暖通空调系统的设计要点全面解析

　　空调建筑热工要求

　　1、建筑围护结构的一些热工特性

　　玻璃的吸收率主要取决于Fe2O3的含量；

　　长波辐射（低于120℃）不能穿透玻璃；

　　从空气中进入透光材料时，折射率总是大于1；

　　遮阳系数SC的定义，可能为1或大于1；

　　总遮阳系数＝分遮阳系数相乘；

　　Low-e膜的作用：减少辐射传热，而不是减少SC，双层玻璃之间。

　　2、工艺性空调的建筑热工要求

　　“暖通设计规范”：与恒温精度有关，与地区无关，有热惰性D要求；比公建节能标准低。

　　3、舒适性空调的建筑热工要求

　　应满足公共建筑与居住建筑的节能设计规范要求。

　　注意点：

　　热工要求与气候区、体型系数、窗墙比有关；

　　窗的遮阳系数限值包括了外遮阳系数；

　　不满足限值要求时，可以采用权衡法判断，参照建筑的概念；

　　外窗和玻璃幕墙的气密性的要求：

　　外窗4级和玻璃幕墙：3级。

　　4、全国性与地方性规范的差异问题

　　例如全国和北京市的公共建筑节能设计规范明显不同。从严原则，从新原则。

　　空调舒适性与设计参数选择

　　1、空调舒适性影响因素

　　人体的冷热感与温度、湿度、风速、内表面温度、活动量、衣着、年龄、性别、身体状况等因素有关；湿度的影响与温度有关。

　　2、空调舒适性的评价方法

　　热舒适性指标：PMV：预计平均热感觉指数，7级：＋3～－3；

　　PPD：预期不满意百分率；

　　PMV=0相当于PPD＝5％；

　　规范要求：PMV=±1（PPD≯27％），±0.5（10％）。

　　3、空调室内设计参数的确定

　　工艺性空调：按工艺需求确定；

　　舒适性空调：（暖通设计规范、公建节能设计规范、建筑节能规定）；

　　夏季：22～28℃，40～65％；25℃，设定值不低于26℃；

　　冬季：18～24℃，30～60％；20℃；

　　办公新风量：30m³/（h.人）；

　　综合考虑：投资、能耗、环保、舒适、健康，对于无人员长期停留的情况；防止设计参数过高！

　　确定房间新风量的因素：人员需要、补充排风、正压要求、稀释污染溶度；

　　确定房间新风量的方法：这些风量相加；

　　确定全空气空调系统新风比的方法：Y=X/(1+X-Z)。

　　4、空调室外计算参数：

　　空调室外干球温度、湿球温度、日平均温度、度日数。

　　焓湿图与空气处理过程

　　1、基本公式应记牢，适用条件、参数单位

　　h=1.01t+d(2500+1.84t)，（kJ/kg干空气）；

　　应用基点：0℃；热湿比：（kJ/ kg）。

　　2、焓湿图的特点

　　注意焓湿图的大气压，不同大气压处理过程的区别。

　　相同干球温度和相对湿度，压力减小：露点温度相同，d增大；

　　平行线：等温线不平行、等焓线和等d线平行；

　　湿球温度和焓不相交，因此是例外。

　　干球温度、湿球温度、露点温度的相对关系：tg低于0 ℃时存在ts；直接蒸发冷却空调能够使送风温度低于湿球温度、露点温度。

　　3、热湿处理过程

　　牢记主要处理过程变化和热湿比值：表冷器冷却、转轮除湿机、循环水喷雾加湿（低温水喷淋过程）、蒸汽加湿、加热器；

　　混合计算：图解法和计算法；

　　饱和线上的两点混合；

　　露点和机器露点的区别。

　　4、主要加湿方法与特点：

　　湿膜加湿；

　　电极式加湿 (水位控制加湿量，不能用纯净水）；

　　电热式加湿(用软化水）；

　　超声波加湿(用软化水）；

　　喷水加湿；干蒸汽加湿。

　　5、主要除湿方法与特点：

　　加热除湿：对温度没有要求的情况；

　　冷冻除湿： 适用于露点温度>4℃；

　　转轮除湿： 露点较低，再生温度： 120～140℃；

　　溶液除湿： 除湿量大， 露点较低，单一过程处理，氯化钙、氯化锂、溴化锂、三甘醇等，再生温度50～60℃。

　　空调负荷与计算

　　1、基本概念得热量与冷负荷的关系、室温恒定除去热量；空调负荷与能耗关系。

　　2、空调区得热量组成围护结构传热、外窗的太阳辐射热、人体散热量、照明散热量、设备管道散热、渗透空气带入的热量、散湿过程的潜热量。(稳定负荷)

