建筑空調系統設計方案選擇及應用實例淺談

白曉霞

摘? ? 要：介紹建筑空調常用系統形式類別及其特點，空調設計方案確定及實例介紹。同時對常見而又容易混淆的概念做簡單闡述。

關鍵詞：溫濕度獨立控制系統;毛細管;毛細管空調豎向分區;內外區、N次側水系統;N次側水循一級泵;N次側水循二級泵;免費制冷;豎向接力、系統搭配。

1? 引言

暖通空調專業設計分為供暖、空調、制冷、通風這四部分。本文只對常見建筑空調系統歸納整理，介紹其特點、適用性。

2? 空調與建筑類別

空調分為兩大類，舒適性空調和工藝空調。民用建筑適用舒適性空調，民用建筑中醫院手術室、工業建筑有潔凈要求場所設計工藝空調。場所用途直接決定采用空調類別。

3? 空調系統分類、主機優缺點。

（1）【冷水機組+市政熱水或燃氣鍋爐+冷卻塔+風機盤管】+空氣處理機組+新風。 此系統是最經典、適用性最強、使用最廣泛的一種形式，幾乎所有項目都可以采用。

（2）【冷水機組+蓄冷+市政熱水或燃氣鍋爐+冷卻塔】+空氣處理機組+風機盤管+新風。應用在有波谷電價優惠幅度大，2倍以上的地區，主機有節能效果，是節能評價指標加分項。但其機房占地面積，空調系統稍微復雜。

（3）【冷水機組+電熱水鍋爐+蓄熱+冷卻塔】+空氣處理機組+風機盤管+新風。應用在電量富裕地區或企業有過剩的電量指標時可采用。或者鍋爐和其它系統無法采用而又有波谷電價優惠幅度大，2倍以上的條件時采用。

（4）【吸收式熱泵系統+冷卻塔】+空氣處理組+風機盤管+新風。吸收式熱泵機組可以利用廢熱來供冷，這是其它機組不具備的。另外直燃型機機組一套就可以實現制冷、供暖，也可以同一時刻制冷供暖，特別適合四管制空調系統，比如帶內區的辦公樓，冬季內區制冷外區供暖。

（5）【地源（水源）熱泵】+空氣處理機組+風機盤管+新風。此主機有節能效果，節能評價加分項。但是要求主機承擔的冷熱負荷相當，多余的部分應采用其它制冷或供暖系統搭配使用，而且項目必須有條件江河湖泊或者有地方打井或埋管。江河湖泊一般是很少剛剛具備，所以地埋管和打井的方式較多。

（6）【空氣源冷熱水熱泵】+空氣處理機組+風機盤管+新風。主機一般設置在屋面，主機運行時室外空氣溫度有限制，更適合夏熱冬冷地區。此系統比較靈活，系統簡單，適合中小型建筑。

（7）【1～7】+空氣處理機組+風機盤管+新風+輻射水盤管

（8）【多聯機外機】+多聯機內機+新風 。主機的適用同6相同，系統比6還要簡單的多，系統簡單，與其它系統不同管道內不是制冷。一套系統不宜太大，常做分層設置外機在室外設備平臺。

（9）其它，比如冷風機、分體空調，一拖多空調。冷風機是單純送冷風（送風溫度26℃左右）。外機就是個水噴淋塔，可以放在屋面也可以側墻用支架固定。耗電量小，可用來做簡單的降溫，多用于高溫廠房崗位送風。民用單、多層要求不高時可以采用，，設計院一般不做這樣的系統，審圖很難通過，工程公司可以做這樣的項目。分體空調、一拖多一般和其它系統搭配使用。設計院不單獨做此系統，搭配使用，在電梯間、地下室的消防控制室等。居住建筑使用此系統時，只由建筑和電氣專業預留室外機和電源條件即可。

事實上還有一個水環系統，但因其系統缺點多于優點，基本很少再使用了。

4? 空調末端系統

空調末端系統就是除主機之外的部分，可劃分為全空氣系統（空氣處理機組）、風機盤管+新風系統、全空氣系統+輻射水盤管、風機盤管+新風系統+輻射水盤管、新風系統+輻射水盤管+多聯機系統。

