基于设计过程中的供暖与通风空调优化设计研究

2021-03-30何先翔

智能建筑与智慧城市 2021年11期

何先翔

（宁夏建筑设计研究院有限公司）

1 引言

当前，我国社会总能耗约三成来源于建筑，而建筑能耗的50%以上来自采暖、通风、空气调节及相关系统。对于新建项目应将其融入方案初期，一个好的建筑不仅仅只是外立面及功能性，还应兼顾后期运行节能减排及舒适性，全过程协调同步考虑，将节能节费优化方案设计融入方案初期，为用户及建设方带来实实在在的体验与经济性[1]。

2 什么是优化设计

优化设计应充分把握建设方与使用者的意图和需求，结合实际条件和情况，针对不同项目做到因地制宜，以材料的选择、系统方案为基准点，结合前期投入与后期回报，在提升设计质量的同时，降低投入，将降低成本、节能减排、精益求精做在实处[2]。

3 供暖与通风空调优化设计在工程中的应用

3.1 供暖系统

依据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB736-2012》5.3.1条内容：散热器供暖系统应采用热水作为热媒；散热器集中供暖系统宜按75℃/50℃连续供暖进行设计，且供水温度不宜大于85℃，供回水温差不宜小于20℃。集中供热公司与设计院执行同一供回水温度设计标准。但实际集中供热公司热源侧能提供的供暖温度无法满足实际供暖需求，在供暖室外计算温度时，供水温度往往只有50℃～60℃左右。为保证实际供暖效果，设计院往往通过增大散热器片数满足热负荷。

以钢制内防腐GS-X/V，中心距600mm 为例。根据现行规范设计水温，当室内设计温度为18℃，采暖系统设计供回水温度为75℃/50℃时，单片散热量为107W。

当室内设计温度为18℃，采暖系统设计供回水温度为65/40℃时，单片散热量为82W。仅因散热量衰减，散热器片数附加而言，要达到热负荷需求，需附加1.3倍。

当室内设计温度为18℃，采暖系统设计供回水温度为55/30℃时，单片散热量为53W。仅因散热量衰减，散热器片数附加而言，若要达到热负荷需求，需附加2.0倍。

以1 万m2公共建筑为例，热负荷暂按热指标55W/m2估算，则建筑热负荷约为550kW。按设计负荷，以钢制内防腐GSX/V，中心距600mm 为例，单片散热量为107W，粗算需5140 片，单片销售批发价72 元/片，需37 万元，如热源侧水温仅有55/30℃，则通过增加散热器片数，需追加投资37 万元，故仅通过增加片数附加是不合适的。除此之外，还存在散热器片数增加，安装位置是否合理，美观性等诸多问题。

根据热负荷与流量温差的关系：Q=0.86G△T可通过增加流量增大热负荷。

以温差25℃，比摩阻为45Pa/m为例。当管径为DN25mm时，流量0.525m³/h，可提供热负荷15kW。

当管径为DN32mm时，流量1.120m³/h，可提供热负荷32kW。当按规范设计参数计算管径为DN25mm，可增大一号管径，可增加2.133倍流量及热负荷。

当管径为DN40 时，流量1.610m³/h，可提供热负荷46kW。当按规范设计参数计算管径为DN32，可增大一号管径，增加1.437倍流量及热负荷。

通过增加流量，可更为经济有效地弥补因热源侧水温不够而引起的采暖系统热负荷不足的问题。此方法是在热计量收费没有起到作用时，通过增大流量保证热需求的一种较为经济的方式。

3.2 通风系统

依据《气体灭火系统设计规范GB50370-2005》3.1.4 条内容：两个或两个以上的防区采用组合分配系统时，一个组合分配系统所保护的防护区不应超过8个。3.1.5条内容：组合分配系统的灭火剂储存量，应按储存量最大的防护区确定。针对气体灭火系统的事后排风系统，同一防火分区，同一气体灭火系统可只设置一套事后排风系统，按照最大防护分区排风量选定事后排风机即可。可有效减小风机选型规格大小，以及风管尺寸大小，减小投资。

一级负荷中有重要负荷时，虽有两路供电，但仍需设柴油发电机组。一、二级负荷，一路供电时需要设柴油发电机组。当市电停电时，柴油发电机组开启，为消防供电，柴油发电机组平时不运行，消防时运行。当柴油发电机组为风冷冷却时，机组排风量通常很大，导致系统补风量相应很大，当土建有条件时，可采用自然进风口代替机械补风，可有效减少投资。

