關(guān)于冷熱源系統(tǒng)設(shè)計中常見問題的探討

張 健

(山西中方森特建筑工程設(shè)計研究院，山西太原 030002)

0 引言

冷、熱源系統(tǒng)是建筑物空調(diào)系統(tǒng)的核心，空調(diào)系統(tǒng)的冷媒水及熱媒水均由冷、熱源系統(tǒng)制備、輸送及供應(yīng)。在空調(diào)系統(tǒng)中，冷、熱源系統(tǒng)的能源消耗占據(jù)了極大比例，初投資一般是整個系統(tǒng)投資的40%～55%左右。因此，合理的冷、熱源系統(tǒng)方案對空調(diào)系統(tǒng)的初投資、運(yùn)行成本、可靠性、維護(hù)管理等方面起著決定性作用。

近年來，在與年輕的設(shè)計人員交流中，尤其是在審閱其圖紙中，發(fā)現(xiàn)了不少問題，其中的很多問題是概念性或者基本程序性的問題。這些問題的存在，一方面使他們困惑，另一方面，也限制了其設(shè)計及技術(shù)水平的提高。同時設(shè)計作品的技術(shù)質(zhì)量較低，甚至存在違背國家的能源政策、環(huán)境政策以及設(shè)計規(guī)范的內(nèi)容。我個人認(rèn)為，正確的設(shè)計概念和設(shè)計步驟對年輕設(shè)計人員至關(guān)重要。一方面能夠為他們指出正確的方向，在工作中少走彎路，不犯或少犯錯誤;另一方面，對提高專業(yè)技能、完成高質(zhì)量的設(shè)計作品也大有裨益。因此，將冷、熱源系統(tǒng)設(shè)計中的常見問題予以總結(jié)，以供更多的年輕設(shè)計人員參考。

1 選擇和確定冷源和熱源的原則與要素

GB 50736-2012民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范(以下簡稱《設(shè)計規(guī)范》)第8章第8.1節(jié)中，對確定冷源和熱源的原則予以了詳細(xì)的闡述，設(shè)計人員應(yīng)熟讀本節(jié)的所有內(nèi)容，并將有關(guān)原則貫徹在自己的設(shè)計作品中。同時，還應(yīng)在選擇冷、熱源時要考慮以下要素:

1)充分了解建筑物的規(guī)模、功能、使用時間及特點(diǎn)。

2)充分了解當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件和參數(shù)，尤其是夏季、冬季極端溫度的范圍、出現(xiàn)的月份和持續(xù)的時間。

3)充分了解當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件，如地下水的水溫、水質(zhì)、出水量等參數(shù)。

4)掌握當(dāng)?shù)氐哪茉磧r格，如城市集中供熱的初裝費(fèi)和熱價、電價、燃?xì)鈨r、水價等。

5)了解國家及當(dāng)?shù)丨h(huán)保政策及節(jié)能減排的優(yōu)惠條件，例如峰谷電價的政策、地源熱泵的補(bǔ)貼政策等。

6)與建筑物的業(yè)主溝通，不同類型的業(yè)主對初投資及運(yùn)行費(fèi)用的關(guān)注和側(cè)重角度差別很大。例如企事業(yè)單位的業(yè)主關(guān)心較多的是運(yùn)行費(fèi)用，自營的業(yè)主關(guān)心的是初投資和運(yùn)行費(fèi)用的平衡點(diǎn)，而房地產(chǎn)開發(fā)商最在意的是初投資。

7)了解建筑物的周邊環(huán)境、位置等以及是否有擾民的隱患。例如在商住樓的裙房屋面安裝風(fēng)冷機(jī)組可能導(dǎo)致住宅樓居民的投訴等。

8)掌握當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件、自來水水質(zhì)等，例如在大氣污染嚴(yán)重或常年風(fēng)沙大的地區(qū)使用風(fēng)冷機(jī)組或在自來水水質(zhì)不好的地區(qū)使用吸收式機(jī)組，機(jī)組的效率會大幅降低，壽命縮短。

2 冷、熱源設(shè)計時，機(jī)組數(shù)量的問題

GB 50736-2012設(shè)計規(guī)范第8章第8.1.5條中規(guī)定:集中空調(diào)系統(tǒng)的冷水(熱泵)機(jī)組的臺數(shù)及單機(jī)制冷量(制熱量)選擇，應(yīng)能適應(yīng)空調(diào)負(fù)荷全年變化規(guī)律，滿足季節(jié)及部分負(fù)荷要求。機(jī)組不宜少于兩臺;當(dāng)小型工程僅設(shè)一臺時，應(yīng)選調(diào)節(jié)性能優(yōu)良的機(jī)型，并能滿足建筑最低負(fù)荷的要求。