4.1? 全空氣系統

全空氣系統是空調機房內空調機組將新風、回風一起處理后送入需要制冷或供暖的一個房間或幾個房間，所以要求房間對空氣要求基本一致，吊頂內有500mm的風管安裝空間。

全空氣系統按風量分為變風量和定風量兩種、按回風次數分一次回風系統和二次回風系統。

商場、辦公樓入口大堂等常規采用一次回風系統，當需要小溫差大風量時采用二次回風系統，比如工藝空調。

定風量系統簡單，使用電動風口時是可以調整送風量，但風機總風量不變，負荷變化時只能通過改變水系統流量或水溫差，機組風量是按各房間最大風量疊加計算。所以風機能耗大、房間指定區域溫度適應性弱，負荷變化時水泵采用變頻時可以有節能效果。變風量空調機組按空調時刻對應風量疊加后的最大值選擇空調機組，機組風量就已經小于定風量機組了，再加上可以變頻運行，節能效果很明顯。最主要的是對空調房間局部區域溫度控制比較精準，不使用時可以關閉末端僅保留最小送風量以確保新風量需求，再結合水系統流量或溫度控制，水泵和風機電量都有節能空間。高檔寫字樓一般都做變風量空調系統，商業等人員是流動性大的也可以做定風量。

變風量系統又叫VAV系統，就不得不提內外分區的事，外區范圍涉及因素很多，進深大于8米時可考慮內外分區，感性定性的來理解就是室內光線越明亮外區范圍越大，光線越昏暗外區范圍約小。理性定量的來計算的話，可以參考大面積房間空調內外區的劃分方法①，但是仍體現不出來窗戶安裝高度不同引起分區界限的變化，所以為了平衡這種誤差，減少熱量損失，通常做法是外區冬季計算溫度比內區低2℃，夏季比內區高2℃。

全空氣系統末端風口千變萬化，可是適應很多場合，如地板置換送風、影院座椅置換送風、噴口遠距離送風，工藝空調單向流送風形式等。但2003年和2020年的呼吸道傳染病大流行時期，暴漏此系統缺點，就是在呼吸道傳染病方便不那么友好。2003年疫情后空調系統增加了各種殺菌消毒設施，但是今年好多物業也不敢開啟全空氣空調。

4.2? 風機盤管+新風系統

此系統也是經典系統，布置靈活，系統簡單，對層高要求不大，二次裝修時進行改造也特別方便。干盤管時室內可不設冷凝水管，進一步降低對建筑層高要求，還避免了冷凝水盤滋生細菌的可能，實現了溫濕度獨立控制系統。進深大于8m的建筑，分內外區時，外區風機盤管為2管制，內區設4管制風機盤管，冬季由用戶選擇供冷還是供熱。

4.3? 輻射盤管末端

此系統利用管徑4.3[×]0.8，3.5[×]0.5的塑料管集成的毛細管席，再進行拼接后可敷設在地面、墻面、頂棚后進行供暖。工作壓力不應大于0.6MPa，流速0.05m/s～0.2m/s，毛細管間距10mm～30mm，通常采用20mm。

毛細管敷設在地面時制熱量可以達到190W/m2（瓷磚地面）、98W/m2（木地板地面），設在吊頂上單位面積制熱量97W/m2（頂面敷設），單位面積制冷量不超過70W/m2（頂面敷設），制冷量不足以達到房間供冷需求，所以空調系統可以頂棚和地面都輻射毛細管系統，供冷時地面和吊頂毛細管全部運行，供暖時只運行地面系統。或者只在地面敷設同時搭配其它制冷系統，比如毛細管地面敷設+風機盤管+新風，或者毛細管地面敷設+全空氣系統，又或者毛細管地面敷設+毛細管頂面敷設+新風系統，這樣都可以實現溫濕度獨立控制系統，舒適度和節能性更佳，可以用在很多建筑類型。是近年來比較流行的系統。

供熱時供水溫度25℃～40℃（頂棚敷設時25℃～35℃，墻面敷設時25℃～35℃，地面敷設時30℃～40℃），供冷時供回水溫差3℃～6℃，供冷時冷水供水溫度宜20℃，不能低于16℃防止結露。

