低压力下,微气泡形成并破裂,磨损泵叶轮等部件。建筑工程的机械负荷计算还包括泵的负荷计算。

即使泵的大小合适,它们的工作量也会根据建筑条件而变化。由于这个原因,泵系统的全部容量并不是一直都在使用。

  • 能源顾问建议使用变频驱动器(VFD),它可以根据工作量调整泵的转速。这比在泵出口安装阀门来限制流量要有效得多。
  • 阀门以压降的形式浪费泵的功率,而VFD则确保泵首先获得正确的功率输入。

虽然准确的负荷计算确保了正确的泵容量,但VFD可以尽可能高效地利用该容量。

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风机载荷计算
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风扇是通风系统的基石,建立建筑所需的气流。通风系统中的风扇可以根据它们移动空气的方式分为两类:

  • 供气风扇将空气送入建筑物,造成正压。
  • 排气扇将空气从建筑物中排出,造成负压。

根据通风系统的设计,这两种风扇可以单独使用,也可以组合使用。建筑规范要求在厨房和卫生间等产生大量空气污染的房间安装排气扇。

通风系统的容量以每分钟立方英尺(CFM)或每小时换气量(ACH)为单位指定。当在CFM中指定气流时,这个数字不依赖于被通风的空间,因为立方英尺和分钟都是固定单位。然而,ACH的定义会随着室内空间维度的不同而变化。例如,在一个大的会议大厅里的5ach比在一个小的办公室里的5ach要高得多。

ASHRAE提供了两种计算机械通风负荷的方法:通风速率程序(VRP)和室内空气质量程序(IAQP)。

VRP使用由ASHRAE通过实验确定的气流表,为每种类型的室内空间找到最佳的通风率。VRP费率考虑三个主要因素:

  • 通风空间用途:教室、办公室、餐厅、仓库等。
  • 建筑面积:假设使用分类相同,较大的空间需要更多的通风以保持空气质量。
  • 乘客的数量:例如,一个完整的办公室需要更多的通风,比一个同等大小的办公室,只有25%的人。

VRP不要求直接监测空气污染物。ASHRAE已经完成了这项任务,为每种类型的室内空间找到了最佳气流速率。然而,采用VRP设计的通风系统有一个关键的限制——它们不能对空气污染的突然增加做出反应。

IAQP是基于直接控制空气污染物,而不使用VRP中规定的气流值。这为通风系统的设计提供了更大的灵活性,整个过程可以总结为三个主要步骤:

  • 识别建筑物内所有可能存在的空气污染物。
  • 根据世界卫生组织或美国环保署等可靠来源,确定每种污染物的最高浓度。
  • 指定一个通风系统,提供足够的气流,以保持所有污染物低于各自的阈值。

许多建筑规范规定VRP是强制性的,因为它使用ASHRAE的规定气流速率,而不是IAQP的开放设计方法。但是,这两种方法可以组合为设计符合建筑规范的通风系统,改善室内空气质素。

空气管的计算

除了为室内空间寻找最佳的气流和风扇容量外,HVAC工程师还必须设计足够的风管。与其他机械装置一样,合适的管道尺寸以最优的成本提供所需的性能。

  • 风管体积庞大,使用大量的金属片。超大的风管非常昂贵,而且它们占用的空间可以用于其他建筑系统。
  • 管道尺寸过小限制了气流,通风系统可能无法提供规范要求的气流。导管过小也会产生噪音,引起不适和注意力分散。

无论风管的尺寸如何,优化风管的布局都很重要。理想情况下,风管应该完全覆盖建筑内部,同时尽量减少使用的总长度。考虑到管道系统每增加一英尺,项目成本就会增加。

机械负荷的计算在确定风管尺寸时是很重要的,因为第一步是知道它们必须携带多少空气。反过来,风管的布局影响所需的风扇容量:更长的风管产生更高的气流阻力,需要更多的风扇功率。换句话说,管道布局规划不当会降低能源效率,因为风扇会消耗更多的电力。

液体循环加热的管道的计算

风管可以通过水平距离有效地输送空调空气。然而,垂直移动空调是不现实的,而且浪费能源。HVAC工程师通常在高层建筑中使用循环管路;将热水或冷冻水泵到上层比垂直输送空气效率更高。

与风管一样,找到合适的管道容量是设计过程中的重要步骤。超大的管道价格昂贵,同时也大大增加了必须由水泵输送的水量。另一方面,过小的管道限制了流量,它们将不能提供足够的水到风机盘管。

循环管的容量取决于单个风扇盘管所需的加热和冷却输出。反过来,循环管道中的水流决定了泵系统的工作量。

循环回路的数量取决于暖通空调的设计。一些系统有一个单一的回路,这意味着所有的风机盘管必须在相同的模式下运行——空间供暖或空调。另一方面,其他的循环系统有冷冻水循环和热水循环,允许在一些区域冷却和在其他区域加热。最后,如果系统使用水冷式冷水机组,在冷水机组和冷却塔之间还有另一个管道回路。

消防系统机械负荷计算

消防系统被建筑规范分开处理,它们的设计要求被NFPA标准广泛覆盖。然而,从工程的角度来看,许多消防系统可以被认为是机械安装。以下是一些例子:

  • 消防泵
  • 那硕大
  • 自动洒水装置
  • 喷水灭火系统升压泵
  • 烟雾控制系统
  • 火灾后烟气净化系统

当其他建筑系统出现故障时,它们通常会造成不便或中断。另一方面,如果消防系统没有正确应对,后果可能包括生命损失和大规模财产损失。

在设计消防系统时,机械载荷的计算也很重要。例如,消防泵和喷淋增压泵必须在火灾紧急情况下提供足够的压力和流量。同时,防烟系统必须有足够容量的风扇来排除烟雾,特别是在楼梯和建筑物出口等关键区域。

能源效率在机械设计中的重要性

在大多数建筑中,机械系统消耗的能源最多。由于机械装置有大而重的组件,很难修改,MEP工程师建议从一开始就采用节能措施。


特别是,暖通空调系统的节能措施具有最大的节能潜力。在大多数住宅和商业建筑中,供热和制冷设备消耗的能源比所有其他设备的总和还要多。高效的暖通空调设计可以实现与高性能建筑围护结构的协同,减少冬季热量损失和夏季热量获得。

自动化可以大大提高机械系统的能源效率。楼宇自动化系统(BAS)可以实时监控楼宇需求,优化空气处理系统、泵送系统、空调和空间加热器的运行。

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