民用建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的常遇問題分析與對策

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(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司 福建福州 350108)

0 引言

當(dāng)前，城市建設(shè)規(guī)模越來越大，民用建筑中暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)任務(wù)也越來越重，對設(shè)計(jì)師專業(yè)能力的要求也越來越高。但常由于疏忽或者項(xiàng)目工期緊迫，總有各種問題未能被考慮全面，在工程施工或使用階段暴露出來。本文從設(shè)計(jì)階段入手，對暖通空調(diào)設(shè)計(jì)計(jì)算、空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中常遇問題分析探討原因，提出改進(jìn)與調(diào)整對策，以防范問題的發(fā)生，對暖通空調(diào)設(shè)計(jì)與施工及日后投入使用都有積極的意義。

1 設(shè)計(jì)計(jì)算不到位及對策

1.1 空調(diào)冷熱負(fù)荷計(jì)算問題

在空調(diào)冷、熱負(fù)荷計(jì)算過中，若采用套用冷熱指標(biāo)的方式，未進(jìn)行熱負(fù)荷計(jì)算和逐項(xiàng)逐時(shí)的冷負(fù)荷計(jì)算，工程投入使用后，如出現(xiàn)室內(nèi)空調(diào)參數(shù)不能有效達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)或規(guī)范要求，房間制冷量或制熱量不足的問題，雖然有可能是空調(diào)系統(tǒng)本身存在的故障，但多由空調(diào)負(fù)荷計(jì)算不全面導(dǎo)致存在該問題。因此，施工圖設(shè)計(jì)階段應(yīng)對空調(diào)區(qū)的冬季熱負(fù)荷和夏季逐項(xiàng)逐時(shí)冷負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。夏季計(jì)算熱量要考慮全面，不漏項(xiàng)，有玻璃屋面的房間，空調(diào)負(fù)荷應(yīng)計(jì)算充足；夏季附加冷負(fù)荷，要考慮空氣通過風(fēng)機(jī)、風(fēng)管溫升引起的附加冷負(fù)荷，以及冷水通過水泵、管道、水箱溫升引起的附加冷負(fù)荷；冬季圍護(hù)結(jié)構(gòu)的附加耗熱量應(yīng)按其占基本耗熱量的百分率確定，各項(xiàng)附加百分率，不同朝向均有不同的修正率，不可只是同樣數(shù)值。

1.2 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)水力計(jì)算問題

在暖通設(shè)計(jì)計(jì)算中，未進(jìn)行空調(diào)設(shè)備選型計(jì)算、空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)水力計(jì)算等，導(dǎo)致設(shè)備特性不能與功能房間相匹配，系統(tǒng)風(fēng)機(jī)壓力不足或過大，空調(diào)設(shè)備不能有效送風(fēng)或噪音過大。在設(shè)有送風(fēng)機(jī)和回風(fēng)機(jī)的雙風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)中(圖1)，送風(fēng)機(jī)的壓頭用來克服從新風(fēng)進(jìn)口至室內(nèi)空間的路由阻力，并為房間提供正壓值；回風(fēng)機(jī)的壓頭用來克服回風(fēng)風(fēng)管系統(tǒng)的阻力，并減去房間正壓值。在雙風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中，排風(fēng)口應(yīng)設(shè)在回風(fēng)機(jī)的壓出管上；新風(fēng)口應(yīng)處在風(fēng)機(jī)的吸入段上。

由圖1(b)可知，在排風(fēng)閥2與新風(fēng)閥3之間的管路壓力，必須使之從正壓到負(fù)壓的變化，才能保證排風(fēng)外排與新風(fēng)引入都可實(shí)現(xiàn)。通常可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)閥1，使回風(fēng)機(jī)出口處至新風(fēng)入口處的管段阻力=新風(fēng)吸入段阻力+排風(fēng)管段阻力，來滿足風(fēng)閥1處于0點(diǎn)壓力處。否則，由于回風(fēng)機(jī)選擇不當(dāng)，會引起新回風(fēng)混合箱內(nèi)為正壓，新風(fēng)進(jìn)不來，新風(fēng)口成為排風(fēng)口，房間新風(fēng)量無法達(dá)到規(guī)范要求。