5? 空調水系統

空調水系統包含定流量系統和變流量系統。水系統又包含一次側水系統及其循環泵，二次側水系統及其循環泵、一級水泵、二級水泵。

系統水經過板換交換冷熱量時會形成2個獨立的水系統，若能源側叫N次側水系統的的話另一個水系統就叫N+1側水系統。當N次側水系統串聯水泵時，則其水泵按水流方向依次叫N次側一級泵、N次側二級泵，同理N+1次水系統串聯泵時，依次N+1次側一級泵、N+1次側二級泵。

當系統比較大、或各單體水系統阻力相差太大、又或者各單體溫度相差比較大時（水系統半徑超過500m）就要考慮串聯水泵或設置板換。比如：供暖時管網干管水溫高，單體需求水溫低，則在單體入口設混水泵，此泵屬二級泵（入口設擴大管）。當管網干管水壓力不滿足單體水系統壓力要求時，可串聯泵組，此泵也屬二級泵）。當壓力不足溫度高于單體要求水溫時也可設置板換。供冷時當然是干管溫度低于單體使用水溫度要求時可設板換。超高層接力供冷供熱就屬于此類。板換設置不宜超過2次。機房設置最好按12萬平方設置機房，不然管路能量損耗大，且管徑太也會很大。

空調水系統豎向分區②（非毛細管管輻射系統）。（1）建筑高度小于65m，末端承壓1.0MPa，冷水機組（1.0MPa）直供。（2）建筑高度小于100m，低區：（1）+高區：（末端1.0MPa+冷水機組（1.6MPa）。（3）建筑高度小于200m，低區：（末端1.6MPa+冷水機組（1.6MPa）+100m處設板換（1.6MPa）+高區：末端1.6MPa。（4）建筑高度小于300m，冷水機組（2.5MPa）+200m處設板換（1.6MPa）+高區：末端1.6MP。（5）建筑高度小于400m，冷水機組（2.5MPa）+200m處設板換（1.6MPa）+300m處設板換（1.6MPa）+末端1.6MP。（6）建筑高度500m以下。冷水機組（2.5MPa）+200m處設板換（2.5MPa）+400m處設板換（1.6MPa）+末端1.6MP。

毛細管管輻射系統豎向系統劃分按末端不超過0.6MPa，50m設一個分區：（1）小于50m建筑，冷水機組（1.0MPa）直供，（2）小于100m建筑，冷水機組（1.6MPa）直供，（3）小于150m建筑，冷水機組（2.0MP）直供， （4）小于200m建筑，冷水機組（2.5MPa）直供，（5）小于250m建筑，冷水機組（2.5MPa）+200m設備層板換（1.0MPa），（6）建筑高度小于300m，冷水機組（2.5MPa）+200m設備層板換（1.6MPa），（7）建筑高度小于350m，冷水機組（2.5MPa）+200m設備層板換（2.5MPa）+300m設備層板換（1.0MPa），（8）建筑高度小于400m，冷水機組（1.6MPa）+100m設備層板換（2.5MPa）+300m設備層板換（1.6MPa），（9）建筑高度小于450m，冷水機組（1.6MPa）+100m設備層板換（2.5MPa）+300m設備層板換（2.0MPa），（10）建筑高度小于500m，冷水機組（2.5MPa）+200m設備層板換（2.5MPa）+400m設備層板換（1.6MPa）。

現在不提倡建造500m以上的超高層，所以不在闡述500m以上的分區了。分區方式還有其它組合，可根據實際情況確定，上述是按照常規100m為設備層時的劃分的.總原則就是合理組合以下設備即可，使用的冷水機組常規為1.0MPa、1.6MPa、2.0MPa，可用2.5MPa，板換1.0MPa、1.6MPA、2.0MPa、2.5MPa，末端設備0.6MPa（毛細管輻射）、1.0MPa、1.6MPa。毛細管空調只是局部時，將毛細管空調設在一個每段分區上部50m以內就即可。如果輻射空調和常規空調相當要分分析主機承壓高的優先還是常規1.6MPa的優點。