　　3、空调系统冷负荷的影响因素建筑形状、围护结构热工状况、室内发热量、系统方案、运行方式。

　　4、空调湿负荷组成人体散湿量、渗透空气带入的湿量、化学反应散湿量、湿表面散湿量。

　　5、房间负荷与系统负荷附加冷负荷：管道温升、风机温升、新风负荷；多个房间空调系统负荷的计算方法：各房间最大负荷相加or综合逐时负荷最大值。

　　6、空调冷负荷计算施工图空调冷负荷应逐项逐时计算；谐波反应法和冷负荷系数法（传递函数法）；考虑室内设备的同时使用系数、设备的功率因数、人员的群集系数；间歇运行应考虑间歇附加；计算时刻t和作用时刻t-ε的区别；围护结构传热量计算时的室外计算温度；外窗：室外逐时温度；外墙和屋顶：室外逐时综合温度；与非空调邻室的隔墙楼板：邻室平均温度；地面冷负荷计算：舒适性空调的地面传热冷负荷可以不算；工艺性空调计算2m以内；？邻室温差大于3℃时，应计算隔墙和楼板传热冷负荷。

　　7、空调热负荷计算与采暖计算方法相同，但冬季室内计算温度应采用冬季空调计算温度；人员散湿量对热负荷的影响不考虑，计算新风加湿量时应考虑。

　　8 送风量计算：图解法和计算法。

　　空调方案比较与选择

　　1、主要空调方案

　　2、空调方案评价指标：可行性

　　经济性：一次投资＋运行费用（全面、包括运行管理）

　　能耗：运行能耗＋生产能耗；

　　调节性、可操作性、可靠性；

　　环保性：制冷剂、温室效应、污染排放；

　　资源消耗、美观性、安全性、舒适性、抓住主要因素。

　　3、空调方案比较的一些问题

　　设计方案优选十分重要，不能轻视；没有最好，只有最合适，任何方案都不可能是通用最佳的，都有一定的适用条件，具体问题具体分析。应综合比较，多参数和生命周期评价；既要采用新技术、又要防止盲目“追新”；空调冷机的安装功率与实际能耗是不同的；空调系统不是越复杂越好、越贵越高档。

　　4、一次回风与二次回风的适用条件

　　二次回风：送风温差小、湿度要求较高，二次再热量较大的情况。

　　5、变风量空调系统的特点：

　　比CAV节能、投资高、新风量调节困难、噪声较大、温控精度不高。

　　6、水环热泵空调系统

　　冬季采暖地区、内区较大且有稳定的余热，噪声较大。暖通设计规范的水温规定：15～35℃（规范与节能技术措施规定矛盾）。

　　7、溶液除湿空调系统

　　适合有余热利用的场合、干燥气候区，不适合间歇运行。

　　8、风冷和水冷谁更节能

　　水冷方式通常更节能，应具体分析，在相同气候条件下水冷的冷水机组效率高于风冷。

　　9、风机盘管＋新风系统

　　一次投资较低，通常比CAV和VAV系统节能，房间可单独控温，但存在漏水的隐患。

　　气流组织设计

　　1、气流组织设计应考虑的因素

　　温湿度参数要求、允许风速、噪声标准、空气品质、ADPI要求、室内温度梯度、建筑物的特点（高度）、设备散热情况、工艺设备布置情况、舒适性等。

　　2、送风方式及送风口选型规定

　　一般情况：百叶风口侧送；有吊顶：散流器；要求高：孔板送风；高大空间：喷口送风、地板送风；低温送风口：比露点高1～2 ℃。

　　3、送风温差和换气次数的规定 (舒适与节能的矛盾）

　　舒适性空调：通过冷负荷计算确定；送风温差尽可能大！送风高度<=5m, 送风温差：5～10℃；送风高度>5m, 送风温差：10～15℃；换气次数不宜小于5次／h（高大空间除外）；工艺性空调：按温控精度确定送风温差和换气次数。