3.3 排烟系统

依据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB736-2012》6.3.8-4 条内容：可采用风管通风或诱导通风方式，以保证室内不产生气流死角。6.3.8-7条内容：车库内排风与排烟可共用一套系统，但应满足消防规范要求。地下车库排烟系统与平时排风系统共用一套系统，可分为两种系统：

①为地下车库平时排风系统在防火分区内设置诱导风机，

②为地下车库平时排风系统在防火分区内延伸支管代替诱导风机。

后一种要求非立体停车库净高一般≤5m，按每个防烟分区最大排烟量，排烟风管1600mm×320mm 即可，每个防烟分区最小支管800mm×250mm即可，对车库层高影响并不大。且可与人防送风系统平战结合，减少战时新增风管。初投资方面，延伸排烟风管费用小于增设诱导风机。排风风机运行费用小于排风风机和诱导风机运行费用，所以针对地下车库排烟系统与平时排风系统共用一套系统，在层高允许的情况下，采用在防火分区内延伸支管代替诱导风机较为经济，且运行简单。

3.4 空调系统

办公或商业综合体等公建的夏季制冷设计，采用传统空调水系统，冷源采用离心式/螺杆式冷水机组，末端采用风机盘管带新风系统或全空气系统的形式。采用多联机系统形式，具有多方面优势。

1）空调系统运行的节能性

传统空调水系统采用数量较少的大功率压缩机，必须达到一定负荷才可启动，一开全开。特别在客户招商前期，哪怕入驻的客户只有一家公司，对于物业来说，就得提供正常空调服务，费用完全由物业自己承担。而多联机系统采用直流变频技术，极大降低了能耗，提升了节能环保性。采用模块式机组，可根据用户需求进行灵活配置，做到每个公司、每个房间、每台内机均可独立开启控制，外机按需输出。传统空调水系统按照面积收费，纳入物业费征收范围内，客户在使用方面，完全不会考虑节能问题，因为开与不开，同样收费，经常会出现开窗开空调现象，节能效果差。而多联机系统采用分户计量，客户按用量支付，会极大提升节能环保性，可实现能效管理。

2）空调系统运行的灵活性及个性化

传统空调水系统采用全空气系统时，很难针对不同房间功能，根据个别用户需求进行灵活调节，且一开全开，当低负荷运行时，系统能耗较高，主机损耗增加。多联机系统可根据不同房间功能及每个人不同的需求进行设置和控制。多联空调系统可精确到±0.5℃的温度感应，解决部分区域调节的困难性，满足所有人的需求。系统根据产权及功能区域划分，可以24h实时对应，自由开关。

3）释放更多建筑空间，租售空间最大化

传统空调水系统需要设置空调主机房及水泵房，大型办公或商业综合体等大型公共建筑空调主机房及水泵房建筑面积一般占整个空调建筑面积的2%，而采用多联机系统无需占用室内建筑面积。以某空调建筑面积为15 万m2的商业综合体为例，传统空调水系统需要约300m2的空调主机房及水泵房，相当于20 个停车位，按平均市场价40a 租金约为288 万元或售价为160 万元。对建筑竖向设计而言，传统空调水系统的水平管道相对粗大且冗繁，而氟系统因室内只走铜管，管道细小很多，因此可提高净空达200mm。

4）较低的运行管理成本

传统空调水系统需每隔1a～2a 进行专业的管道清洗及维护，且平时的运行管理需要专门的人工，日常维护管理需有2至3 名的专业管理人员。而多联机系统基本无维护管理费用，管理人员可兼职。

5）系统改造的便利性

现代建筑通常使用寿命在40a～50a，空调系统的使用寿命一般为20a 左右。随着经济发展，现代办公及商业建筑内部变化较快，往往会随产权及租售情况的变化而变化。传统空调水系统空调机房及水泵房往往设置在地下室内，机房内大型机组、水箱、水泵等拆除更换困难，空调水系统管道粗大笨重，更换破坏原有装修面大，所以整体改造周期长，改造拆除费用高。多联机系统无需空调主机房及水泵房，室外机放置在屋面或空地，方便更换，室内部分可针对改造区域更换室内机及管道，不会牵一发而动全身，且铜管管道细小很多，更换破坏原有装修面较小，所以整体的改造周期短，改造拆除费用相对较低。