6? 工程實例

項目暖通空調方案需要考慮規范、項目氣候地理條件及項目本身的自身條件、甲方意見等綜合考慮。

6.1? 夏熱冬暖低區某超市空調系統

建筑2層共2萬多平方米，空調系統只設單冷工況，全空氣系統+局部輪轉除濕系統（生鮮區域濕度），空調水系統采用定流量系統，螺桿冷水機組+冷卻塔系統。

6.2? 夏熱冬冷地區中型劇場空調系統

建筑面積約7000m2，建筑高度26m，非商業運營，間歇使用。采用座椅置換送風全空氣系統，舞臺采用球型可調風口全空氣，化妝間等小房間采用風機盤管+新風。主機采用螺桿式空氣源冷（熱）水熱泵系統。空氣源熱泵系統雖然有耗電量大的缺點，但是且其維護簡單自動化程度高，使用在使用頻率不高使用時間短的場合尤為合適.

6.3? 嚴寒地區綜合購物中心空調系統

建筑面積33萬平方米，4棟近98m住宅建筑、1棟綜合商業（6F）、1棟寫字樓（13F）、1棟商務酒店（12F）。系統末端：大堂、中庭采用地暖系統+風機盤管+新風，回廊、商鋪采用風機盤管+新風。車庫：車庫入口設電、熱水兩道風幕+入口附近設散熱器+車庫補風。所有新風、補風均加裝熱水盤管。

暖通空調水系統按業態使用時間和運營管理等條件進行分劃分成幾個設獨立系統。

（1）大商業，夏季：離心冷水機組+分集水器+冷卻塔。過渡季節：冷卻塔+板換免費制冷，冷卻塔與夏季工況冷卻塔合用。冬季空調：市政熱水+換熱機組+分集水器，冬季風幕、散熱器系統：市政熱水+板換機組+分集水器，中庭地暖系統是在此系統分支上增設混水泵。水系統均采用變流量系統。

（2）大商業里面的超市、百貨單獨做空調系統，夏季：冷水機組+冷卻塔，冬季：市政熱水+換熱機組。

（3）寫字樓、住宅各自獨立系統：市政熱水+換熱機組（地暖系統）+分體空調。

（4）商務酒店：全空氣系統+風機盤管+新風+分體空調。

各系統均設屋頂閉式膨脹水箱+軟化水補水裝置及補水箱。所有主入口設電風幕+熱水風幕。

6.4? 夏熱冬暖地區

超高層寫字樓，建筑高度207m，建筑面積9萬平方米，共48層，每16層設一個避難兼設備層。末端采用風機盤管+新風系統。工作壓力1.6MPa冷水機組設在地下室，20層及以下為地區地區系統，冷水機組直供，高區系統由設在16層（67.4m高度）設備層的板換（工作壓力1.8MPa）轉換后供21～48層（72.45m～196.05m）。新風系統在16層設備層設新風機通過核心筒豎井供16層及以下新風，在32層設備層設2套新風系統，一套供17～31層新風，一套供33～48層新風。排風系統16層設排風排16層及以下層排風量，32層設一套排風系統排出17～48層的排風量。設備層的設備房間、避難區的送風直接從外墻取風。

6.5? 寒冷地區

酒店爛尾樓改造成公寓，建筑層數18層，建筑高度72m。采用毛細管地面輻射供熱供冷+分體空調，系統分高低區，1～9層為地區，采用市政熱水+板換（1.0MPa）。

6.6? 夏熱冬冷地區

汽車輪轂生產車間崗位送風系統，生產車間為汽車輪轂噴涂，夏季室內溫度60℃，因此采用蒸發冷風機（澳藍冷風機）進行崗位送風，風量被加熱后經過窗戶和原有的屋頂風機排出室外。

7? 結束語

空調系統劃分方式比較多，本文根據常用的形式來闡述，表述中也難免有表述不準確之處，望大家諒解，有錯誤之處可郵件指正批評，謝謝。

參考文獻：

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[3] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊（第二版）[M].北京：中國建筑工業出版社出版，2008.