四种常见暖通空调设计方案的比较

浅谈四种常见暖通空调设计方案的比较
摘要：近年来，随着科学技术的迅速发展以及对节能和环保要求的不断提高，暖通空调领域中新的设计方案大量涌现，面对众多的设计方案，由于考虑问题的角度不同，各方的看法往往各不相同，甚至大相径庭。

本文分别从负荷计算、空调系统选择、水系统划分区域及形式、空调机房的布置、冷热源的选择、新风系统、自动控制等方面都做了各自的方案对比。

以安全性、经济性、耗能、室内环境品质（ieq）、可靠性、灵活度、环境影响、可维护性等检测空调系统的优劣。

关键字：空调负荷计算冷热源节约能源
1 绪论
暖通空调设计方案的选择是一个直接关系到暖通空调工程项目
的成败和经济效益优劣的重要问题。

暖通空调设计方案的比较和优选是一个涉及面广、影响因素多的复杂技术工作。

一个优秀的暖通空调工程设计方案，应对设计方案涉及的各种因素进行全面的考虑，使其综合效益最高。

综合考虑的因素越多，通常其方案设计的水平越高，同时其设计工作量和难度就越大。

建筑中除了使用高效率的设备和特定的节能装置以外，还应该更加重视暖通空调系统的设计、安装和运行。

暖通空调设计方案评价内容本着“以人为本”的出发点，所要评价的内容涉及到建筑系统的方方面面。

按照最终的效果可分为：安全性、经济性、耗能、室内环境品质（ieq）、可靠性、灵活度、环境影响、可维护性等。

2 空调系统的研究
2. 1 负荷计算
根据各房间功能，查取相应规范并选择冬夏季对应室内设计参数（温度、湿度、新风量/人/时、噪声指标）、室外设计参数（室外计算干球温度、湿球温度、相对湿度、室外计算风速）从而计算出各个房间的冷热负荷。

2. 2 各种空调系统
空气-水盘管系统：现常采纳系统。

具以上二者优点：解决了全水风机盘管系统室内无有组织供应新风的问题。

而新风系统的风量只有全空气系统风量的15%-30%，且无回风管路。

蓄冷空调系统：现谷期电价降为峰期的1/3-1/4。

该系统能充分利用谷期电力，减少了电力建设投资，保护大气环境。

冰蓄冷比水的蓄冷量大，使得储冰槽的容积大为减少。

冰蓄冷空调系统中以盘管式蓄冷空调系统最为常见：换热效果好，释冷温度相对稳定。

如下四种方案：a —冷媒直接蒸发，常温送风；b —载冷剂间接冷却，常温送风；
c —冷媒直接蒸发，低温送风；
d —载冷剂间接冷却，低温送风。

如小表摘录成都某5200㎡商场的空调系统数据对比：
比较项目
常规系统
方案a
方案b
方案d
备注
尖峰空调负荷（kw）837
837
837
837
837
空调9小时
120天/年
送风量（m3/h）11506
11506
11506
11506
11506
尖峰冷量（kw）1015
1015
1015
1015
全天冷量（kw）7765
7765
7765
7765
7765
压缩机功率（kw）270
180
215
165
220
主机日运行时间（h）9
14
14
14
13.5
蓄冷量（kwh）
3672
4246
4437
蓄冷比例（%）
47
50
55
57
储冰槽容积（m3）0
105
140
140
154
制冰率（%）
41
32
36
34
结冰厚度（mm）
41.5
34.5
42.5
34.5
总功率（kw）
486.5
363
418
289.5
374.5
全年耗电量（kwh）444420
（100%）
457800
（103%）
524920
（118%）
388200
（87%）
49050
（110%）
年运行费（万元）35.5
（100%）
22.53
（75%）
25.31
（86%）
18.58
（60%）
22.19
（77%）
初投资（万元）140
（100%）
135
（96%）
150
（107%）
119
（85%）
137
（98%）
整体对比后，方案c 因采用冷媒直接蒸发储冰和低温送风，因而电力削峰率最大，初投资及运行费用最低。

