關于建筑工程暖通空調設計的探討

黃鑫

（陜西城際鐵路有限公司，陜西 西安 710016）

1 設計準備工作

在暖通空調設計準備階段，設計人員必須認真研究設計要求，理解設計中的具體需求，同時也需要考慮居民的生活要求，確保設計內容的適用性；必須詳細研究建筑工程的圖樣與原始資料，掌握建筑工程所在地的地理位置、大氣壓力、室外溫度、室外相對濕度、室外風速和冬季主導風向、建筑工程室內設計參數等情況。然后根據建筑工程的具體特點、功能要求和特性，選擇合適的空調方式。在此期間，要注意的關鍵問題是：設計人員不但要遵循建筑供暖通風與空氣調節設計規范，還要堅持節能、環保、人性化的原則，提升所設計內容的可靠性。

2 設計冷熱源方案

設計人員需要詳細研究建筑工程所在地的具體情況，了解建筑工程附近是否有已建或者在建的冷熱源供給站，根據數據采集結果來設計冷熱源方案。目前在建設過程中，可選擇的冷熱源方案主要有以下幾種：第一，“電制冷+工業余熱”冷熱源方案。這種方案機房占地面積較大、投資費用較高、運行費用低、環保性好、節能性好。若建筑工程附近有市政熱力管道，冷熱源方案可采用“市政熱力+電制冷”。這種方案機房占地面積屬于中等規模、投資費用、運行費用均屬于中等水平、環保性好、節能性好。第二，水源熱泵供冷供熱系統（如北京約克、開利水源熱泵）。水源熱泵供冷供熱系統噪聲低，體積小，能效比高、設置靈活，有多種靜壓可供選擇。采用水源熱泵供冷供熱系統，機房占地面積較大，投資費用較高，運行費用較低，環保性好、節能性好。第三，電制冷加鍋爐房冷熱源方案。電制冷加鍋爐房冷熱源方案屬于一種較為傳統的冷熱源方案，機房占地面積較大，初期投資較高，運行費用屬于中等水平，運行管理難度屬于中等水平，節能性也屬于中等水平，但環保性較差。第四，地源熱泵冷熱源方案。地源熱泵以建筑工程所在地周圍的巖土體為蓄熱體，充分利用淺層地熱資源。在冬季，地源熱泵利用夏季蓄存的熱量供熱，另一方面又蓄存冷量，以備夏用；在夏季，地源熱泵利用冬季蓄存的冷量供冷，另一方面又蓄存熱量，以備冬用；因此，地源熱泵完全可以滿足供暖、制冷兩種工況。地源熱泵節能性好，相較于常規空氣源空調，地源熱泵節能40%～50%左右，相較于鍋爐采暖，地源熱泵節能50%左右，相較于電采暖，地源熱泵節能60%左右；地源熱泵無須燃燒設備，環保性強，地源熱泵運行穩定，熱源溫度全年較為穩定（一般為10～25℃），幾乎不受天氣影響。地源熱泵運行費用低，制冷制熱系數比傳統的空氣源熱泵高出40%左右，使用壽命也較長，地源熱泵系統的環保性、節能性在諸多冷熱源方案中也居于最高水平。但地源熱泵并非沒有缺點：地源熱泵系統施工工期較長，地源熱泵系統更加復雜、地源熱泵系統制冷的速度較慢，地源熱泵系統的成本造價較高。安裝地源熱泵系統，還需要在地下打井，因而地源熱泵系統適用于別墅戶型，不適用于高層建筑。設計人員要綜合考慮建筑的具體戶型，業主的要求，靈活選擇適宜的冷熱源方案。

3 選擇空調系統形式

目前，建筑工程中常用的空調系統包括全空氣空調系統、空氣—水空調系統等形式。全空氣空調系統以普通的低速單風管系統為代表,主要采用一次回風或二次回風方式，室內熱濕負荷全部由空調系統處理過的空氣來負擔，空氣比熱、密度小,需空氣量多,風管斷面大,輸送耗能大。空氣—水空調系統采用風機盤管與新風相結合的系統、誘導空調系統，由處理過的空氣和水共同負擔室內熱濕負荷，耗能相對較小。

若建筑工程冷負荷密度大、潛熱負荷大、室內熱濕比小，或建筑工程內部空間較大，可采用全空氣空調系統。若建筑工程內有多個房間（或區域），各個房間（或區域）的負荷不一致，各個房間（或區域）對制冷的要求各不相同，可采用空氣—水空調系統。

