寒冷地区空调设计若干问题

贺 晓,胡桂秋,逯国强

(承德石油高等专科学校 热能工程系，河北 承德 067000)

寒冷地区空调设计若干问题

贺 晓,胡桂秋,逯国强

(承德石油高等专科学校 热能工程系，河北 承德 067000)

针对寒冷地区空调系统设计中存在的水泵、机组容量选型偏大，新风盘管冻裂，冷凝水排出不畅等问题进行详尽分析，并提出可行的解决措施，以降低系统投资和运行费用，提高使用效果。

寒冷地区；空调；机组选型；新风系统

寒冷地区夏季需要供冷，冬季需要供暖。以承德为例，承德市冬季空调室外计算温度为-15.7 ℃，夏季为32.7 ℃，夏季空调平均温度为27.4 ℃。负荷特点是：冬季热负荷大，室外新风温度低；夏季冷负荷中室内人员、设备、照明负荷及太阳辐射热所占比重较大。

目前，由于一些设计人员在设计空调系统时，未进行详尽的负荷、设备选型和水力计算，仅根据经验进行估算，或考虑因素不全面，从而造成系统投入运行后，运行效果不佳、能耗高、发生故障或不能使用等问题。本文对运行中存在的若干问题进行探讨，以作同类工程参考。

1 水泵容量偏大

在空调系统中，水泵的耗能占有较大比重，特别是大型公共建筑供暖空调电力消耗中，60%～70%由输送和分配冷量热量的风机水泵所消耗，而这部分电耗有可能降低60%～70%，节能潜力巨大[1]。

1.1冷冻水泵容量偏大

目前承德市的空调系统基本上都采用双管制，冬夏共用循环泵。在寒冷地区，冬季热负荷一般会比夏季冷负荷大，但是冬季热水的设计供回水温差一般为10 ℃，夏季设计供回水温差一般为5 ℃，因此冬夏季水流量需进行计算比较后进行确定。采用冬夏共用水泵时，如冬季流量大于夏季，则冷冻水流量会偏大。同时，由于一些设计人员在选水泵时多评经验估算，增加较大的安全裕量，也会导致水泵容量偏大。

在目前的空调水系统中大多不设变频器，如果选型大了，首先会增加设备投资，最重要的是水泵未工作在高效区，会增加运行能耗，同时会造成水系统大流量小温差运行，不能充分发挥冷水机组的效率。

1.2冷却水泵容量偏大

冷却水泵容量偏大，一是会增加设备投资和运行能耗；二是对于目前大多数采用微电脑自动控制启停的冷水机组而言，在运行初期，由于室外温度较低，冷水流量大，流速高，导致冷凝温度低于机组设定温度而无法启机。

2 冷水机组容量偏大

2.1原因

1)设计人员未按规范要求进行逐项逐时的冷负荷计算，仅将单位空调面积的冷负荷估算指标作为设备选型的依据，增加较大的安全系数。

2)设计人员考虑因素不全。如在承德地区，夏季围护结构传热负荷占的比重较小，特别是执行节能标准后，冷负荷中主要组成部分为室内人员、照明、设备和太阳辐射形成的冷负荷。而有些建筑如商场，虽然计算中太阳辐射热占较大比重，但实际使用中，大多数建筑外墙和外窗上会悬挂广告牌，室内装修时也会悬挂商品等，因此太阳辐射形成的冷负荷会比按原建筑结构计算值小很多。如果设计人员未考虑这些因素，也将会导致所选机组容量偏大。

2.2产生的影响

1)增加设备投资。

2)机组低效区工作，增加能耗。

即使计算准确，冷水机组在整个空调期的实际运行中也有大部分时间为部分负荷运行。实际测试表明冷水机组的COP随部分负荷的大小和机型不同而变化。对于离心式机组而言，大概在部分负荷率为75%时COP理论上达到最高，低负荷率运行时，效率低，能耗相对较大；对容积式压缩机而言，根据实际测试，部分负荷条件下机组的性能系数COP随负荷的减少而下降[2]。

如果机组容量选择偏大，将更会降低冷水机组的效率，增加运行能耗。

3)在运行初期和末期或夜间，由于主机容量大，负荷小，有可能导致机组无法正常工作。特别是对离心式冷水机组而言，机组容量选择过大，易发生喘振而无法正常工作。

2.3解决措施

《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》规定施工图设计阶段应对空调区的冬季热负荷和夏季逐时冷负荷进行计算；夏季冷负荷应按空调区各项逐时冷负荷的综合最大值确定。

