暖通空調設計選用設備和系統(tǒng)形式的若干誤區(qū)(張老總結的)

暖通空調設計選用設備和系統(tǒng)形式的若干誤區(qū)論文作者：張錫虎孫嘉

摘要：本文對無壓（常壓）熱水鍋爐，水源熱泵（WLHP）系統(tǒng)，散熱器恒溫閥，地板輻射供暖系統(tǒng)，直燃吸收式冷溫水機組在設計選用設備和系統(tǒng)形式的常見誤區(qū)給予了詳細的解答。

關鍵詞：熱水鍋爐水源熱泵恒溫閥地板采暖直燃機

伴隨著暖通空調技術的發(fā)展和進步，引進的或國產的暖通空調設備新產品不斷涌現(xiàn)，市場競爭激烈，給暖通空調專業(yè)設計提供了十分有利的物質條件，設計人員可根據工程的功能要求，進行多方案的選擇。但是，由于局部設計市場的混亂或受商業(yè)因素的干擾，在設備產品選用不當?shù)幕�礎上，造成設計不當?shù)南到y(tǒng)時常出現(xiàn)，這不僅不能滿足使用要求，也會造成投資和能源的極大浪費。而且，某些適合在特定條件下應用得很好的設備產品，由于在不適當條件下應用，反而造成了違背生產廠家初衷的負面影響。

1關于無壓（常壓）熱水鍋爐

所謂無壓熱水鍋爐，即不能承壓的開式熱水器。早期主要是南方的一些不具備壓力容器生產資質的廠家，配置國外生產的燃油或燃氣的自動燃燒機，為加熱集中生活熱水的需要而生產的，因為集中生活熱水系統(tǒng)一般要設置熱交換設備，鍋爐僅需提供一定溫度的一次熱煤而無需承壓。當能源構成發(fā)生變化、燃油或燃氣日漸得到發(fā)展以來，開始進入北方市場，繼而由于北方地區(qū)供暖熱源較集中生活熱水熱源需要量更大，便開展了將無壓熱水鍋爐推向供暖熱源頗具規(guī)模的營銷活動，對供暖系統(tǒng)不甚了解的生產廠家提出的以開式熱水器為中心的集中供暖系統(tǒng)圖式，實際上是不夠合理的。

筆者最近應某鍋爐廠的要求，解決北方某地一個規(guī)模不大的住宅供暖系統(tǒng)發(fā)生的問題，深刻體會到濫用無壓鍋爐造成的后果。這個住宅樓僅為3層，熱水供暖系統(tǒng)的熱源采用了燃油的無壓熱水鍋爐，容量是足夠的，但由于鍋爐不能承壓做成了開式的重力流系統(tǒng)，造成了嚴重失調根本無法正常供暖。如果采用常規(guī)承壓熱水器鍋爐配以適當?shù)难�環(huán)水泵，這是最簡單也是最有效的系統(tǒng)。

由于各種因素，在集中供暖系統(tǒng)中采用燃油或燃氣的無壓熱水鍋爐，有日漸增多的趨勢。如果由合格的專業(yè)設計單位進行設計，系統(tǒng)的配置一般不會像上述工程那樣“出格”。例如：可以采用熱交換設備進行間接交換，使鍋爐不承壓而系統(tǒng)承壓；也可以采用供水用加壓水泵升壓、回水用減壓閥減壓，仍可使鍋爐不承壓而系統(tǒng)承壓。但上述對策或者會使系統(tǒng)人為地復雜化，或者會使供暖熱媒溫度降低而需增加散熱器數(shù)量，或者使本來用以克服系統(tǒng)循環(huán)阻力的揚程度較低的循環(huán)泵變?yōu)閾P程度較高的加壓泵而增加運行能耗。因此，北京市建筑設計研究院編寫的《建筑設備專業(yè)設計技術措施》明確規(guī)定：不宜采用需設置水泵揚程度供暖的“無壓熱水鍋爐”。

無壓（常壓）熱水鍋爐只有在工程條件不允許采用常規(guī)熱水鍋爐的條件下，才有其有集中供暖系統(tǒng)中應用的價值，例如《建筑設計防火規(guī)范》和《高層民用建筑設計防火規(guī)范》，對于總蒸發(fā)量超過6t/h或單臺蒸發(fā)量超過2t/h的燃油、燃氣鍋爐，為不允許貼鄰民用建筑布置，不允許在高層建筑或裙房內布置。工作壓力小于0.1Mpa的“無壓熱水鍋爐”即開式熱水器不屬于鍋爐，因而可不受上述規(guī)定的制約。其實，從消防安全角度看，不承壓的燃油或燃氣開式熱水器，同承壓的燃油或燃氣熱水鍋爐應是一樣的，但當條件受限時，采用地壓熱水鍋爐可因不受上述規(guī)定制約而成為“合法”。

