如何使空调系统的设计更具有合理性

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【摘要】分析了工程项目建设实施过程中空调专业存在的问题，提出了在空调项目设计、实施中，对空调系统及其设备的选择上一定要认真比较分析，制定满足实际需求的设计方案，才能确保投资合理，避免浪费。

【关键词】空调设计、设备、蓄冰空调、专业配合

中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：

设计阶段是影响工程项目质量的决定性环节，施工阶段是工程质量控制的关键环节，做好这两个环节的控制工作，才能在保证工程项目建设质量的基础上使其投资最低或使其运行成本最优化。空调工程在机电设备投资中占有较大比例，因此投资者加大了对空调专业的设计质量和设备投资、运行投资的关注。所以，空调系统设计人员应该足够重视设计中的常见问题。

空调系统设计方案的选择

空调系统方案的选择在工程项目暖通设计中起到至关重要的作用，其对建设成本投资及日后的运行管理都起决定性作用。空调方式的选择应根据建筑物规模，所在地区气象条件、能源状况、政策、环保等要求，通过技术比较确定。如：蓄冰空调系统虽然有利于电力部门移峰填谷、提高发电设备的效率，能够缓解供电不足地区峰值电力紧张的矛盾，在实行峰谷电价地区能节省空调系统的运行费用。但是，蓄冰空调系统相对来说初投资大，蓄冰设备还要占用较大的建筑空间，故整个系统的经济性还是要进行分析论证的。如果建筑空间经济效益高，而峰谷电价格优惠幅度小或空调面积较小，产出投入效益低，以致于蓄冰空调系统的投资回收年限过长或在建筑使用年限内根本无法回收，那么该工程项目从经济效益方面来说，不宜采用蓄冰空调系统。

另外，写字楼或商业、出租性空调系统，内外区划分及内区排风问题不容忽视。这一类工程中当建筑平面进深较大时，用户往往根据使用要求将敞开的大空间分割成若干个小空间，冬季及过渡季节，建筑的护结构的热负荷由外区的空调系统提供；而内区既没有维护结构失热，又存在着人、灯光、设备的散热，因此将会造成内外区温度明显差异，外区需要供热而内区需要供冷。此时如果依然采用两管制不分内外区的空调系统，在采暖季节，当外区达到采暖设计温度18℃时，内区由于内部散热量大，温度甚至会高于30℃，这样既无法满足用户的舒适性要求，又造成不必要的能源浪费。因此，内外分区，合理设置空调系统，附以内区排风系统，不但在冬季保证各个区域的空调温度，而且能充分利用建筑内部余热，节省能源。

目前，空调产品、新技术发展迅速。设计或投资者往往由于工程进度的关系，还未来得及消化新产品的构造或技术要求，就草草应用，或是未经比较、分析、论证，就盲目照搬其它工程设计，结果是多花了钱，还未必能达到预期目的。在设计前期花一定的时间和精力对设计方案进行分析、比较、论证，选择合理的设计方案，才能确保投资合理，避免浪费。

当然，对于设计人员来说方案的选择往往还会受到来自建设单位的影响。如何与建设单位协调好方案的选择也是设计人员应该考虑的问题。

空调系统设备选型

2.1冷源设备及其匹配问题

冷负荷的计算是选择冷源设备的主要依据，目前，设计人员大多根据夏季逐时冷负荷的最大值来选定冷源设备，而且通常富裕量取得比较大，这就造成大马拉小车的浪费现象，同时使得制冷设备长时间在部分负荷下运行，效率比较低。目前，我国已投入运行的空调系统中，有不少制冷机组被闲置，造成设备资金和建筑空间的浪费，其中估算不准确，设计富裕量太大是主要原因。所以在较大型的空调系统制冷设备的选择过程中，应考虑系统末端的同时使用系数，制冷设备与末端容量之比建议控制在1：1.25之间为宜，避免制冷设备选型过大，造成不必要的浪费。

冷负荷的逐时负荷计算分析对冷源设备的合理匹配也是有意义的，应根据建筑物的负荷分布情况，合理选配制冷设备的台数，通过有效控制冷设备运行台数，使制冷设备尽量在满负荷下高效运行。如果大型空调系统采用离心式冷水机组，当开机时间内逐时负荷或值班负荷占装机（单机）负荷的比例小于30%时，应注意合理搭配适合于部分负荷运行的机型（如三级压缩）或小负荷冷水机组，以确保离心式冷水机组在安全、经济、合理的工况下运行。

同时在选择冷水机组或热泵机组时，还要考虑机组实际运行工况与厂家样本所提供的工况的差别，如冷却水进水水温、机组的供回水温度、污垢系数等，对机组参数进行修正。综合考虑以上几个方面因素，才能合理的选配机组。

2.2水泵的选择

水泵的选择应进行管网水力计算，应贯彻执行国家设计标准（GB500189-

2005)对水系统“水输送系统”的要求，避免出现大流量小温差低效运行。然而，目前许多工程的空调水泵实际处于超流量状态，原因是水泵扬程大于实际运行的系统阻力。水泵特性曲线越平坦，水系统的阻力超流量的现象越严重。水力工况5m水柱的压差甚至会使流量相差一倍以上。由于水泵耗电功率与其扬程和流量的乘积成正比，随流量增加将导致电流增加，致使水泵电源开关跳闸甚至烧毁电机。而且，水泵扬程选择过大会抬高整个系统的工作压力，从而造成设备的承压及试验压力过大，增加了投资费用。因此，准确计算水系统的阻力、合理的选择水泵流量及扬程，是保证水系统工作压力的稳定性的基本要求，也是避免水泵超载运行、提高运行效率、降低水泵功耗的要求。

