对民用建筑暖通空调系统几项重点节能设计措施的探讨

　　1室内设计计算温度的取值问题

　　2冷热负荷的计算

　　3采暖系统的设计

　　4空调冷冻水系统的设计

　　5采暖与空调水系统的补水及定压设计

　　6空调冷却水系统的设计

　　7空调风系统的设计

　　8通风系统的设计

　　9冷热源设备的选型

　　10室温调控

　　11冷热量计量

　　12水力平衡装置的设置

　　1室内设计计算温度的取值问题

　　在冬季供暖工况下，室内计算温度每降低1℃，能耗可减少5%~10%左右；

　　在夏季供冷工况下，室内计算温度每升高1℃，能耗可减少8%~10%左右。

　　为了节省能源，应避免冬季采用过高的室内计算温度，夏季采用过低的室内计算温度。国家标准《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005第3.0.1条及我省的工程建设标准《公共建筑节能设计标准》DBJ14-036-2006第4.1.3条和《居住建筑节能设计标准》DBJ14-037-2006第5.1.3条，都对典型民用建筑室内采暖与空调室内设计计算温度的取值标准进行了规定，办公室、居住等建筑的冬季采暖不宜高于20℃，公共建筑一般房间的夏季空调不宜低于25℃。

　　对于实施分户热计量对流采暖的住宅建筑，室内计算温度应按相应的设计标准提高2℃；

　　对于计算全面地面辐射供暖系统，室内计算温度的取值可按相应的设计标准降低2℃，或将计算耗热量乘以0.9~0.95的修正系数（寒冷地区乘以0.9，严寒地区乘以0.95）。

　　2冷热负荷的计算

　　国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003中的6.2.1条和《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005中的第5.1.1条，已经明确规定必须进行热负荷和逐项逐时的冷负荷计算，并列为强制性条文。

　　目前,有些设计人员，在施工图设计阶段,往往不加区别地将设计手册或技术措施中提供给方案设计和初步设计时估算冷热负荷用的单位建筑面积冷、热负荷指标,直接用来作为确定施工图设计阶段空调与采暖冷、热负荷的依据。由于负荷估算偏大，导致了冷热源设备装机容量偏大、水泵配置偏大、末端设备偏大、管道直径偏大的“四大”现象。其结果是工程的初投资增高，运行费用和能耗增大，给国家和投资方造成巨大损失。

　　3采暖系统的设计

　　采暖系统设计得合理，采暖系统才能具备节能运行的功能。无论是住宅还是公建，合理设计节能采暖系统的主要原则有：

　　一是采暖系统应能保证对各个房间(楼梯间除外)的室内温度能进行独立调控；

　　二是便于实现分户或分室（区）热量（费）分摊的功能；

　　三是管路系统简单、管材消耗量少、节省初投资。因此，对所有民用建筑室内热水集中采暖系统的设计都要满足上述三个原则的要求。

　　（1）新建住宅热水集中采暖系统应采用共用立管、分户独立循环的系统，常用的采暖系统形式如下：

　　1)下供下回（下分式）水平双管系统。

　　2)上供上回（上分式）水平双管系统。

　　3)下供下回（下分式）全带跨越管或装设分配阀（H阀）的水平单管系统。

　　4)放射双管式（章鱼式）系统。

　　5)低温热水地面辐射供暖系统。

　　（2）公共建筑的集中采暖系统管路宜按南、北向分环布置，常用的采暖系统形式如下：

　　1)上供下回垂直双管系统。一般用于四层及四层以下的建筑。

　　2)下供下回垂直双管系统。一般用于四层及四层以下的建筑。

　　3)上供下回全带跨越管(或装置H分配阀)的垂直单管系统。一般用于五层及五层以上建筑。立管所带层数不宜大于十二层。

　　4)上供下回垂直单双管系统。一般用于十二层以上的建筑，也可应用于四层以上的建筑。组成单双管系统的每一级双管系统不应超过四层。

　　5)水平双管系统。该系统一般用于低层大空间采暖建筑（如汽车库、大餐厅等）。各环路负荷应尽可能均衡，各环路管径应不大于DN25。

　　6)水平单管系统。一般用于低层大空间采暖建筑，当需要单独调节散热器散热量时，应采用全带跨越管(或装置H分配阀)的水平单管系统，否则可采用水平串联式系统。

　　7)低温热水地面辐射供暖系统。公共建筑中的高大空间如大堂、候车（机）厅、展厅等处，宜采用辐射供暖方式，或采用辐射供暖作为补充。当与散热器系统合用时，应注意其对水温和水压的不同要求，必要时应分开设置。