在选择主机时，必须严格遵循《公共建筑节能设计标准》要求，按计算的空调冷负荷值直接选定，不另作附加，当机组规格不符合计算冷负荷的要求时，所选机组的总装机容量与计算冷负荷的比值也不得大于1.1。同时必须仔细分析冷负荷的组成和变化，防止主机在低效区工作或不能正常工作。在大型集中空调中，多台分级能量调节的控制方案应用较为广泛。

3 冬季新风盘管冻裂

在设计中，为保证新风口处有足够的负压，新风盘管一般距离新风口都较近，这在夏季不会有什么影响，但在冬季室外温度较低的地区，极易造成机组盘管冻裂。

《暖通规范》规定，新风进风口处应装设能严密关闭且保温的阀门。但有很多工程新风口未设关闭阀门或关闭不严，在刚启机时，由于盘管内热水还未循环起来，温度较低，新风口处负压较大，漏风严重，新风温度低，造成了盘管内的水结冰冻胀盘管。如承德市某医院的空调系统某一个冬季运行时，约有10多个新风盘管被冻裂，造成了严重损失。

针对这种情况，可采取如下措施予以解决：

1)对高层建筑可集中设置新风竖井，新风处理机制分设于各层，或直接加大盘管与新风口的距离；2)在新风口处设置高质量、能严密关闭的保温阀门，适当降低新风口新风流速；

3)工作人员运行时，先不开风机，只开启热水循环泵，使盘管温度升高后，再开启风机，但对于热水供水温度较低，新风量较大的系统，效果不明显。

4)新风机组设置防冻控制系统。

5)设置新风排风全热交换器，预热新风，提高新风温度后，如需加热再引入盘管，同时还可以降低机组能耗。

4 冷凝水排除不畅

1)冷凝水排水距离太远

冷凝水排水距离太远，会因吊顶高度限制而使排水坡度不够，导致排水不畅，发生漏水事件。因此在设计中必须尽量缩短排水距离，并尽可能就近排放。

2)冷凝水管径设置偏小

在一些工程中，由于设计人员选择的冷水机组、室内机组、循环水泵容量偏大，如空调房间未设温度调节装置或调节装置性能无法保证，未能很好的实现温控调节的目的，从而使实际室温低于设计温度，室内的饱和含湿量会比设计温度时小，产生的实际凝水量会有所增加。而在很多工程中，凝水管路的管径都未按实际流量和坡度计算确定，从而使凝水管径偏小，再加上维护不利，导致凝水排除不畅，发生漏水。

5 结语

1)按规范要求进行详尽计算，选择合适的设备型号和容量；

2)根据建筑物特点和所在地理位置的气候特点进行系统设计和设备选择，以保证系统投资、运行能耗最低，运行效果最佳。

[1] 董哲生．空调系统阻力计算及水泵选型若干问题[J]．暖通空调，2006，36(9)：45-47.

[2] 张小松，夏燚．K．T．Chan．风冷冷水机组部分负荷时的节能优化运行策略与性能分析[J]．暖通空调，2004，34(2)：78-82.

[3] 彭南希．空调设计常见问题分析及节能设计的若干措施[J]．广东水利电力职业技术学院学报，2009，7(1)：44-46.

[4] 中华人民共和国国家标准．GB50736—2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2012.

[5] 中华人民共和国国家标准．GB50189—2015 公共建筑节能设计标准[S]．北京：中国建筑工业出版社，2015.

Air-conditioningSystemDesigninColdArea

HE Xiao, HU Gui-qiu, LU Guo-qiang

(Department of Thermal Engineering, Chengde Petroleum College， Chengde 067000, Hebei, China)

Some problems involving air-conditioning systems design in cold area were analyzed in detail. The main problems include that pump and refrigeration unit capacity selected tend to be larger than necessity; outdoor air curved-pipe is easily damaged by low temperature; condensation water can’t be discharged absolutely. Some practicable suggestions were given to solve these problems, which can reduce the investment and running expense, and improve the unit performance.

cold area; air-conditioning; unit capacity selection; outdoor air system

TB657

A

1008-9446(2017)05-0049-02

2016-12-19

贺晓(1991-)，男，河北承德人，助教，从事供热、制冷、空调方面的教学及科研工作，E-mail：hexiaocdpc@163.com。