民用建筑暖通空調設計中的常遇問題分析與對策

葉清理

(福州市規劃設計研究院集團有限公司 福建福州 350108)

0 引言

當前，城市建設規模越來越大，民用建筑中暖通空調的設計任務也越來越重，對設計師專業能力的要求也越來越高。但常由于疏忽或者項目工期緊迫，總有各種問題未能被考慮全面，在工程施工或使用階段暴露出來。本文從設計階段入手，對暖通空調設計計算、空調通風系統設計、空調水系統設計過程中常遇問題分析探討原因，提出改進與調整對策，以防范問題的發生，對暖通空調設計與施工及日后投入使用都有積極的意義。

1 設計計算不到位及對策

1.1 空調冷熱負荷計算問題

在空調冷、熱負荷計算過中，若采用套用冷熱指標的方式，未進行熱負荷計算和逐項逐時的冷負荷計算，工程投入使用后，如出現室內空調參數不能有效達到設計參數或規范要求，房間制冷量或制熱量不足的問題，雖然有可能是空調系統本身存在的故障，但多由空調負荷計算不全面導致存在該問題。因此，施工圖設計階段應對空調區的冬季熱負荷和夏季逐項逐時冷負荷進行計算。夏季計算熱量要考慮全面，不漏項，有玻璃屋面的房間，空調負荷應計算充足；夏季附加冷負荷，要考慮空氣通過風機、風管溫升引起的附加冷負荷，以及冷水通過水泵、管道、水箱溫升引起的附加冷負荷；冬季圍護結構的附加耗熱量應按其占基本耗熱量的百分率確定，各項附加百分率，不同朝向均有不同的修正率，不可只是同樣數值。

1.2 空調風系統水力計算問題

在暖通設計計算中，未進行空調設備選型計算、空調風系統水力計算等，導致設備特性不能與功能房間相匹配，系統風機壓力不足或過大，空調設備不能有效送風或噪音過大。在設有送風機和回風機的雙風機空調系統中(圖1)，送風機的壓頭用來克服從新風進口至室內空間的路由阻力，并為房間提供正壓值；回風機的壓頭用來克服回風風管系統的阻力，并減去房間正壓值。在雙風機系統中，排風口應設在回風機的壓出管上；新風口應處在風機的吸入段上。

由圖1(b)可知，在排風閥2與新風閥3之間的管路壓力，必須使之從正壓到負壓的變化，才能保證排風外排與新風引入都可實現。通常可以通過調節風閥1，使回風機出口處至新風入口處的管段阻力=新風吸入段阻力+排風管段阻力，來滿足風閥1處于0點壓力處。否則，由于回風機選擇不當，會引起新回風混合箱內為正壓，新風進不來，新風口成為排風口，房間新風量無法達到規范要求。

(a)工作原理圖

(b)壓力分布圖圖1 雙風機空調系統風管壓力分布圖

1.3 空調水系統水力計算問題

設計選用的空調水泵揚程與管路水力工況不吻合。如圖2所示，水泵性能曲線和管路特性曲線，水泵實際工作點是兩線交匯A點。若選用水泵揚程選擇偏大，水泵工況在2點，因選用揚程比管路阻力大(點1)，水泵工作時由點2→A，水泵流量增加，流速增加，容易引起空調末端設備的振動，導致水泵耗電大，運營成本增加。若選用水泵揚程選擇偏小，水泵工況在4點，因選用揚程比管路阻力小(點3)，水泵工作時由點4→A，水泵流量減小，流速減小，管路水力不平衡，最不利區域空調效果不理想。對于水泵揚程偏大現象，如果管路未安裝限流閥，電氣專業也未設計過流保護開關，水泵電機就有可能燒毀。如果電氣專業設計了過流保護開關，水泵電機則會發熱、電流增大，重則水泵不能正常啟動。因此，需正確計算管路阻力，選擇與之相匹配的水泵，找準A點位置，才能使水系統運行穩定可靠。