4 選擇空調系統的具體類型

定風量全空氣空調系統，風機盤管加新風空調系統、單元式空調機是常見的三種空調系統。它們的特點各有不同，要根據建筑工程的具體特點選擇不同類型的空調系統：

（1）定風量全空氣空調系統。其主要特點是，送回風管系統復雜、支風管口和風口數量較多、各個風管互相串通，可以嚴格控制各個房間的室內溫度與室內相對濕度，可以對空氣進行嚴格過濾，氣流分布比較理想，可以根據室外氣象參數與室內負荷的變化實現全年多工況節能運行調節，使用壽命長，造價高。若建筑工程空間大、室內溫度、濕度控制要求嚴格，可選擇定風量全空氣空調系統。

（2）風機盤管加新風空調系統。其主要特點是，風管系統較小，若直接安放到室內，可以不接送風管、回風管。采用風機盤管加新風空調系統，建筑工程內各個房間可以根據各自的負荷變化、以及對參數的具體要求各自進行溫度、濕度調節。但風機盤管加新風空調系統的空氣過濾性能差，氣流分布也受到約束，不能根據室外氣象參數與室內負荷的變化實現全年多工況節能運行調節。若建筑工程內各個房間布置分散、各個房間使用空調的時間各不相同，或無法為建筑工程設置集中式冷熱源，可選擇風機盤管加新風空調系統。

（3）單元式空調機。單元式空調機安裝在室內時，可以不接送風管、回風管，單元式空調機靈活性大、節能效果好，使用壽命長；但單元式空調機過濾性能較差、氣流分布受一定制約，不能實現全年多工況節能運行調節。若建筑空間對室內溫度、濕度控制要求不高，或建筑工程的樓層數較少，可酌情考慮選擇單元式空調機。

5 為暖通空調選擇水系統和適宜的水泵

目前，國內大部分高層建筑暖通空調水系統采用兩管制系統。兩管制系統管路少、結構簡單、投資費用低。但兩管制系統進行供熱，無法同時在供冷、供熱兩種工況下運作，因此在系統應用中，不能選用共用管道進行供熱，需要結合具體應用情況進行管道調整，以滿足工程的建設需求。

兩管制系統有一個缺點：兩管制系統一般采用循環水泵，在通常情況下，設計人員會按照空調系統的供冷運行工況選擇循環水泵；那么，當冬季來臨空調轉入供熱工況時，循環水泵往往無法在高效率區運行，繼而造成電能的極大浪費。因此，若暖通空調水系統采用兩管制系統，宜分別設置冷水循環泵和熱水循環泵。

除了兩管制系統，空調水系統還有三管水系統與四管水系統。三管水系統可以同時供冷、供熱，但不利于節能。四管水系統不僅可以同時供冷、供熱，而且節能性好，但結構復雜、造價較高。若建筑工程對暖通空調要求高，需要頻繁交替供冷、供熱兩種工況，可考慮選用四管水系統。

在選擇水泵時，還要注意：泵系統冷水泵的臺數和流量，應與冷水機組的臺數及蒸發器的額定流量相對應。這樣可以確保流經冷水機組蒸發器的水量始終保持恒定，并向用戶提供適應負荷變化的空氣調節冷水流量。

同時泵系統的冷水泵臺數應按系統的分區和每個分區的流量調節方式確定，一般來說，每個分區不宜少于2臺。這樣可以通過調節水泵變速來實現調節冷水泵的流量，使其處于穩定的工作狀態，滿足區域供冷或供暖的相關要求。

6 氣流組織設計

做好氣流組織設計，可以保證室內空氣溫度的均勻性，提高空調的制冷（制熱）效果、并且防止空調對人體直接吹風，從而提升用戶的舒適度。

進行氣流組織設計，需要計算風口出風速度、射流在某點距風口的距離、風口直徑、風口紊流系數。進行氣流組織設計，還要考慮不同的氣流組織方式：

（1）上送上回方式。上送上回是高層民用建筑空調中廣泛采用的一種氣流組織方式。采用上送上回方式，送風口可采用散流器或條形風口，回風口可采用百葉式風口或條形風口。上送上回方式將送風量、回風量均勻分布在室內吊頂上，基本上不占用建筑面積，還可令回風總管直接進入吊頂，從而充分利用吊頂上部空間。若采用上送上回方式，必須注意房間的凈空不能太高，送風口與回風口必須保持一定的距離。

（2）上送下回方式。上送下回方式將回風管布置在房間的下部，需要占用一定的室內建筑面積。但上送下回方式可以使空調室內空氣參數更加均勻，這種氣流組織方式也更為合理。

（3）側送。如果某個房間內有兩個不同高度的吊頂，氣流組織方式可采用側送，送風口采用條形或百葉式風口，噴射貼附射流。采用側送方式，氣流組織較好，人員基本上處于回流區，因此舒適感更高。

7 結語

做好暖通空調系統設計，可以有效提升暖通空調系統的效能，并節約暖通空調的能耗。因此，我們應當認真研究暖通空調設計的各個關鍵問題，狠抓細節，不斷提高暖通空調設計質量。