这种系统的供冷部分是由压缩冷凝机组与盘管式储冰槽组成，结构简单，可以组装成储冰式空调冷水机组，实现产品的标准化和系列化。

2.3 空调机房
空调机房一般设置于地下层。

由于考虑隔热、保温及洁净度的要求，一般机房设备不开窗。

机房围护结构的保温性也较好，即使在冬季无采暖情况下也需供冷。

一般机房设备要求温度处在22℃左右，温度保持在50%左右。

温度过高，元器件易发生故障。

湿度过高，易产生冷凝水造成设备短路。

湿度过低，则造成静电过高。

洁净度也很重要。

灰尘影响散热，夏季灰尘碰到冷凝水会产生酸性或碱性混合物腐蚀设备。

2.4 热泵类型
热泵按制热循环中的热源分类。

主要分为风冷热泵和水源热泵。

根据热量转移的形式和媒介，这些分类有进一步的分法。

虽然有些成分有所不同，然而不论热源是什么基本运行原理是一致的。

2. 5 空调冷冻水系统分区及水系统形式
它应根据承压能力及技术经济比较后决定。

某建筑地上12层，地下2层。

1-3层层高4.2m，其余各层层高为3.9m。

冷冻水分区系统三种方案比较：
方案一：设集中空调水系统，冷冻站设在地下一层
方案二：将水系统竖向分区。

低区为地下1层至6层；高区为7
层至12层；冷冻站设在地下1层，在5层布置水水热交换器，提供给高层系统冷源，采用一、二次泵来减少系统的承受压力。

方案三：与方案一样竖向分区，不设热交换器而是将低区与高区分别设冷冻站，均设在地下1层。

水泵出水口最高压力比较：
水泵停止运行：水泵出水口压力为系统静水压；
水泵瞬时启动：水泵出水口压力为水泵全压+系统静水压
水泵正常运行：水泵出水口压力为水泵静压+系统静水压
2.6 风系统
选择一个合适的通风系统前应先研究该区内废气排放源，人员流动和空气流动速度。

全面排气通风也称稀释通风，它不同于局部排气通风，因为后者是直接从污染源捕集散发的粉尘并将之从空气中除去；而前者则允许污染物散发到工作区空气中，然后将其浓度稀释至可接受的程度。

排气通风系统都需要置换空气。

置换空气可通过开着的门、窗、天窗、邻近空间、墙和窗上的缝隙、门下的缝隙及屋顶通风孔在大气压力的作用下自然补充。

地下车库和机房靠机械通风，地面房间通过经过滤和冷热处理的新风及机械排风实现通风换气。

新风系统设计除满足卫生要求外，应考虑过渡季节利用新风消除部分冷负荷，以便节能和改善室内空气品质。

3暖通空调设计中容易出现的问题
3.1调节性和可操作性问题
暖通空调系统的容量通常是按接近全年最不利的气象条件确定的，因此系统应有较好的调节性能，以适应全年负荷的变化。

调节性能好的系统方案，如采用vav空调系统和vrv变频空调系统的方案，其一次投资通常较高，但运行能耗较小，在经济性计算和比较时应综合考虑这些因素。

对干部分时间使用的办公建筑、写字楼和教学楼，设计方案应能适应其夜间不工作时的调节要求。

设计方案的管理操作方便性是用户十分关心的问题。

空调系统自动化水平的提高，可以减少管理人员的数量和劳动强度，从而使人工费减少，但使一次投资增加，对操作人员素质的要求提高。

空调系统是否采用自动控制，应根据实际情况和要求，经技术经济性比较来确定。

对于大型空调系统和需要经常调节控制的设备较多的工程，宜采用自动控制，以减少操作管理的工作量。

但自动控制系统应尽可能简化，以提高系统的经济性和可靠性。

对于只有季节转换时才操作的阀门不宜采用自动控制。

对于一些各部分不同时使用的建筑物或各部分出租给不同使用单位的商业建筑，系统设置应考虑分别管理控制和运行费用分别统计交纳的要求。

3.2安全性问题
暖通空调系统的安全性主要包括易燃易爆环境安全、防火安全、人员环境安全、重要设备物品环境安全、系统设备运行安全5个方面的问题。

在设计弹药厂房和库房、煤矿等易燃易爆工程的通风空调系统时，安全性成为必须考虑的重要因素，应采取相应的防爆技
术方案和措施。

在设计燃油燃气锅炉房时应考虑可燃性气体、液体泄漏带来的安全性问题，应设置可燃性气体泄漏报警系统和事故通风系统，并相互联锁。

防火安全问题应按照有关防火设计规范来考虑，在此不作详述。

设备安全运行的问题主要包括制冷系统的安全保护，北方暖通空调系统冬季防冻、空调系统电加热与风机联锁保护等问题。

在方案设计时应注意考虑暖通空调系统故障可能对室内重要设备和物品产生的不利影响。

3.3 设计图纸方面存在的问题
3.3.1 设计说明内容不完整
《设计深度规定》对暖通空调设计说明应包括的内容作了明确规定。

设计说明应有室内外设计参数；热源、冷源情况；热媒、冷媒参数；供暖热负荷及耗热量指标，系统总阻力；散热器型号；空调冷、热负荷；系统形式和控制方法；消声、隔振、防火、防腐、保温；风管、管道材料选择、安装要求；系统试压要求等。

