暖通空调设计浅议

现代建筑对暖通空调工程专业的要求越来越高。笔者对暖通空调设计方案进行粗浅的分析。

中央空调能耗包括冷热源、空调机组及末端设备、空气及水输送系统三部分。控制好这三部分的能耗即可达到运行经济节能的目的。其中，冷热源能耗约占总能耗的一半左右。目前以冰蓄冷、水源热泵等形式的冷源技术日益成熟具有很大节能优势。

冰蓄冷系统是：建筑物空调时所需冷负荷的全部或者一部分在非使用空调时间制备好，将其能量蓄存起来供空调时使用。该系统主机所耗的总能量变化不大，但是可以在用电低峰时用电，而在高峰时少用或不用。采用蓄冷系统时，有全部蓄能系统和部分蓄能系统两种负荷管理策略可考虑。

水源热泵系统是应用地球表面浅层水源如江、河、湖、海水和地下水吸收的太阳能和地热能而形成的低位热能，通过少量的高位电能输入，经过逆向热力循环，品位热能的一种热力系统。水源热泵系统在夏季将建筑物种的热量转移到水源中，而冬季通过逆向热力循环，从水源中提取热量。水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气温度，特别是地下水温度保持常年恒定，是很好的空气冷源和热泵热源。

空调水系统的用电，供暖期间约占整个建筑动力用电的1/4；供冷期间约占1/6，因此水系统节能也具有重要意义。目前，空调水系统存在着许多问题，如水力、热力失调现象严重；大流量、小温差现象普遍存在，设计中供、回水温差一般均取5℃，但经实测夏季冷冻水系统供回水温差较好的为4℃，较差的只有2-2.5℃，造成实际水流量比设计水量大1.5倍以上，使水系统能耗大大增加。 设计时认真进行水系统各环路的设计计算，并采取相应措施保证各环路水力平衡。认真核对和计算空调水系统相关系数，积极推广变频调速水泵，冬、夏两用双速水泵等节能措施

整体设计上应首先考虑方案可行性。这是设计的首要问题。设计方案应符合国家和当地政府有关法规和规范包括有关环境保护的要求，并满足如供电、供气、供水、供热等有关方面的要求，并应特别顾及这些条件的长期、变化情况。对于温湿度等参数要求较高或比较特殊的工艺性暖通空调设计项目，应对设计方案进行全年工况分析，以确保其在全年各种室外气象条件下的适应性。

对系统方案应进行经济性比较。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。一次投资不仅包括各种设备、管道、材料及安装、调试等投资，而且应包括各种相关收费（如热力入网费、用电设备增容费、天然气的气源费等），相应室外管线、相关水处理和配电与控制机房土建投资与的费用。除直接费用外在一些情况下间接效益也应综合考虑。如宾馆、饭店、写字楼的空调机房节省的面积，作为商业用房可产生的效益。如果采用贷款进行建设，全面的经济性比较还应考虑贷款利率和还贷期限等动态因素。

运行能耗和运行费用是暖通空调设计方案技术经济性比较必须考虑的重要参数。运行能耗除应考虑在全年季节变化的情况下，建筑物实际负荷的变化，同时应考虑设备非标准状态下的效率。办公楼、教学楼、写字楼和游泳馆等建筑物的暖通空调设备通常间歇运行，其运行时间应为扣除停机时间后的实际运行时间。在计算过程中应注意不同地区、不同时期、不同时段各种能源的价格可能不同。

在经济性比较时还应综合考虑投资、运行费用以及设备的使用寿命，以相同的使用周期为基准，进行综合经济性的计算比较，而不能简单地根据设备报价进行比较。对于冷暖两季工况要求的空调系统，应考虑冬季和夏季设备综合利用问题，进行冬夏季综合经济性比较。对于可以兼供生活热水的工程，应综合考虑生活热水供应的投资和能耗。

暖通空调系统的设计负荷是以接近全年最不利工况确定的，因此拥有较好的调节性能，以适应全年负荷的变化，对全年能耗的降低具有极大的作用。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。对于部分时间使用的办公建筑、写字楼和教学楼，该设计方案应能适应其夜间不工作时的调节要求。

暖通系统管理方便是用户十分关心的问题。自动化水平的提高，可以减少管理用工和劳动强度，从而使人工费减少，但增加一次投资，同时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行性。对有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。

设计方案的安全性是以往考虑较少的问题，随着SARS的出现和迅速蔓延，暖通空调系统的安全性问题已经成为公众关注的焦点。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。防火安全问题是按相关防火设计规范设计，设备安全运行的问题主要包括制冷系统的安全保护、冬季防冻、空调系统联锁保护等问题。在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。人员环境安全主要包括暖通空调系统对人体的危害、防止恐怖袭击和防止传染性疾病扩散这3个方面的问题。另外在表冷器、蒸发器和冷却塔等结露积水、病菌容易繁殖的地方应采取可靠的排水和消毒措施。

目前暖通空调设计中存在一些认识上的误区。例如，盲目追求新技术不管使用条件。每种方案都有其适用条件和范围，在其适用范围之外，先进的技术方案就可能变成不合理甚至是不可行的方案。另外往往认为投资最低的方案就是最佳方案，但是一次投资低的方案有可能因为其运行费用很高或设备寿命很短，需要经常更换，从长期运行来说并不合算。还有一种倾向是认为复杂的方案就是高水平的方案。实际上系统越复杂，设备越多、投资就越高，系统的可靠性、可操作性、可控性和可维护性就越差，在满足使用要求的前提下，系统越简单越好。

综上所述暖通空调设计方案的比较和优选是涉及面广、影响因素多的复杂技术工作。优秀的设计方案，应对设涉及的各种因素进行全面的考虑，达到最高的综合效益。目前实际工作中往往不能对设计方案进行多方案多参数的综合对比分析和优化选择，设计方案的选择容易出现片面性和主观性。另外在设计管理和技术研究两个方面均要作大量的工作。在设计方案比较选择时必须对工程设计项目的各项实际需求、环境条件的特点、需求和环境条件的变化趋势等情况进行深入调查研究，对各种技术方案的特点、适用条件和范围进行客观深入的分析，对暖通空调各种技术发展的方向和趋势有深入的了解，尤其必须对各种设计方案的可行性、安全性、投资、能耗、运行费用、调节性、操作管理的方便性、环境影响、舒适性和美观性等技术经济评价因素进行客观准确的计算和综合对比分析。只有这样才能完成一个完美的暖通设计。