GB 50189-2005公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)第5.4.11條規(guī)定:冷水(熱泵)機(jī)組的單臺容量及臺數(shù)的選擇，應(yīng)能適應(yīng)空調(diào)負(fù)荷全年變化規(guī)律，滿足季節(jié)及部分負(fù)荷要求。當(dāng)空氣調(diào)節(jié)冷負(fù)荷大于528 kW時機(jī)組不宜少于兩臺。

因此，在選擇機(jī)組前，要準(zhǔn)確計算建筑物的冷、熱負(fù)荷，同時要盡可能了解所設(shè)計的該類型建筑物其負(fù)荷的波動特性，結(jié)合制造商的資料選擇合適的機(jī)組型號，確定機(jī)組臺數(shù)。目前有一種不良的設(shè)計習(xí)慣，即不管空調(diào)系統(tǒng)計算負(fù)荷是多少，只選擇一臺機(jī)組，尤其在中型建筑物的設(shè)計中，這種現(xiàn)象屢見不鮮，其弊病顯而易見。

鍋爐和換熱機(jī)組的數(shù)量，一般中、大型建筑物可以采用兩臺，特大型建筑物也可以采用更多的臺數(shù)，但通常不超過四臺。

3 冷、熱源主機(jī)選型時共性的技術(shù)問題

在具體選擇冷、熱源主機(jī)時，以下的問題是經(jīng)常遇到的:

1)GB 50736-2012設(shè)計規(guī)范第8.2.2條對電動壓縮式冷水機(jī)組的總?cè)萘看_定有明確的規(guī)定，設(shè)計時必須嚴(yán)格執(zhí)行。

2)對于夏季供冷、冬季供熱的空氣源熱泵機(jī)組，首先根據(jù)建筑物冬季計算熱負(fù)荷確定機(jī)組的總供熱量，同時要復(fù)核機(jī)組的總供冷量是否不小于建筑物夏季計算冷負(fù)荷，如果機(jī)組的總供冷量小于建筑物的夏季計算冷負(fù)荷，則應(yīng)重新選型使機(jī)組的供冷量與冷負(fù)荷值相吻合。在這種情況下，機(jī)組的總供熱量大于建筑物的熱負(fù)荷，應(yīng)采取改變機(jī)組臺數(shù)等手段予以調(diào)節(jié)。

3)在選擇空氣源熱泵機(jī)組時，要注意廠家技術(shù)資料中的名義供熱量是在一定室外環(huán)境參數(shù)下確定的。機(jī)組的有效制熱量必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐亩究諝庹{(diào)節(jié)室外計算溫度，分別采用溫度修正系數(shù)和融霜修正系數(shù)進(jìn)行修正。

4)確定直燃式機(jī)組的總?cè)萘繒r，應(yīng)該盡可能使機(jī)組的供冷、熱量與建筑物的冷、熱負(fù)荷相匹配。如不匹配時，按照《設(shè)計規(guī)范》第8.4.3條的要求，宜按滿足夏季冷負(fù)荷和冬季熱負(fù)荷的需求中的機(jī)型較小者選擇。機(jī)組的供冷或者供熱量的欠缺，以設(shè)置輔助冷源或者熱源的方式予以彌補(bǔ)。

5)選擇換熱機(jī)組時，應(yīng)對機(jī)組循環(huán)水泵的流量、揚(yáng)程、電機(jī)功率及轉(zhuǎn)速予以復(fù)核，如不滿足系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)必須要求廠家予以修正。

6)鍋爐的額定供熱量原則上應(yīng)根據(jù)建筑物冬季計算熱負(fù)荷直接確定，不應(yīng)放大。

7)冷水機(jī)組、換熱器及鍋爐在選擇時一定要注意其實(shí)際工作壓力不應(yīng)大于其額定工作壓力。

4 冷、熱源系統(tǒng)施工圖設(shè)計的圖紙內(nèi)容及深度的問題

一般而言，冷、熱源系統(tǒng)的施工圖內(nèi)容包括:

1)設(shè)計及施工說明及設(shè)備、主要材料規(guī)格明細(xì)表，在表中要將設(shè)備及主要材料的詳細(xì)技術(shù)參數(shù)、規(guī)格、單位、數(shù)量等標(biāo)示清楚。