　　8)高层建筑竖向分区供暖系统。适用于系统静水高度超过50m、或外网供水压力低于系统静水压力、或超过散热器的承压能力的采暖系统。低区系统的高度取决于室外热网的压力和散热器的承压能力，可能情况下应尽可能利用外网压力，降低高区负荷。当热媒为低温热水时，宜采用板式换热器进行换热。

　　9)高层建筑直连供暖系统。当热网供水压力不能满足系统运行要求、或者热网静水压力低于系统静水高度，并且热网供水温度较低时，宜采用直连供暖技术使建筑采暖系统与外网直接连接。高层直连供暖技术由加压泵组和压力隔断的专利技术构成，第一代的压力隔断产品为断流器和阻旋器，系统为开式运行；第二代的压力隔断产品为阻断器，系统闭式运行，安装高度不受限制。

　　（3）在选配供热系统的热水循环泵时，应计算循环水泵的耗电输热比（EHR），并应标注在施工图的设计说明中。EHR值应符合下式要求：

　　EHR=N/Qη

　　EHR≤A（20.4+αΣL）/Δt

　　式中：N－水泵在设计工况点的轴功率，kW；

　　Q－建筑供热负荷，kW；

　　η－电机和传动部分的效率，按表1选取；

　　Δt－设计供回水温度差，℃，按照设计要求选取；

　　A－与热负荷有关的计算系数，按表1选取；

　　ΣL－室外主干线（包括供回水管）总长度，m；

　　a－与ΣL有关的计算系数；

　　4空调冷冻水系统的设计

　　国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003的第6.4.11条规定：“设置2台或2台以上冷水机组和循环水泵的空气调节水系统，应能适应负荷变化改变系统流量，并宜按照本规范第8.5.6条的要求，设置相应的自控设施”。目前，常用的空调冷冻水系统有以下几种形式：

　　（1）一次泵定流量系统。系统较小或各环路负荷特性或压力损失相差不大时，宜采用负荷侧变流量、冷源侧定流量的一次泵定流量系统，如图1所示。采用一次泵定流量泵系统时，应按下列要求设计：

　　1)风机盘管的回水管上应设置浮点式电热阀，也可采用传统等电动两通阀（对房间温度控制要求不高时）或电动两通调节阀（对房间温度控制要求较高时）。前者与比后两者相比，具有控制精度高、运行稳定性强、无噪声、体积小等优点；新风机组、组合式空调器的回水管上，应设置动态平衡电动调节阀或电动两通调节阀。前者只受房间温度设定控制，不受外网压力波动的影响，比后者具有更好的调节特性和更长的使用寿命。

　　2)应在总供回水管之间设旁通管及由压差控制的旁通电动调节阀，旁通管管径应按1台冷水机组的冷冻水流量确定。

　　3)冷水机组和冷冻水循环泵之间宜采用一一对应的连接方式。当采用方式连接困难时，可采用共用集管连接，但此时应在每台冷水机组的入口或出口水管道上设置电动隔断阀，并应与对应的冷水机组和水泵连锁开关。