然而，有些工程的设计说明内容很不完整。

3.3.2 平面图深度不够，有些应该绘制的内容遗漏
《设计深度规定》对暖通空调平面图要表示的内容作了详尽的规定。

然而，相当多的工程设计未完全按规定绘制，存在的主要问题是：供暖平面图，有些未标注水平干管管径及定位尺寸；有的立管未编号；有的虽标注了立管号，但却将立管漏画；有的二层至顶层合画一张平面图，散热器数量亦分层进但却未注明相应层次；有的
仅画有首层供暖平面，而未画二层至顶层供暖平面。

通风空调平面图，有些未注明各种设备编号及定位尺寸；有的未说明冷冻水管道管径及定位尺寸。

还有的公共建筑设计，将厨房部分的供暖、通风、空调等内容留给厨房设备生产厂家去做，这是很不合适的。

3.3.3 系统图深度不够
《设计深度规定》对暖通空调系统图绘制有明确要求。

但有些工程设计未按规定执行。

存在的主要问题是：供暖系统图，有的立管无编号，而以建筑轴线号代替；有的管道号注了坡度、坡向，但未注明管道起始端或终末端标高；有的管道变化处（转向处）标高漏注；有的甚至未画供暖系统图或立管图。

空调通风设计，有些工程未画空调冷冻水系统图和风系统图（如果平面图完全交代清楚，可以不画系统图，但对于一些较为复杂的通风空调设计，单平面图是难以表达清楚的）。

3.4环境影响问题
随着工业生产的迅速发展和人们生活水平的日益提高，环境保护问题越来越受到人们的重视，而燃煤锅炉的排烟又是北方城市大气的主要污染源，因此北京等大城市对燃煤锅炉进行了严格的限制，而且限制的区域不断扩大。

在这些区域内，环境影响成为了关系到设计方案可行性的一个重要因素。

在设计方案选择时应特别注意环境保护要求不断提高的趋势，避免建筑物建成不久就进行改造。

在空调设备选型时，要特别注意各种氟利昂制冷剂替代的进程要求，不能选用以已经或即将禁用的制冷剂为冷媒的空调产品。

3.5经济性比较问题
经济性比较是目前暖通空调方案比较中考虑最多的一个问题。

在经济性比较时首先应注意比较基准必须一致。

应采用相同的设计要求、使用情况、设备档次、能源价格、舒适状况、美观情况等基准条件进行比较，这样才能保证方案比较结果的科学性和合理性。

如果对采用名牌设备和采用低档设备的方案进行经济性比较，显然是不合理的；如果不考虑舒适性的区别，对有新风供应和没有新风供应的方案进行经济性比较，显然不可能做出正确的选择；如果不考虑美观性和舒适性进行经济性比较，对集中式空调方案显然是不公平的。

4 结论
造成暖通设计问题的原因很多，有的是设计人员实际工作经验不足、对规范不熟悉、设计人员责任心不强与工作马虎。

要杜绝设计工作的失误，首先，要加强设计人员自身的专业知识学习及对规范的学习，同时要深入施工现场与安装人员多交流沟通，丰富实际工作经验；其次，要了解工程的使用情况，听取使用单位的反馈意见。

近年来，施工图审查工作的开展，使许多设计问题得以及时发现并纠正，对提高设计工作质量起到了非常重要的作用。

其研究重点是保证人体的健康和舒适。

iaq研究的未来是充满希望的，过去的事实表明许多研究者已经确定并解决了许多难题，并且期望在现有知识的基础上继续前进。

参考文献：
[1] 罗志文，赵加宁，王丽娜，何丽霞.关于暖通空调设计方案评估体系的若干思考.建筑热能通风空调. 24卷第6期 2005. 12 [2] 李志生，张国强等. 中央空调冷却水处理技术比较分析. 制冷与空调. 6卷第4期 2006.8
[3] 张志新，王长庆. 上海嘉华中心暖通空调设计. 流体机械. 32卷9期.2004.6
[4] 陈建胜. 变风量空调系统控制方式. 建筑物理与设备. 福建建设科技2005年第3期
[5] 周维，殷刚，廖明义. 盘管式蓄冰空调系统评价. 热能动力工程.14卷总80期 1999.3
[6] 苏万寿. 浅谈高层建筑空调冷冻水系统的划分. 有色治金节能. 1999.2
[7] 赵勇. 侧吹风空调系统设计. 暖通空调hv&ac 1998.8
[8] 徐来福等. 冷却顶板置换通风空调系统分析建筑热能通风空调. 25卷第2期. 2006.2
[9] 袁旭东，沈世莹. 建筑物的绿色空调暖通空调hv&ac 29卷第2期 1998.7。