2)冷、熱源系統(tǒng)流程圖，表現(xiàn)冷媒、熱媒制備的流程。要注意流程圖中設(shè)備的次序和管線的流向要與機(jī)房內(nèi)的實(shí)際布置相吻合，并且管路的種類、管徑、所有閥門及配件等均不能遺漏。

3)冷、熱源機(jī)房設(shè)備及管路布置平面圖，表現(xiàn)設(shè)備在機(jī)房中的定位、管線的走向等，對于大型或復(fù)雜的機(jī)房，要將設(shè)備布置圖和管線布置圖分別表示。在圖中要注意將設(shè)備精確定位，確定設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與墻柱間的距離、設(shè)備的檢修所需的空間與距離、各種通道的尺寸等。尤其重要的是一定要和電氣專業(yè)密切配合，確定機(jī)房配電柜、控制柜以及配電線路的位置和所需空間的尺寸。

4)冷卻塔設(shè)備及管路布置平面圖，冷卻塔一般布置在屋面，因此本圖要表示冷卻塔的定位、管線走向等，一定要注意的是與建筑專業(yè)配合，確定冷卻塔在屋面上的位置，避免冷卻塔距離外墻過近影響建筑立面或者距離塔樓過近影響住戶的問題。

5)冷、熱源機(jī)房設(shè)備基礎(chǔ)及管溝平面圖，本圖是提供給建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)的條件圖，主要表示的是各種設(shè)備基礎(chǔ)的外形尺寸、高度、設(shè)備荷載以及排水溝、集水坑、熱力管溝的寬度、深度以及走向等。在本圖中，還應(yīng)該表示出冷、熱源機(jī)房的外門位置、尺寸、大型設(shè)備的預(yù)留洞等。在完成本圖時，應(yīng)與建筑專業(yè)及電氣專業(yè)進(jìn)行會簽，避免出現(xiàn)電氣設(shè)備基礎(chǔ)、管溝與工藝設(shè)備基礎(chǔ)、管溝重疊及交叉的問題。

6)冷卻塔屋面設(shè)備基礎(chǔ)平面圖，本圖也是提供給建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)的條件圖，主要表示冷卻塔基礎(chǔ)的定位、外形尺寸、高度、設(shè)備荷載等。在提供條件時，一定要注意提供給結(jié)構(gòu)專業(yè)的荷載必須是冷卻塔的運(yùn)行重量。

7)冷、熱源機(jī)房及屋面冷卻塔布置剖面圖。剖面圖主要表示的是在機(jī)房高度方向，各種設(shè)備及管線的標(biāo)高及相對位置。因此，在布置本圖前，設(shè)計人員應(yīng)該建立各種設(shè)備、管線的空間位置、交錯的空間設(shè)想，才能順利。一般情況下，至少需要4個～6個剖面圖才能表示清楚。在畫剖面圖時要注意的是，一個剖面中只表示希望重點(diǎn)表現(xiàn)的設(shè)備及管線，而無關(guān)的設(shè)備、管線要“視而不見”，不要出現(xiàn)在這個剖面中。同時，管線的標(biāo)高均應(yīng)該是管中心線標(biāo)高，以室內(nèi)±0.00為基準(zhǔn)。

8)有關(guān)的詳圖及局部放大圖，根據(jù)實(shí)際情況確定。

9)在目前的施工圖設(shè)計中，最大的問題是:a.圖紙的表現(xiàn)深度不夠;b.不向土建、電氣專業(yè)提供詳細(xì)的條件、也不和相關(guān)專業(yè)進(jìn)行配合而“自以為是”;c.平面圖中只畫出設(shè)備的位置而不標(biāo)注尺寸;d.只畫平面圖不畫剖面圖，管線的位置和標(biāo)高依靠施工單位現(xiàn)場確定的偷懶做法。

5 冷、熱源系統(tǒng)設(shè)計中，專業(yè)配合重點(diǎn)注意的問題

冷、熱源系統(tǒng)設(shè)計中，與各專業(yè)都需要密切地配合。由于配合的內(nèi)容繁多，稍有不慎或者遺忘，對系統(tǒng)的合理布置、施工安裝、運(yùn)行管理乃至安全性都會帶來很大影響。因此，以下問題在專業(yè)配合時需要重點(diǎn)關(guān)注。