　　4)应密切与电器专业配合，做好自动控制设计，使系统能够根据空调负荷的变化，自动控制冷水机组及循环水泵的运行台数。

　　1)末端装置的回水管上应设置“慢开/慢关”型的浮点式电热阀或电动两通调节阀，且多台末端设备的启停时间宜错开。

　　2)应选择蒸发器流量许可变化范围大，最小流量尽可能低的冷水机组，如离心机30%~130%，螺杆机45%~120%，最小流量宜小于50%。

　　3)应选择蒸发器许可流量变化率大的冷水机组，每分钟许可变化率宜大于30%。

　　4)冷水机组和水泵台数可不对应设置，其启停分别独立控制，水泵转速一般由最不利环路的末端压差变化来控制。

　　5)冷水机组和水泵应采用共用集管的连接方式，并应在每台冷水机组的入口或出口水管道上设置与对应的冷水机组连锁开关电动隔断阀。

　　6)应在总供回水管之间设旁通管及由流量或压差控制的旁通电动调节阀，旁通管管径应按单台冷水机组的最小允许冷冻水流量确定。

　　7)1台冷水机组仍可采用一次泵变流量系统。

　　（3）二次泵变流量系统。系统较大、阻力较高，且各环路负荷特性或阻力特性相差悬殊（差额大于50kPa，相当于输送距离100m或送回管道长度在200m左右）时，应采用在冷源侧和负荷侧分别设置一级泵和二级泵的二次泵变流量系统，且一级泵为定流量运行，二级泵宜采用变频调速泵，如图3所示。采用二次泵变流量系统时，应按下列要求设计：

　　1)末端装置的回水管上应设置水量控制阀，具体设置方法应符合4(1)中第1)条的要求。

　　2)冷热源侧和负荷侧的供回水共用集管（或分集水器）之间应设旁通管，旁通管管径应按1台冷水机组的冷冻水流量确定，旁通管上不应设置因何阀门。

　　3)一级泵与冷水机组之间的连接方式及运行台数的控制，应符合4(1)中第3)、4)条的要求。

　　4)应根据系统的供回水压差控制二级泵的转速和运行台数，控制调节循环水量适应空调负荷的变化。系统压差测点宜设在最不利环路干管靠近末端处。

　　（4）两管制及四管制系统。根据建筑物的具体情况，在满足舒适性要求的前提下，合理地设计负荷侧空调水系统的制式，既可减少空调系统设备和管道的初投资，又能降低空调水系统的运行能耗。负荷侧空调水系统的制式，应按下列要求设计：

　　1)不存在同时供冷和供热，只要求按季节进行供冷和供热转换的空调系统，应采用两管制水系统。

　　2)当建筑物内有些空调区需全年供冷水，有些空调区则冷、热水定期交替供应时，宜采用分区两管制水系统。

　　3)对于全年运行中冷、热工况频繁交替转换或需要同时使用的空调系统，宜采用四管制水系统。

　　（5）“一泵到顶”系统。空调冷冻水系统的静水压力不大于1.0MPa时，竖向不宜分区，宜采取水泵吸入式的“一泵到顶”系统，以减少由于分区而增大土建与设备的一次投资和电耗，并方便设备与系统的运行管理。

　　（6）空调冷(热)水系统的输送能效比（ER）应按下式计算，且不应大于表2中的规定值。

　　 注：两管制热水管道系统中的输送能效比值，不适用于采用直燃式冷热水机组作为热源的空调热水系统。

　　5采暖与空调水系统的补水及定压设计

　　（1）采暖和空调冷（热）水系统小时泄漏量是确定系统补水量、补水管管径、补水泵流量、水处理设备和补水箱容量的依据，应根据空调系统的规模和不同系统形式按系统水容量进行计算，而不应根据系统循环水量进行计算，二者相差很大。如依后者为计算依据，必然会造成补水量计算偏大，进而带来了补水管、补水泵、软水设备、补水箱的选型偏大，结果造成设备的一次投资高且运行不节能。

　　（2）空调冷（热）水系统的水容量可参照表3估算，室外管线较长时取较大值。

　　（3）采暖与空调冷冻（热）水系统的小时泄漏量，宜按系统水容量的1%计算；系统小时补水量取系统水容量的2%，即系统小时泄漏量的2倍；补水泵流量宜取系统小时补水量的2.5~5倍，即系统水容量的5％~10%。

　　（4）闭式采暖与空调冷冻（热）水系统的补水定压点宜设在循环水泵的吸入口处。采暖系统定压点的最低压力应使系统最高点的压力大于大气压力10KPa，空调冷冻（热）定压点的最低压力应使系统最高点的压力大于大气压力5KPa。补水泵的扬程应保证补水压力比系统补水定压点的压力高30~50KPa。空调水系统宜采用高位膨胀水箱定压，该方式具有安全、可靠、消耗电力相对较少、初投资低等优点。