　　4、基本概念

　　空调送风不等温射流，等温射流的阿基米德数＝0，阿基米德数表示射流的弯曲程度。

　　5、送风射流计算：

　　侧送风射流射程X>A－0.5m。

　　6、地板下送风的特点：

　　减少空调负荷，但送风温差减少，风机能耗增加。

　　7、变风量末端调节最小送风量：

　　应考虑最小新风量，最小换气次数。

　　空调水系统

　　1、水泵备份的规定：严寒或寒冷地区，不超过3台时，宜设置备份。

　　2、两管制与四管制的适用条件尽可能不用四管制。四管制： 全年运行中供冷供热频繁切换或同时使用。

　　3、一次泵的台数应与冷水机组台数对应。

　　4、冬夏季循环泵兼用问题：不宜兼用！

　　5、定压方式、定压点压力规定：宜膨胀水箱定压；系统最高点压力高于大气压5KPa，如果膨胀管直接接到循环水泵入口，应附加最高点到水泵入口的流动阻力。否则流动后可能会出现倒空。

　　6、补水点压力：比静压高3～5m。

　　7、变频定压方式是否节能：一次泵和二次泵，二次泵不一定比一次泵节能。

　　8、空调冷凝水管的规定：水封、坡度、管材、接口、保温。（支管0.01,干管0.003)。

　　9、系统调节：变频调节的节能原理：流量减少，水压减少。带电动阀温控的风机盘管，不变频的情况下，水系统节能不显着。

　　10、水泵多台并联运行问题：是否衰减，单台运行问题。

　　空调设备性能、选择和相关标准

　　1、空调设备性能与影响因素

　　了解空调设备的额定工作状态、非额定工况的性能变化。

　　2、空调设备、冷热源选择空调冷热源选择原则：

　　综合季节能效比最高。综合部分负荷性能系数IPLV，季节能效比SEER，吸收式制冷的一次能耗通常大于电制冷；冰蓄冷通常不节能，但有助于移峰填谷，是否省钱要看峰谷电价差；区域供冷的综合COP通常比分散式空调系统低；冷机的COP与空调系统COP是不同的；变频调节在很低负荷率的情况下不一定节能；风机盘管的额定工况是高速档参数，选型通常按中速档参数选；吸收制冷机部分负荷效率比额定工况高，表冷器湿工况的阻力增加，析湿系数＝Q总／Q显 , >=1；喷水室的饱和效率；喷头方向。

　　3、相关节能标准

　　空调器、冷水机组等能效比均有要求，1～5级。3级以上为节能型；设备标准不分压缩机类型，低于公建节能设计规范。

　　空调节能

　　1、空调节能途径

　　建筑热工：围护结构隔热、内外遮阳、体型系数、窗墙比；空调设计：空调室内参数确定；系统方案优选；负荷和水力准确计算；设备配置；设备能效比；变频调节；免费冷源利用（蒸发冷却、冷却塔供冷、新风供冷）；气流组织设计（分区、分层）；风管和水管的合理布置；热泵利用；新风量控制；排风热回收；冷水机组热回收。运行管理：间歇运行、变频调节、设备清洗。

　　2、空调能耗计算

　　计算方法：模拟计算法（DEST，DOE－2，Energy-plus,HASP)、满负荷运行时间法、负荷频率表法。模拟计算准确性的影响因素。

　　3、排风热回收条件和效率要求

　　设置要求：显热和全热热回收的效率不低于60％；注意热回收效率的什么效率：显热或全热，排风或新风。目前是按新风和排风流量相同、没有冷凝过程来计算和测试的。没有说明都是新风热回收效率。冬季防冻问题，结露问题。热回收效益还与使用时间有关。