圖2 水泵工作工況分析

1.4 防煙系統壓差問題

《建筑防煙排煙系統技術標準》GB51251-2017[1]第3.4.4條對加壓送風部位壓力值規定：前室、封閉避難層(間)與走道之間的壓差應為25 Pa～30 Pa；樓梯間與走道之間的壓差應為40 Pa～50 Pa。如果加壓送風系統余壓值超過最大允許壓力差，樓梯間和前室之間、前室和室內走道之間防火門兩側壓差過大，將導致防火門無法正常開啟，影響人員疏散和消防人員施救。加壓送風系統超壓問題，可通過采取設置余壓閥或風機設置電動旁通調節閥的泄壓措施解決。優先選用余壓閥控制，余壓閥的面積經過計算確定。

對于樓梯間、前室，分別設置加壓送風設施，余壓閥的設置分2種情況：

(1)樓梯間、前室的余壓閥均可直接對走道泄壓時，余壓閥的開啟壓差(相對走道壓力),前室可設定為30 Pa(或25 Pa)，樓梯間設定為40 Pa(或50 Pa)。

(2)樓梯間超壓風量只能通過前室泄壓時，樓梯間與前室的隔墻上、前室與走道的隔墻上均設置余壓閥。前室余壓閥的開啟面積，除考慮自身的超壓風量外，還需考慮防煙樓梯間的超壓風量。此種情況，余壓閥的開啟壓差設定分2種情況，如圖3所示：(1)系統負擔的前室均處于加壓送風狀態，如圖3(a)所示，前室余壓閥開啟壓差(相對走道壓力)可設定為30 Pa(或25 Pa)，樓梯間(相對前室壓力)設定為10 Pa(或25 Pa)。(2)系統負擔的前室只有部分處于加壓送風狀態，如圖3(b)所示，因樓梯間超壓時，超壓風量只會從未加壓送風的前室泄壓，前室余壓閥開啟壓差(相對走道壓力)可設定為30Pa，樓梯間(相對前室壓力)設定為40 Pa。

(a)前室均處于加壓送風

(b)部分前室(相鄰3層)處于加壓送風

對于樓梯間加壓送風，前室不送風的情況，在樓梯間與前室的隔墻上設置余壓閥，余壓閥的開啟壓差宜設定為40 Pa。因考慮樓梯間加壓送風時，樓梯間與前室間門縫漏風，前室壓力會略高于走道壓力，如果余壓閥開啟壓差設定為50 Pa，則樓梯間與走道間的壓差可能超過50 Pa。

對于樓梯間自然防煙，前室加壓送風的情況，在前室與走道之間的隔墻上設置余壓閥，余壓閥的開啟壓差可設定為25 Pa～30 Pa。

若經過計算得到的余壓閥面積過大或無余壓閥安裝條件，再選擇壓差傳感器+電動旁通調節閥的控制方式。兩種控制方式均有效、安全、可靠，但不宜同時使用。

2 空調通風系統設計問題及對策

2.1 空調末端設備噪聲問題

未考慮空調末端設備噪聲對人員活動區房間影響，未按照相關規范標準規定各類建筑的噪聲限值要求。如在辦公區設置大風量吊裝空調風柜，風柜噪聲值嚴重超標。風機噪聲是空調系統的主要噪聲之一，過大的機外機靜壓可轉換成風量，表現為風機轉速、風管、風口風速的大幅提升，加大了風機機械噪聲、氣流傳遞噪聲及風口振動噪聲等問題，嚴重時直接影響空調系統的正常使用。

不同功能的房間對噪聲的要求不盡相同。應根據規范具體噪聲要求，選擇合適的室內機型；根據場所的噪聲要求，合理布置風系統管路。大風量機組機外靜壓應與風系統阻力、送回風方式相匹配。噪聲要求較高的場所，優先選擇多臺低電機功率的空氣處理機組(機組自身噪聲、振動較低)，風機盤管可以選擇低靜壓、直流無刷型電機，從噪聲源頭減少噪聲影響。需要注意的是，幾個相同聲功率級的疊加按式(1)計算[2]：

Lw=Lw1+10lgn

(1)