(a)工作原理圖

(b)壓力分布圖圖1 雙風(fēng)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管壓力分布圖

1.3 空調(diào)水系統(tǒng)水力計(jì)算問題

設(shè)計(jì)選用的空調(diào)水泵揚(yáng)程與管路水力工況不吻合。如圖2所示，水泵性能曲線和管路特性曲線，水泵實(shí)際工作點(diǎn)是兩線交匯A點(diǎn)。若選用水泵揚(yáng)程選擇偏大，水泵工況在2點(diǎn)，因選用揚(yáng)程比管路阻力大(點(diǎn)1)，水泵工作時(shí)由點(diǎn)2→A，水泵流量增加，流速增加，容易引起空調(diào)末端設(shè)備的振動，導(dǎo)致水泵耗電大，運(yùn)營成本增加。若選用水泵揚(yáng)程選擇偏小，水泵工況在4點(diǎn)，因選用揚(yáng)程比管路阻力小(點(diǎn)3)，水泵工作時(shí)由點(diǎn)4→A，水泵流量減小，流速減小，管路水力不平衡，最不利區(qū)域空調(diào)效果不理想。對于水泵揚(yáng)程偏大現(xiàn)象，如果管路未安裝限流閥，電氣專業(yè)也未設(shè)計(jì)過流保護(hù)開關(guān)，水泵電機(jī)就有可能燒毀。如果電氣專業(yè)設(shè)計(jì)了過流保護(hù)開關(guān)，水泵電機(jī)則會發(fā)熱、電流增大，重則水泵不能正常啟動。因此，需正確計(jì)算管路阻力，選擇與之相匹配的水泵，找準(zhǔn)A點(diǎn)位置，才能使水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

圖2 水泵工作工況分析

1.4 防煙系統(tǒng)壓差問題

《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB51251-2017[1]第3.4.4條對加壓送風(fēng)部位壓力值規(guī)定：前室、封閉避難層(間)與走道之間的壓差應(yīng)為25 Pa～30 Pa；樓梯間與走道之間的壓差應(yīng)為40 Pa～50 Pa。如果加壓送風(fēng)系統(tǒng)余壓值超過最大允許壓力差，樓梯間和前室之間、前室和室內(nèi)走道之間防火門兩側(cè)壓差過大，將導(dǎo)致防火門無法正常開啟，影響人員疏散和消防人員施救。加壓送風(fēng)系統(tǒng)超壓問題，可通過采取設(shè)置余壓閥或風(fēng)機(jī)設(shè)置電動旁通調(diào)節(jié)閥的泄壓措施解決。優(yōu)先選用余壓閥控制，余壓閥的面積經(jīng)過計(jì)算確定。

對于樓梯間、前室，分別設(shè)置加壓送風(fēng)設(shè)施，余壓閥的設(shè)置分2種情況：

(1)樓梯間、前室的余壓閥均可直接對走道泄壓時(shí)，余壓閥的開啟壓差(相對走道壓力),前室可設(shè)定為30 Pa(或25 Pa)，樓梯間設(shè)定為40 Pa(或50 Pa)。

(2)樓梯間超壓風(fēng)量只能通過前室泄壓時(shí)，樓梯間與前室的隔墻上、前室與走道的隔墻上均設(shè)置余壓閥。前室余壓閥的開啟面積，除考慮自身的超壓風(fēng)量外，還需考慮防煙樓梯間的超壓風(fēng)量。此種情況，余壓閥的開啟壓差設(shè)定分2種情況，如圖3所示：(1)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的前室均處于加壓送風(fēng)狀態(tài)，如圖3(a)所示，前室余壓閥開啟壓差(相對走道壓力)可設(shè)定為30 Pa(或25 Pa)，樓梯間(相對前室壓力)設(shè)定為10 Pa(或25 Pa)。(2)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)的前室只有部分處于加壓送風(fēng)狀態(tài)，如圖3(b)所示，因樓梯間超壓時(shí)，超壓風(fēng)量只會從未加壓送風(fēng)的前室泄壓，前室余壓閥開啟壓差(相對走道壓力)可設(shè)定為30Pa，樓梯間(相對前室壓力)設(shè)定為40 Pa。