　　4、设计送风温差的规定：尽可能加大，<=5m， >=5℃，>5m， >=10℃。

　　5、分层空调的规定：>=10m， >＝10000m3。

　　6、风机盘管新风接法：供冷性能、能耗、空气品质、新风量。

　　7、吊顶直接回风的规定：顶层、发热大、吊顶高；集灰问题。

　　8、风机单位风量耗功率要求：900Pa，包括新风系统，应标注全压和最低总效率。

　　9、水系统的输送能效比要求：扬程：36m。

　　10、如何减少风机、水泵的能耗：设备效率、管道布置、尺寸与水力计算、阀门设置与选型、过滤器。

　　11、可以采用电锅炉和电热水器的条件。采用可再生能源发电的地区。

　　12、冷热源设备的能效要求：公建节能标准和设备标准，按最高取。

　　13、综合部分负荷性能系数IPLV（水冷电制冷冷水机组）：2.3%A+41.5%B+46.1%C+10.1%D。

　　14、空气源热泵冷水机组适用条件：冬季性能系数低于1.8不能用。

　　15、新风节能调控问题：控制参数：新风免费供冷：控制焓值；人员需求控制：CO2溶度。

　　16、空调风管不应采用土建风管： ?保温和漏风问题、卫生、阻力→节能问题。

　　17、新风系统和新风口的设置：节能、安全、投资、管道布置、噪声。

　　空调消声减振问题

　　噪声评价指标和标准：声压测量，A声级与 NR的关系 ：La=NR+5 (dB)

　　消声途径：

　　源头控制最有效：选择低噪声设备、风机水泵的隔声隔振；风机在低效状态的噪声增加；在风压和风量相同的情况下，轴流风机的噪声通常高于离心风机。

　　消声器选择

　　风机水泵的噪声主要是低频噪声；阻性：高频噪声；抗性：低频和中低频噪声；微穿孔板消声器：共振型；消声计算：风机噪声计算、气流噪声、自然衰减；不同频率是不同的！多个噪声源的噪声叠加计算；从大到小逐个叠加；相同噪声源的迭加＝单个Lw+3dB；直风管：V<5m/s可不计算再生噪声；V>8m/s可不计算自然衰减；隔振：n>1500r/min采用橡胶隔振垫，否则采用弹簧减振器；设备运转频率应比减振器垂直方向的固有频率应比高2.5倍以上，宜4～5倍。

　　空调消声隔振设计原则

　　机房布置、设备选择、风管布置、风速控制、设置消声设备、隔振减振措施等。空调风管的风速选择：规范与教材和设计手册不同！

　　空调监测和控制问题

　　自动控制系统功能：检测、显示、调控、工况转换、自动保护、计量。

　　设置集中监控系统的条件：规模大台数多、距离远、节能调控、保护。温度、压力、流量传感器的量程范围温度：1.2~1.5倍，压力和流量1.2~1.3倍。

　　阀门选择的原则：水两通阀：等百分比特性，水三通：抛物线或线性；蒸汽两通阀与压力损失比有关：小于0.6用等百分比，否则用线性的。

　　开关阀不能采用调节阀；

　　易燃易爆环境应采用气动阀；

　　变风量末端选择：压力相关型用于定静压系统；

　　自动保护：电加热器与风机联锁，设置无风断电和超温断电保护，金属风管应接地。

　　空调防火设计问题

　　1、系统设置规定

　　“高规”：空调系统横向应按防火分区设置，竖向不宜超过5层，垂直风管应设置在管井内。新风和排风管道竖向超过5层的条件：排风管设止回且各层设置自动喷水灭火系统。“建规”：空调系统横向宜按防火分区设置，竖向不宜超过5层，设置止回阀或防火阀的管道可以例外。垂直风管应设置在管井内。

　　2、防火阀设置规定（“建规”和“高规”）

　　穿越防火分区处；

　　穿越空调机房、重要房间和火灾危险大房间的隔墙和楼板处；

　　（防火分隔处）变形缝两侧；

　　垂直风管和水平风管的交接处的水平管段上。

　　3、管道保温材料防火要求

　　“高规”：

　　空调风管应采用不燃材料制作：腐蚀性介质风管、软接头可采用难燃材料；风管和设备保温材料、消声材料、粘结剂应采用不燃材料或难燃材料；防火墙和变形缝两侧2m内的风管和电加热器前后0.8m的风管、穿过有火源或容易着火房间的风管应采用不燃材料保温。

　　“建规” ：空调风管应采用不燃材料制作：例外：腐蚀性介质风管、软接头可采用难燃材料，大空间、设置防烟防火阀的风管可采用烟密度小于等于25的难燃材料风管和设备保温材料、消声材料、粘结剂宜采用不燃材料，可用烟密度小于等于50的难燃材料；防火阀两侧2m内的风管、电加热器前后0.8m的风管、穿过有火源或容易着火房间的风管应采用不燃材料保温。

　　4、空调系统与消防排烟系统兼用的问题：不宜兼用！