對民用建筑暖通空調系統幾項重點節能設計措施的探討

　　1室內設計計算溫度的取值問題

　　2冷熱負荷的計算

　　3采暖系統的設計

　　4空調冷凍水系統的設計

　　5采暖與空調水系統的補水及定壓設計

　　6空調冷卻水系統的設計

　　7空調風系統的設計

　　8通風系統的設計

　　9冷熱源設備的選型

　　10室溫調控

　　11冷熱量計量

　　12水力平衡裝置的設置

　　1室內設計計算溫度的取值問題

　　在冬季供暖工況下，室內計算溫度每降低1℃，能耗可減少5%~10%左右；

　　在夏季供冷工況下，室內計算溫度每升高1℃，能耗可減少8%~10%左右。

　　為了節省能源，應避免冬季采用過高的室內計算溫度，夏季采用過低的室內計算溫度。國家標準《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005第3.0.1條及我省的工程建設標準《公共建筑節能設計標準》DBJ14-036-2006第4.1.3條和《居住建筑節能設計標準》DBJ14-037-2006第5.1.3條，都對典型民用建筑室內采暖與空調室內設計計算溫度的取值標準進行了規定，辦公室、居住等建筑的冬季采暖不宜高于20℃，公共建筑一般房間的夏季空調不宜低于25℃。

　　對于實施分戶熱計量對流采暖的住宅建筑，室內計算溫度應按相應的設計標準提高2℃；

　　對于計算全面地面輻射供暖系統，室內計算溫度的取值可按相應的設計標準降低2℃，或將計算耗熱量乘以0.9~0.95的修正系數（寒冷地區乘以0.9，嚴寒地區乘以0.95）。

　　2冷熱負荷的計算

　　國家標準《采暖通風與空氣調節設計規范》GB50019-2003中的6.2.1條和《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005中的第5.1.1條，已經明確規定必須進行熱負荷和逐項逐時的冷負荷計算，并列為強制性條文。

　　目前,有些設計人員，在施工圖設計階段,往往不加區別地將設計手冊或技術措施中提供給方案設計和初步設計時估算冷熱負荷用的單位建筑面積冷、熱負荷指標,直接用來作為確定施工圖設計階段空調與采暖冷、熱負荷的依據。由于負荷估算偏大，導致了冷熱源設備裝機容量偏大、水泵配置偏大、末端設備偏大、管道直徑偏大的“四大”現象。其結果是工程的初投資增高，運行費用和能耗增大，給國家和投資方造成巨大損失。

　　3采暖系統的設計

　　采暖系統設計得合理，采暖系統才能具備節能運行的功能。無論是住宅還是公建，合理設計節能采暖系統的主要原則有：

　　一是采暖系統應能保證對各個房間(樓梯間除外)的室內溫度能進行獨立調控；

　　二是便于實現分戶或分室（區）熱量（費）分攤的功能；

　　三是管路系統簡單、管材消耗量少、節省初投資。因此，對所有民用建筑室內熱水集中采暖系統的設計都要滿足上述三個原則的要求。

　　（1）新建住宅熱水集中采暖系統應采用共用立管、分戶獨立循環的系統，常用的采暖系統形式如下：

　　1)下供下回（下分式）水平雙管系統。

　　2)上供上回（上分式）水平雙管系統。

　　3)下供下回（下分式）全帶跨越管或裝設分配閥（H閥）的水平單管系統。

　　4)放射雙管式（章魚式）系統。

　　5)低溫熱水地面輻射供暖系統。

　　（2）公共建筑的集中采暖系統管路宜按南、北向分環布置，常用的采暖系統形式如下：

　　1)上供下回垂直雙管系統。一般用于四層及四層以下的建筑。

　　2)下供下回垂直雙管系統。一般用于四層及四層以下的建筑。

　　3)上供下回全帶跨越管(或裝置H分配閥)的垂直單管系統。一般用于五層及五層以上建筑。立管所帶層數不宜大于十二層。

　　4)上供下回垂直單雙管系統。一般用于十二層以上的建筑，也可應用于四層以上的建筑。組成單雙管系統的每一級雙管系統不應超過四層。

　　5)水平雙管系統。該系統一般用于低層大空間采暖建筑（如汽車庫、大餐廳等）。各環路負荷應盡可能均衡，各環路管徑應不大于DN25。

　　6)水平單管系統。一般用于低層大空間采暖建筑，當需要單獨調節散熱器散熱量時，應采用全帶跨越管(或裝置H分配閥)的水平單管系統，否則可采用水平串聯式系統。

　　7)低溫熱水地面輻射供暖系統。公共建筑中的高大空間如大堂、候車（機）廳、展廳等處，宜采用輻射供暖方式，或采用輻射供暖作為補充。當與散熱器系統合用時，應注意其對水溫和水壓的不同要求，必要時應分開設置。