按說，鍋爐的安全問題應由《熱水鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》而非由《設計防火規(guī)范》制約。盡管《熱水鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》允許：出水溫度≤95的燃油、燃氣熱水鍋爐房可與住宅相連、第一層或頂層中，還允許單臺熱功率≤7MW、出水溫度≤95C的燃油和燃氣熱水鍋爐房，設在高層建筑的地下室、半地下室、第一層或頂層內。但在具體工程設計套用有關《規(guī)范》或《規(guī)程》有矛盾時，原則上應按要求規(guī)范的條文執(zhí)行。為要執(zhí)行較嚴格的消防規(guī)范，在受條件限制時，總蒸發(fā)量超過6t/h或單臺蒸發(fā)量超過2t/h的鍋爐，不得不采用無壓熱水鍋爐。

但是，當并無工程條件限制時，例如在單獨建造的鍋爐的房內，采用“無壓熱水鍋爐”的根據和必要性就不存在了。

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2關于水源熱泵（WLHP）系統(tǒng)

筆者曾于近期協(xié)助北京地區(qū)某建設單位，對其將完工的空調工程使用功能進行評估，發(fā)現(xiàn)了一系列問題，引起了對水源熱泵系統(tǒng)的適應范圍和如何通盤解決好設計中好方面問題的思考。

該工程是由商業(yè)和寫字樓組合而成的綜合樓，總建筑面積8000m，有少量的建筑熱工內區(qū)房間，全部采用水源熱泵系統(tǒng)，由房間的水源熱泵空調機和各層的水源熱泵新風空調機組成。冬夏兼用，由冷卻塔和城市熱網熱源通過各自的板式換熱器對集中循環(huán)水冷卻或加熱，包括衛(wèi)生間、樓梯間等在內未設置散熱器供暖系統(tǒng)。

水源熱泵系統(tǒng)在應用適當時，是一種很有特點的系統(tǒng)，具有下列優(yōu)點：

（1）具有熱回收功能，節(jié)能效果主要在冬季和過渡季顯著，可以將“內區(qū)”的余熱，通過循環(huán)水系統(tǒng)向“外區(qū)”轉移，供給“外區(qū)”供暖，特別適用于冬季有大量穩(wěn)定熱回收的建筑。

（2）系統(tǒng)簡單，只有一套集中循環(huán)水系統(tǒng)，以及循環(huán)水的冷卻和加熱設備，可節(jié)省機房占用的面積和空間。

（3）循環(huán)水系統(tǒng)的管道無需保溫和保冷。（4）運行靈活，能源消耗便于分別計量。

但是，在該工程的具體條件下應用，就顯出它的一些缺陷和局限性：

①在冬季供暖期間使用時，因不存在明顯的“內區(qū)”，總能耗要大于一般散熱器或空調供暖系統(tǒng)，除需提供數(shù)量略少的外部熱源外，水源熱泵機且的壓縮機和循環(huán)水系統(tǒng)仍需進行，用電量在全負荷時約為240kW，如按平均負荷計約為100kW，而北京地區(qū)的供暖期長達5個月。

②該工程使用性質為商場和辦公等，屬于每天間斷使用的建筑，但總要有少量值班房間需晝夜使用，無論是夏季或冬季，集中的循環(huán)水系統(tǒng)需不間斷運行。

③需設置散熱器值班供暖系統(tǒng),以保證各種水管道在冬季夜間或假日不被凍壞。如果設置了散熱器值班供暖系統(tǒng)，就提出了可否擴大散熱器供暖系統(tǒng)的問題，即在冬季空調系統(tǒng)不運行？經計算是可行的。

④水源熱泵機組進風溫度，一般不應低于13，極限最低溫度為5，冬季用作新風機組時，需解決水源熱泵新風機組進風的預熱處理，并設置水預熱排管的可靠防凍設施。水源熱泵新風機組最好能增設加濕裝置，以保證冬季空調的舒適標準。⑤由于壓縮機在機內，相對于集中冷源的空調機組，噪聲偏大。

⑥造價偏高，僅水源熱泵機組價格，不計附加的廠家調試費用，已約折合人民幣625元/m。

根據以上情況，該工程又不得不對原有的水源熱泵空調系統(tǒng)，進行了完善和改善，增設了散熱器供暖系統(tǒng)和新風機組進風的預熱裝置，投資又增加了約60元/m。最終達到的空調綜合效果，同如此昂貴的造價難以相稱，不得不使建設單位產生了對采用該種系統(tǒng)合理性的懷疑。

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3關于散熱器恒溫閥

近年以來，作為供暖系統(tǒng)節(jié)能的一種重要手段，散熱器恒溫閥受到廣為關注并被大力進行推廣。國內研制并應用始于70年代，北京建筑五金水暖器材工業(yè)公司科研室就曾推出過第一代7902型“采暖恒溫閥”。至80年代，開始引進國外應用甚廣的如德國、丹麥等產品。按照國外產品樣機，蘇州市電器元件廠和北京市門頭溝節(jié)能設備廠也分別研制開發(fā)出同類產品。國外和國內產品，都曾在北京地區(qū)的一些工程中應用過。