5.1 建筑專業(yè)方面

1)機(jī)房的外門尺寸一定要滿足機(jī)組通過的要求，且機(jī)房的外門一定要處于建筑物本層主要通道上，通道寬度保證機(jī)組可以順利通過，沒有90°死角。2)控制室、值班室等房間的面積一般要不小于9 m2，和機(jī)房的隔墻上要設(shè)置視線良好的觀察窗。3)機(jī)房的地面一定要布置排水溝和積水坑，排水溝起點(diǎn)的截面尺寸應(yīng)不小于300 mm(B)×300(H)mm，積水坑的尺寸不小于800(B)mm×800(L)mm×800(H)mm。4)機(jī)房沿建筑外墻布置或在地下室時，要在墻面或地下室的頂板上預(yù)留設(shè)備安裝孔，孔洞的大小應(yīng)滿足設(shè)備吊裝和就位需要的尺寸。安裝孔在設(shè)備就位后再予以封閉。5)屋面設(shè)備的位置既要滿足通風(fēng)、施工安裝要求的間距，同時其位置盡可能不破壞建筑立面的要求以及對居民等的影響。6)直燃機(jī)機(jī)房、燃?xì)忮仩t房的位置及做法必須滿足《燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》《設(shè)計規(guī)范》以及《防火規(guī)范》的要求。

5.2 結(jié)構(gòu)專業(yè)

1)設(shè)備的基礎(chǔ)尺寸一定要與制造商的技術(shù)資料進(jìn)行核對。2)提供的設(shè)備重量必須是機(jī)組的運(yùn)行重量。3)屋面設(shè)備、管道基礎(chǔ)的高度必須高出建筑防水層300 mm以上。4)穿越樓板、剪力墻的洞口，當(dāng)寬度或直徑不小于100 mm時要預(yù)留洞口或預(yù)埋套管。

5.3 電氣專業(yè)

1)仔細(xì)核對設(shè)備的電氣參數(shù)，無誤并沒有遺漏后再提供。

2)核對設(shè)備是否自帶控制柜或控制裝置。

3)要核對電氣專業(yè)在機(jī)房內(nèi)布置配電柜、控制柜的位置和它們與設(shè)備的間距是否滿足相關(guān)要求。

4)冷卻塔的就地檢修開關(guān)和事故通風(fēng)控制開關(guān)是否按照要求設(shè)置。

5.4 儀表專業(yè)

儀表專業(yè)布置各種傳感器、監(jiān)測元件和有關(guān)調(diào)節(jié)閥件在管道和設(shè)備上的位置是否符合本專業(yè)的要求，是否與本專業(yè)的閥門及管道配件位置沖突。

5.5 給排水專業(yè)

1)地漏和排水管道是否穿越電氣管溝。2)自來水管的管徑一般應(yīng)不小于32。

6 結(jié)語

本文的最后，給出幾點(diǎn)建議:

1)多去參觀已建成的冷、熱源機(jī)房，尤其是自己設(shè)計的機(jī)房，看看實(shí)際投入使用的機(jī)房的真實(shí)情況。

2)常去制造商的工廠參觀，認(rèn)識、了解各種設(shè)備。

3)設(shè)計開始前，一定要認(rèn)真閱讀廠家的技術(shù)資料，掌握所需的設(shè)備參數(shù)后再開始設(shè)計。

4)認(rèn)真、按步驟完成幾個冷、熱源系統(tǒng)的施工圖設(shè)計，對設(shè)計水平的提高大有裨益。

以上類似的問題其實(shí)很多，需要我們在實(shí)際工作中，不斷發(fā)現(xiàn)、思考、探索、總結(jié)。設(shè)計是一種為滿足人們物質(zhì)及精神需求而進(jìn)行的有目的、有計劃的智慧活動。設(shè)計是一個創(chuàng)新的過程，在這個過程中，需要專業(yè)知識、專業(yè)技能、專業(yè)手法為支撐。設(shè)計不是紙上談兵，更不能閉門造車，是“從實(shí)踐中來，到實(shí)踐中去”的不斷學(xué)習(xí)、不斷完善、螺旋上升的過程。

［1］陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計手冊［M］.第2版，北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.

［2］GB 50736-2012，民用建筑采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］GB 50189-2005公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］GB 50016-2006，建筑設(shè)計防火規(guī)范［S］.

［5］全國勘察設(shè)計注冊工程師公用設(shè)備專業(yè)管理委員會秘書處.全國勘察設(shè)計注冊公用設(shè)備工程師暖通空調(diào)專業(yè)考試復(fù)習(xí)材料［M］.第3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.