(a)前室均處于加壓送風(fēng)

(b)部分前室(相鄰3層)處于加壓送風(fēng)

對于樓梯間加壓送風(fēng)，前室不送風(fēng)的情況，在樓梯間與前室的隔墻上設(shè)置余壓閥，余壓閥的開啟壓差宜設(shè)定為40 Pa。因考慮樓梯間加壓送風(fēng)時(shí)，樓梯間與前室間門縫漏風(fēng)，前室壓力會略高于走道壓力，如果余壓閥開啟壓差設(shè)定為50 Pa，則樓梯間與走道間的壓差可能超過50 Pa。

對于樓梯間自然防煙，前室加壓送風(fēng)的情況，在前室與走道之間的隔墻上設(shè)置余壓閥，余壓閥的開啟壓差可設(shè)定為25 Pa～30 Pa。

若經(jīng)過計(jì)算得到的余壓閥面積過大或無余壓閥安裝條件，再選擇壓差傳感器+電動旁通調(diào)節(jié)閥的控制方式。兩種控制方式均有效、安全、可靠，但不宜同時(shí)使用。

2 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題及對策

2.1 空調(diào)末端設(shè)備噪聲問題

未考慮空調(diào)末端設(shè)備噪聲對人員活動區(qū)房間影響，未按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定各類建筑的噪聲限值要求。如在辦公區(qū)設(shè)置大風(fēng)量吊裝空調(diào)風(fēng)柜，風(fēng)柜噪聲值嚴(yán)重超標(biāo)。風(fēng)機(jī)噪聲是空調(diào)系統(tǒng)的主要噪聲之一，過大的機(jī)外機(jī)靜壓可轉(zhuǎn)換成風(fēng)量，表現(xiàn)為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)管、風(fēng)口風(fēng)速的大幅提升，加大了風(fēng)機(jī)機(jī)械噪聲、氣流傳遞噪聲及風(fēng)口振動噪聲等問題，嚴(yán)重時(shí)直接影響空調(diào)系統(tǒng)的正常使用。

不同功能的房間對噪聲的要求不盡相同。應(yīng)根據(jù)規(guī)范具體噪聲要求，選擇合適的室內(nèi)機(jī)型；根據(jù)場所的噪聲要求，合理布置風(fēng)系統(tǒng)管路。大風(fēng)量機(jī)組機(jī)外靜壓應(yīng)與風(fēng)系統(tǒng)阻力、送回風(fēng)方式相匹配。噪聲要求較高的場所，優(yōu)先選擇多臺低電機(jī)功率的空氣處理機(jī)組(機(jī)組自身噪聲、振動較低)，風(fēng)機(jī)盤管可以選擇低靜壓、直流無刷型電機(jī)，從噪聲源頭減少噪聲影響。需要注意的是，幾個相同聲功率級的疊加按式(1)計(jì)算[2]：

Lw=Lw1+10lgn

(1)

Lw、Lw1——分別為n個聲源和1個聲源的聲功率級，dB；

n——同樣聲功率級的聲源數(shù)。

當(dāng)幾個不同聲功率級疊加時(shí)，則先由大到小依次排列，然后逐個進(jìn)行疊加。疊加時(shí)根據(jù)兩個聲功率級差值，在其中較高的聲功率級上加附加值，附加值如表1所示。

表1 聲功率級疊加的附加值

2.2 風(fēng)系統(tǒng)消聲問題

消聲處理往往帶有隨意性，除有特殊要求需要噪聲處理計(jì)算外，一般項(xiàng)目通常容易被忽略。一些空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)管設(shè)置了消聲設(shè)備，卻忽略了回風(fēng)段的消聲，導(dǎo)致回風(fēng)口的噪聲超標(biāo)。有時(shí)設(shè)置了靜壓箱(實(shí)際上只能算是接管箱)，但未按照標(biāo)準(zhǔn)消聲器的制作方法，而是內(nèi)貼保溫吸聲材料，既增加了系統(tǒng)阻力損失，消聲效果也不理想。如果出現(xiàn)保溫吸聲材料貼得不緊密，材料薄且無加固措施，還會增加附加振動噪聲或者出現(xiàn)材料脫落現(xiàn)象。