2.3冷却塔的选择及运行中应注意的问题

作为空调系统冷却水的核心设备，冷却塔在空调系统中起着重要作用，工程实践证明，冷却水的供水温度每上升1℃，冷水机组的COP值下降近4%。影响冷却塔性能的常见因素有以下几个方面：

（1）冷却塔布水不均或布水孔太脏会导致冷却塔的性能下降，从而使其水温偏高。

（2）冷却水系统旁通阀不关会导致通过水塔水量减少，从而使供水温度升高。

冷却塔在选择时，考虑到其年久效率下降比冷水机组快，故应适当选大些。值得注意的是在大开间建筑内部区域，由于人员、灯光和设备负荷相对稳定，且不受室外气象条件影响，全年基本呈现冷负荷。所以，冬季利用冷却水系统为建筑内区提供冷源不失为一项较好的节能措施。

2.4空气处理机的选择

空气处理机是全空气系统中的末端处理设备，是工程中容易出现问题的一个环节，其在设计中常见问题如下：

（1）空气处理机余压选择应计算，选择过小，将使末端送风量达不到设计要求，余压过大，将导致空气处理机电流增大，而使其过载保护启动，机器不能正常运行。

（2）寒冷地区冬季，由于设计或设备造型不当，使通过表冷器或加热器内水量过少或流速过缓，导致表冷器或加热器冻裂。在此提出几种解决方式：一是增设旁通风道与表冷段并联，冬季时使用此旁通风道，关闭表冷段；二是将新风阀改为自动控制，当室外温度下降到危险值时，新风阀可以自动关闭；三是冬季对新风进行预热处理，可以用电加热器，也可以与排风进行热交换。

专业间的相互配合

一个优秀的工程体现了高水平的设计综合实力，设计专业间的配合至关重要。许多空调工程的问题往往出现在空调专业与其它专业的“结合部”。

1.与建筑专业的配合

合理设置机房、管井是空调工程师与建筑师配合的首要问题，应当从节能、运行可靠的角度对建筑专业提出要求，按照能耗由大到小的优先顺序将所有耗能的管线尽量缩短；应避免管线频繁变化标高而引起的“放气”隐患，空调专业应核实建筑专业的百叶窗尺寸，以确保空调新风量的要求。实际工程中发生过百叶窗的有效面积不符合新风量的要求，百叶窗阻力过大，新风无法达到设计流量的案例。与建筑专业的配合尚应关注维护结构的保温性能，尤其是玻璃幕墙的形式、结构和构造，帮助建筑专业把好节能关，同时这也是计算冷量、选择合适的空调设备的需要。

2.与电气专业的配合

空调设备由于生产厂家的不同，技术参数会出现差异。空调专业在设计过程中向电气专业提供的空调设备电气技术资料，往往与实际招标或订货设备参数不一致。必须核实空调设备与电气专业的设计偏差，并根据偏差的实际情况调整电气设计，使电源的电压、设计电流、电压开关、导线、继电保护等满足设备的要求，以保证空调设备投入安全、可靠的运行。

3.管线交叉等设计、施工安装问题

对于管线复杂、管线施工空间小的空调工程，就需要各专业一起管线进行综合，确定各专业管线的最佳走向，同时绘制综合管线剖面图，以减少施工难度。通过剖面管线的绘制，在保证各类管线安全要求的前提下，限定各个管线的位置和高度，以确保实现建筑的设计空间。管线垂直交叉时，可以利用错开管线法兰、支吊架等措施减少管线占用高度，但水平交叉的管线不能忽略管道法兰的占用空间以保证管线的安装、保温所必须的安装空间。在管线施工前，做好各专业的管线汇总、综合剖面、放线等工作，才能有效的避免管线打架和由此造成的进度拖延及经济损失。管线打架时，应按对建筑功能使用重要性、能耗大小、经济性等排列顺序考虑避让、并合理地设置补救措施（如高点放气、低点防水等），使其综合损失为最小。还应注意避免在风机、水泵、空调箱等设备的进出口管线两倍直径的范围内设置弯头，否则流体产生的涡流不仅会增加管路的局部阻力、设备能耗和噪声，甚至难以保证设备的正常启动及运行。

结束语

对工程建设的质量、投资控制，必须本着预防为主的原则。设计计算、设备选型不当、设计考虑不周等问题引起的事故、故障屡见不鲜，应当引起设计人员足够重视，做到工程项目的最优化设计，使设备在安全、正常使用的前提下，产生最好的工程效益。

参考文献：

［1］潘云钢 高层民用建筑空调设计 北京：中国建筑工业出版社 1997

［2］民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB50736-2012

［3］陆耀庆主编 实用供热空调设计手册 中国建筑工业出版社

［4］李娥飞 暖通空调设计通病分析手册 中国建筑工业出版社

［5］陈沛霖，岳孝芳主编 空调与制冷技术手册 同济大学出版社