Lw、Lw1——分別為n個聲源和1個聲源的聲功率級，dB；

n——同樣聲功率級的聲源數。

當幾個不同聲功率級疊加時，則先由大到小依次排列，然后逐個進行疊加。疊加時根據兩個聲功率級差值，在其中較高的聲功率級上加附加值，附加值如表1所示。

表1 聲功率級疊加的附加值

2.2 風系統消聲問題

消聲處理往往帶有隨意性，除有特殊要求需要噪聲處理計算外，一般項目通常容易被忽略。一些空調風系統送風管設置了消聲設備，卻忽略了回風段的消聲，導致回風口的噪聲超標。有時設置了靜壓箱(實際上只能算是接管箱)，但未按照標準消聲器的制作方法，而是內貼保溫吸聲材料，既增加了系統阻力損失，消聲效果也不理想。如果出現保溫吸聲材料貼得不緊密，材料薄且無加固措施，還會增加附加振動噪聲或者出現材料脫落現象。

空調風機的噪聲以中、低頻噪聲為主，少部分為高頻噪聲。但人體對高頻噪聲較敏感，大風量機組風系統中應加裝寬頻消聲能力較好的消聲器(或靜壓箱)。通風空調工程中最常用的消聲器類型是XZP100型片式消聲器，其外層采用鍍鋅鋼板制作，內貼離心玻璃棉后用無堿玻璃布包裹，里層為穿孔鍍鋅鋼板，厚度0.5 mm～0.6 mm，孔徑ф4～ф6，穿孔率≥20%；消聲片吸聲材料采用離心玻璃棉板，容重48 kg/m3；無堿玻璃布厚0.1 mm～0.5 mm，并按國家標準制作。根據房間用途允許的噪聲值、噪聲源頻率特性、消聲器的聲學性能及空氣動力性能，計算消聲量，選擇消聲器。

3 空調水系統設計問題及對策

高層建筑中，空調水系統豎向分區未根據空調末端工作壓力設置，設備承壓大于工作壓力的現象時有發生，容易出現管路接口處漏水，或設備管路破裂，給整個空調系統運行造成安全隱患。標準型的冷水機組的蒸發器和冷凝器的承壓值為1.0 MPa，風機盤管機組承壓值可達到1.6 MPa，管道本身及法蘭連接或焊接的接口承壓值也可大于1.6 MPa，唯有絲扣連接的接口是承壓的薄弱環節。因此，在高層建筑中，當空調水系統超過一定高度時，就必須進行高、低分區，這是保證系統安全的必要措施。

水系統的最高壓力，一般位于水泵出口處的“A”點，如圖4所示。

在系統開始運行時的瞬間為最大，出口壓力PA(Pa)等于該點靜水壓力與水泵全壓P(Pa)之和，即：

PA=ρgh+P

(1)系統正常運行時，出口壓力PA(Pa)等于該點靜水壓力與水泵靜壓之和，即：

PA=ρgh+P-Pd

Pd=v2ρ/2

式中：ρ——水的密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2；

h——水箱液面至葉輪中心的垂直距離，m；

Pd——水泵出口處的動壓，Pa；

v——水泵出口處水的流速，m/s。

圖4 水系統的靜水壓力圖

系統分區盡量滿足低區所能達到的高度，將每個分區的最大工作壓力控制在所要求的范圍內。當系統靜水壓力Ps>1.0 MPa時，豎向應分區，常見采用中間層設備間設置熱交換器的方式；高區二次空調冷水供水溫度宜高于一次水供水溫度1～1.5℃；高區二次空調熱水供水溫度宜低于一次水供水溫度2～3℃。

當空調系統運行時，冷水機組進水端承受的壓力大于冷水機組的承壓能力，但系統靜水壓力小于冷水機組的承壓能力，可將冷凍水泵安裝在冷水機組的出水端，水系統可以不分區。

4 結語

文章梳理并列舉了在暖通空調設計中過程中幾個典型問題，還有許多問題需要在日常工作中不斷摸索，發現問題，解決問題。設計必須以國家規范標準作向導，熟練掌握，靈活運用；以認真負責任的態度，深思熟慮，系統規劃，使暖通空調設計質量得到不斷的提升。