空調(diào)風(fēng)機(jī)的噪聲以中、低頻噪聲為主，少部分為高頻噪聲。但人體對高頻噪聲較敏感，大風(fēng)量機(jī)組風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)加裝寬頻消聲能力較好的消聲器(或靜壓箱)。通風(fēng)空調(diào)工程中最常用的消聲器類型是XZP100型片式消聲器，其外層采用鍍鋅鋼板制作，內(nèi)貼離心玻璃棉后用無堿玻璃布包裹，里層為穿孔鍍鋅鋼板，厚度0.5 mm～0.6 mm，孔徑ф4～ф6，穿孔率≥20%；消聲片吸聲材料采用離心玻璃棉板，容重48 kg/m3；無堿玻璃布厚0.1 mm～0.5 mm，并按國家標(biāo)準(zhǔn)制作。根據(jù)房間用途允許的噪聲值、噪聲源頻率特性、消聲器的聲學(xué)性能及空氣動力性能，計(jì)算消聲量，選擇消聲器。

3 空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題及對策

高層建筑中，空調(diào)水系統(tǒng)豎向分區(qū)未根據(jù)空調(diào)末端工作壓力設(shè)置，設(shè)備承壓大于工作壓力的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，容易出現(xiàn)管路接口處漏水，或設(shè)備管路破裂，給整個空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行造成安全隱患。標(biāo)準(zhǔn)型的冷水機(jī)組的蒸發(fā)器和冷凝器的承壓值為1.0 MPa，風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組承壓值可達(dá)到1.6 MPa，管道本身及法蘭連接或焊接的接口承壓值也可大于1.6 MPa，唯有絲扣連接的接口是承壓的薄弱環(huán)節(jié)。因此，在高層建筑中，當(dāng)空調(diào)水系統(tǒng)超過一定高度時(shí)，就必須進(jìn)行高、低分區(qū)，這是保證系統(tǒng)安全的必要措施。

水系統(tǒng)的最高壓力，一般位于水泵出口處的“A”點(diǎn)，如圖4所示。

在系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)的瞬間為最大，出口壓力PA(Pa)等于該點(diǎn)靜水壓力與水泵全壓P(Pa)之和，即：

PA=ρgh+P

(1)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，出口壓力PA(Pa)等于該點(diǎn)靜水壓力與水泵靜壓之和，即：

PA=ρgh+P-Pd

Pd=v2ρ/2

式中：ρ——水的密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2；

h——水箱液面至葉輪中心的垂直距離，m；

Pd——水泵出口處的動壓，Pa；

v——水泵出口處水的流速，m/s。

圖4 水系統(tǒng)的靜水壓力圖

系統(tǒng)分區(qū)盡量滿足低區(qū)所能達(dá)到的高度，將每個分區(qū)的最大工作壓力控制在所要求的范圍內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)靜水壓力Ps>1.0 MPa時(shí)，豎向應(yīng)分區(qū)，常見采用中間層設(shè)備間設(shè)置熱交換器的方式；高區(qū)二次空調(diào)冷水供水溫度宜高于一次水供水溫度1～1.5℃；高區(qū)二次空調(diào)熱水供水溫度宜低于一次水供水溫度2～3℃。

當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，冷水機(jī)組進(jìn)水端承受的壓力大于冷水機(jī)組的承壓能力，但系統(tǒng)靜水壓力小于冷水機(jī)組的承壓能力，可將冷凍水泵安裝在冷水機(jī)組的出水端，水系統(tǒng)可以不分區(qū)。

4 結(jié)語

文章梳理并列舉了在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中過程中幾個典型問題，還有許多問題需要在日常工作中不斷摸索，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。設(shè)計(jì)必須以國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)作向?qū)В炀氄莆眨`活運(yùn)用；以認(rèn)真負(fù)責(zé)任的態(tài)度，深思熟慮，系統(tǒng)規(guī)劃，使暖通空調(diào)設(shè)計(jì)質(zhì)量得到不斷的提升。