　　8)高層建筑豎向分區供暖系統。適用于系統靜水高度超過50m、或外網供水壓力低于系統靜水壓力、或超過散熱器的承壓能力的采暖系統。低區系統的高度取決于室外熱網的壓力和散熱器的承壓能力，可能情況下應盡可能利用外網壓力，降低高區負荷。當熱媒為低溫熱水時，宜采用板式換熱器進行換熱。

　　9)高層建筑直連供暖系統。當熱網供水壓力不能滿足系統運行要求、或者熱網靜水壓力低于系統靜水高度，并且熱網供水溫度較低時，宜采用直連供暖技術使建筑采暖系統與外網直接連接。高層直連供暖技術由加壓泵組和壓力隔斷的專利技術構成，第一代的壓力隔斷產品為斷流器和阻旋器，系統為開式運行；第二代的壓力隔斷產品為阻斷器，系統閉式運行，安裝高度不受限制。

　　（3）在選配供熱系統的熱水循環泵時，應計算循環水泵的耗電輸熱比（EHR），并應標注在施工圖的設計說明中。EHR值應符合下式要求：

　　EHR=N/Qη

　　EHR≤A（20.4+αΣL）/Δt

　　式中：N－水泵在設計工況點的軸功率，kW；

　　Q－建筑供熱負荷，kW；

　　η－電機和傳動部分的效率，按表1選取；

　　Δt－設計供回水溫度差，℃，按照設計要求選取；

　　A－與熱負荷有關的計算系數，按表1選取；

　　ΣL－室外主干線（包括供回水管）總長度，m；

　　a－與ΣL有關的計算系數；

　　4空調冷凍水系統的設計

　　國家標準《采暖通風與空氣調節設計規范》GB50019-2003的第6.4.11條規定：“設置2臺或2臺以上冷水機組和循環水泵的空氣調節水系統，應能適應負荷變化改變系統流量，并宜按照本規范第8.5.6條的要求，設置相應的自控設施”。目前，常用的空調冷凍水系統有以下幾種形式：

　　（1）一次泵定流量系統。系統較小或各環路負荷特性或壓力損失相差不大時，宜采用負荷側變流量、冷源側定流量的一次泵定流量系統，如圖1所示。采用一次泵定流量泵系統時，應按下列要求設計：

　　1)風機盤管的回水管上應設置浮點式電熱閥，也可采用傳統等電動兩通閥（對房間溫度控制要求不高時）或電動兩通調節閥（對房間溫度控制要求較高時）。前者與比后兩者相比，具有控制精度高、運行穩定性強、無噪聲、體積小等優點；新風機組、組合式空調器的回水管上，應設置動態平衡電動調節閥或電動兩通調節閥。前者只受房間溫度設定控制，不受外網壓力波動的影響，比后者具有更好的調節特性和更長的使用壽命。

　　2)應在總供回水管之間設旁通管及由壓差控制的旁通電動調節閥，旁通管管徑應按1臺冷水機組的冷凍水流量確定。

　　3)冷水機組和冷凍水循環泵之間宜采用一一對應的連接方式。當采用方式連接困難時，可采用共用集管連接，但此時應在每臺冷水機組的入口或出口水管道上設置電動隔斷閥，并應與對應的冷水機組和水泵連鎖開關。