　　6空调冷却水系统的设计

　　（1）冷却塔应布置在环境清洁、气流通畅、通风良好、远离高温的地方，以确保其冷却效率。

　　（2）多台冷却塔并联使用时，冷却塔之间应设连通管或共用连通水槽，以避免各台冷却塔补水和溢水不均匀，造成浪费。连通管的管径宜比总回水管的管径放大一号，且与各塔出水管的连接应为管顶平接。冷却塔的自来水总进水管上应设置水表。

　　（3）冷却塔的总供、回水管之间，宜设旁通管并装电动两通调节阀或采三通调节阀调节控制，保证冷却水混合温度满足冷水机组对冷却水低温保护要求；并宜采用出水温度控制风机启停或变频调速控制，达到节电目的。

　　7空调风系统的设计

　　（1）空调系统新风量的大小不仅与能耗、初投资和运行费用密切相关，而且关系到人体的健康，因此《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005对其取值进行了规定，设计人员进行工程设计时，不应随意增加或减少。另外，在人员密度相对较大且变化较大的房间，宜采用新风需求控制，即根据室内CO2浓度检测值增加或减少新风量，使CO2浓度始终维持在卫生标准规定的限值内。

　　（2）“风机盘管机组加新风”空调系统的新风口，应单独设置，或布置在风机盘管机组出风口的旁边，不应将新风接至风机盘管机组的回风吸入口处，以免减少新风量或削弱风机盘管处理室内回风的能力。

　　（3）房间面积或空间较大、人员较多或有必要集中进行温、湿度控制和管理的空调场所（如商场、影剧院、营业式餐厅、展览厅、候机/车楼、多功能厅、体育馆、大型会议室等），其空调风系统宜采用全空气空调系统，不宜采用风机盘管系统。全空气空调系统具有易于改变新、回风比例，必要时可实现全新风运行，从而获得较大的节能效益和环境效益，且易于集中处理噪声、过滤净化和控制空调区的温、湿度，设备集中，方便维修和管理等优点。

　　（4）建筑空间高度大于或等于10m、且体积大于10000m3时，宜采用分层空调系统。分层空调是一种仅对室内下部空间进行空调、而对上部空间不进行空调的特殊空调方式，与全室性空调方式相比，分层空调夏季可节省冷量30%左右，因此，能节省运行能耗和初投资。但在冬季供暖工况下运行时并不节能，此点特别提请设计人员注意。

　　对于民用建筑中的中庭等高大空间，通常来说，人员通常都在底层活动，因此舒适性范围大约为地面以上2~3m。采用分层空调,其目的是将这部分范围的空气参数控制在使用要求之内，3m以上的空间则处于“不保证”的范畴。这里提到的分层空调只是一个概念和原则，实际工程中有多种做法，比较典型的是送风气流只负担人员活动区，同时在高空设置机械换气(排出相对“过热”的空气)等方式，因此这时需要对房间的气流组织进行适当的计算。

　　在冬季采用分层送风时,由于“热空气上浮”的原理，上部空间的温度也会比较高，如果没有措施,甚至会高于人员活动区,这时并不节能,这是设计过程中应该注意的问题。要改善这个问题,通常可以有两种解决方式，一是设置室内机械循环系统，将房间上部“过热”的空气通过风道送至房间下部；二是在底层设置地板辐射或地板送风供暖系统。

　　（5）同一个空调风系统中，各空调区的冷、热负荷差异和变化大、低负荷运行时间较长，且需要分别控制各空调区温度，以及建筑内区全年需要送冷风的场所，宜采用变风量（VAV）空调系统。由于VAV系统通过调节送入房间的风量来适应负荷的变化，同时在确定系统总风量时还可以考虑一定的同时使用系数，所以能够节约风机运行能耗和减少风机装机容量。有关文献介绍，VAV系统与定风量(CAV)系统相比大约可节能30%~70%，对不同的建筑物同时使用系数可取0.8左右。

　　（6）对于建筑顶层、或者吊顶上部有较大发热量、或者吊顶空间较高时，不宜直接从吊顶内回风。

　　（7）空调风系统的作用半径不宜过大，风机的单位风量耗功率（Ws）应按下式计算，并不应大于表4中的规定。为了确保单位风量耗功率设计值得确定，设计人员在图纸设备表中注明空调机组的风机全压与要求的最低总效率是非常必要的。

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