　　4)應密切與電器專業配合，做好自動控制設計，使系統能夠根據空調負荷的變化，自動控制冷水機組及循環水泵的運行臺數。

　　1)末端裝置的回水管上應設置“慢開/慢關”型的浮點式電熱閥或電動兩通調節閥，且多臺末端設備的啟停時間宜錯開。

　　2)應選擇蒸發器流量許可變化范圍大，最小流量盡可能低的冷水機組，如離心機30%~130%，螺桿機45%~120%，最小流量宜小于50%。

　　3)應選擇蒸發器許可流量變化率大的冷水機組，每分鐘許可變化率宜大于30%。

　　4)冷水機組和水泵臺數可不對應設置，其啟停分別獨立控制，水泵轉速一般由最不利環路的末端壓差變化來控制。

　　5)冷水機組和水泵應采用共用集管的連接方式，并應在每臺冷水機組的入口或出口水管道上設置與對應的冷水機組連鎖開關電動隔斷閥。

　　6)應在總供回水管之間設旁通管及由流量或壓差控制的旁通電動調節閥，旁通管管徑應按單臺冷水機組的最小允許冷凍水流量確定。

　　7)1臺冷水機組仍可采用一次泵變流量系統。

　　（3）二次泵變流量系統。系統較大、阻力較高，且各環路負荷特性或阻力特性相差懸殊（差額大于50kPa，相當于輸送距離100m或送回管道長度在200m左右）時，應采用在冷源側和負荷側分別設置一級泵和二級泵的二次泵變流量系統，且一級泵為定流量運行，二級泵宜采用變頻調速泵，如圖3所示。采用二次泵變流量系統時，應按下列要求設計：

　　1)末端裝置的回水管上應設置水量控制閥，具體設置方法應符合4(1)中第1)條的要求。

　　2)冷熱源側和負荷側的供回水共用集管（或分集水器）之間應設旁通管，旁通管管徑應按1臺冷水機組的冷凍水流量確定，旁通管上不應設置因何閥門。

　　3)一級泵與冷水機組之間的連接方式及運行臺數的控制，應符合4(1)中第3)、4)條的要求。

　　4)應根據系統的供回水壓差控制二級泵的轉速和運行臺數，控制調節循環水量適應空調負荷的變化。系統壓差測點宜設在最不利環路干管靠近末端處。

　　（4）兩管制及四管制系統。根據建筑物的具體情況，在滿足舒適性要求的前提下，合理地設計負荷側空調水系統的制式，既可減少空調系統設備和管道的初投資，又能降低空調水系統的運行能耗。負荷側空調水系統的制式，應按下列要求設計：

　　1)不存在同時供冷和供熱，只要求按季節進行供冷和供熱轉換的空調系統，應采用兩管制水系統。

　　2)當建筑物內有些空調區需全年供冷水，有些空調區則冷、熱水定期交替供應時，宜采用分區兩管制水系統。

　　3)對于全年運行中冷、熱工況頻繁交替轉換或需要同時使用的空調系統，宜采用四管制水系統。

　　（5）“一泵到頂”系統。空調冷凍水系統的靜水壓力不大于1.0MPa時，豎向不宜分區，宜采取水泵吸入式的“一泵到頂”系統，以減少由于分區而增大土建與設備的一次投資和電耗，并方便設備與系統的運行管理。

　　（6）空調冷(熱)水系統的輸送能效比（ER）應按下式計算，且不應大于表2中的規定值。

　　 注：兩管制熱水管道系統中的輸送能效比值，不適用于采用直燃式冷熱水機組作為熱源的空調熱水系統。

　　5采暖與空調水系統的補水及定壓設計

　　（1）采暖和空調冷（熱）水系統小時泄漏量是確定系統補水量、補水管管徑、補水泵流量、水處理設備和補水箱容量的依據，應根據空調系統的規模和不同系統形式按系統水容量進行計算，而不應根據系統循環水量進行計算，二者相差很大。如依后者為計算依據，必然會造成補水量計算偏大，進而帶來了補水管、補水泵、軟水設備、補水箱的選型偏大，結果造成設備的一次投資高且運行不節能。

　　（2）空調冷（熱）水系統的水容量可參照表3估算，室外管線較長時取較大值。

　　（3）采暖與空調冷凍（熱）水系統的小時泄漏量，宜按系統水容量的1%計算；系統小時補水量取系統水容量的2%，即系統小時泄漏量的2倍；補水泵流量宜取系統小時補水量的2.5~5倍，即系統水容量的5％~10%。

　　（4）閉式采暖與空調冷凍（熱）水系統的補水定壓點宜設在循環水泵的吸入口處。采暖系統定壓點的最低壓力應使系統最高點的壓力大于大氣壓力10KPa，空調冷凍（熱）定壓點的最低壓力應使系統最高點的壓力大于大氣壓力5KPa。補水泵的揚程應保證補水壓力比系統補水定壓點的壓力高30~50KPa。空調水系統宜采用高位膨脹水箱定壓，該方式具有安全、可靠、消耗電力相對較少、初投資低等優點。

　　6空調冷卻水系統的設計

　　（1）冷卻塔應布置在環境清潔、氣流通暢、通風良好、遠離高溫的地方，以確保其冷卻效率。

　　（2）多臺冷卻塔并聯使用時，冷卻塔之間應設連通管或共用連通水槽，以避免各臺冷卻塔補水和溢水不均勻，造成浪費。連通管的管徑宜比總回水管的管徑放大一號，且與各塔出水管的連接應為管頂平接。冷卻塔的自來水總進水管上應設置水表。

　　（3）冷卻塔的總供、回水管之間，宜設旁通管并裝電動兩通調節閥或采三通調節閥調節控制，保證冷卻水混合溫度滿足冷水機組對冷卻水低溫保護要求；并宜采用出水溫度控制風機啟停或變頻調速控制，達到節電目的。

　　7空調風系統的設計

　　（1）空調系統新風量的大小不僅與能耗、初投資和運行費用密切相關，而且關系到人體的健康，因此《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005對其取值進行了規定，設計人員進行工程設計時，不應隨意增加或減少。另外，在人員密度相對較大且變化較大的房間，宜采用新風需求控制，即根據室內CO2濃度檢測值增加或減少新風量，使CO2濃度始終維持在衛生標準規定的限值內。

　　（2）“風機盤管機組加新風”空調系統的新風口，應單獨設置，或布置在風機盤管機組出風口的旁邊，不應將新風接至風機盤管機組的回風吸入口處，以免減少新風量或削弱風機盤管處理室內回風的能力。

　　（3）房間面積或空間較大、人員較多或有必要集中進行溫、濕度控制和管理的空調場所（如商場、影劇院、營業式餐廳、展覽廳、候機/車樓、多功能廳、體育館、大型會議室等），其空調風系統宜采用全空氣空調系統，不宜采用風機盤管系統。全空氣空調系統具有易于改變新、回風比例，必要時可實現全新風運行，從而獲得較大的節能效益和環境效益，且易于集中處理噪聲、過濾凈化和控制空調區的溫、濕度，設備集中，方便維修和管理等優點。

　　（4）建筑空間高度大于或等于10m、且體積大于10000m3時，宜采用分層空調系統。分層空調是一種僅對室內下部空間進行空調、而對上部空間不進行空調的特殊空調方式，與全室性空調方式相比，分層空調夏季可節省冷量30%左右，因此，能節省運行能耗和初投資。但在冬季供暖工況下運行時并不節能，此點特別提請設計人員注意。

　　對于民用建筑中的中庭等高大空間，通常來說，人員通常都在底層活動，因此舒適性范圍大約為地面以上2~3m。采用分層空調,其目的是將這部分范圍的空氣參數控制在使用要求之內，3m以上的空間則處于“不保證”的范疇。這里提到的分層空調只是一個概念和原則，實際工程中有多種做法，比較典型的是送風氣流只負擔人員活動區，同時在高空設置機械換氣(排出相對“過熱”的空氣)等方式，因此這時需要對房間的氣流組織進行適當的計算。

　　在冬季采用分層送風時,由于“熱空氣上浮”的原理，上部空間的溫度也會比較高，如果沒有措施,甚至會高于人員活動區,這時并不節能,這是設計過程中應該注意的問題。要改善這個問題,通常可以有兩種解決方式，一是設置室內機械循環系統，將房間上部“過熱”的空氣通過風道送至房間下部；二是在底層設置地板輻射或地板送風供暖系統。

　　（5）同一個空調風系統中，各空調區的冷、熱負荷差異和變化大、低負荷運行時間較長，且需要分別控制各空調區溫度，以及建筑內區全年需要送冷風的場所，宜采用變風量（VAV）空調系統。由于VAV系統通過調節送入房間的風量來適應負荷的變化，同時在確定系統總風量時還可以考慮一定的同時使用系數，所以能夠節約風機運行能耗和減少風機裝機容量。有關文獻介紹，VAV系統與定風量(CAV)系統相比大約可節能30%~70%，對不同的建筑物同時使用系數可取0.8左右。

　　（6）對于建筑頂層、或者吊頂上部有較大發熱量、或者吊頂空間較高時，不宜直接從吊頂內回風。

　　（7）空調風系統的作用半徑不宜過大，風機的單位風量耗功率（Ws）應按下式計算，并不應大于表4中的規定。為了確保單位風量耗功率設計值得確定，設計人員在圖紙設備表中注明空調機組的風機全壓與要求的最低總效率是非常必要的。

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