在適當?shù)臈l件下應用，散熱器恒溫閥確是一種能改善房間熱舒適度和節(jié)約能源的構件。但其合理應用應考慮以下因素：

3.1高阻力特性的恒溫閥僅適合于雙管式系統(tǒng)恒溫閥的作用原理，是通過溫控器波紋管內熱敏介質的受熱膨脹，驅使閥桿位移使閥錐趨向關閉位置，最大位移量約為7mm，決定了它的高阻力特性。早期開發(fā)的7902型“采暖恒溫閥”，局部阻力系數(shù)值為18，略大于普通截止閥；蘇州WKQ1028型恒溫閃的局部阻力系數(shù)值，DN15為56，DN20為102；DANFOSS公司恒溫閃的局部阻力系數(shù)值，DNG15型約為48.6，DN20約為97.7，DN25約為142.2。雙管式系統(tǒng)每一組散熱器都是相互并聯(lián)的環(huán)路，如能在每組散熱器均設置阻力相對較高的恒溫閥，可增大散熱器組的阻力，抵消并聯(lián)環(huán)路之間的水力失調因素，有助于各組散熱器之間的水力平衡。但是恒溫閥在單管式系統(tǒng)中勉強應用則是不適當?shù)�，原因是：�?）《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》規(guī)定，單管系統(tǒng)應采用低阻力閥門。（2）單管式系統(tǒng)設置恒溫閥和跨越管后，由于分流作用散熱器的散熱量會有所減少，要增加散熱器數(shù)量，與此種閥門昂貴的價格結合，經濟上是不合算的。

（3）恒溫閥與跨越管段的阻力匹配及合理的分流比，雖從理論上可以有所假設，但設計計算過程較為復雜，還由于難以避免的運行因素，例如泥渣等造成的堵塞，在實際工程中常會發(fā)生。3.2要有較好的供熱條件

目前國內普通住宅的集中供暖，大體上為以下3種狀況：總體供熱不足，難以達到供暖設計溫度的較低標準，居住者要求提高室溫，而不是因過熱而進行調節(jié)；供暖狀況較好，雖然存在一定程度的垂直失調，由于居住者并不滿足18的室溫標準，室溫稍高的房間也不會主動進行調節(jié)；總體供熱充足但系統(tǒng)設計和配置不當使部分房間室溫過高，就集中供暖的全局而言，此種狀況并不多見。散熱器恒溫閥是通過閥門的開度調節(jié)進入散熱器的流量而改變散熱量，它只能調節(jié)房間的過熱量，而室溫較低房間只能依賴于過熱房間調節(jié)之后的間接被動效應。恒溫閥除對總體供熱過量的建筑能有調節(jié)作用外，對多數(shù)總體供熱不足的建筑，并不必要。

3.3要有較好的運行管理條件

即使應用于雙管式系統(tǒng)，恒溫閥的高阻力特性也是相對的，當散熱器負荷較小時，較高的局部阻力系數(shù)形成的阻力值仍有限，最好能根據每一組散熱器處的剩余水頭對高阻閥逐一進行預調鎖定，此預調鎖定工作難以操作，而且當運行管理不善熱媒水雜質較多時，較小的水流通道更易堵塞。3.4工程標準較高造價要能隨

此種閥門的價格昂貴，每個約在100元以上，當受上述三項因素制約，難以得到明顯的效益時，投資方勢必要有所權衡取舍。

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4關于地板輻射供暖

地板輻射供暖是一種性能良好的供暖方式，目前逐漸在標準較高的住宅和其它民用建筑中被廣泛應用。但在應用時應注意其適應條件，其中一個重要問題就是地板表面平均溫度的限制，即真正體現(xiàn)低溫輻射的特征。

《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》規(guī)定，經常有人停留地面的表面平均溫度宜為24～16。北京市建設設計研究院的《設計技術措施》規(guī)定，人長期停留區(qū)域的地板表面平均溫度不宜超過26。上述《設計技術措施》給出了計算地板表面平均溫度tEP的近似公式：tEP=tN+9(q/100)

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住宅是典型的經常有人停留的場所，根據上述規(guī)定和計算式，可以得出以下數(shù)值：

室內設計溫度tN/C1820220所允許的地板最大散熱量q/W/m9065402目前，在許多地板輻射供暖工程中，一律采用相同間距的DN20mm供熱管，并且未采取有效控制水溫的技術措施，此種帶有隨意性的做法是不可取的。按地板表面平均溫度所限定的地板最大散熱量，當?shù)孛鎸訛樗�泥、陶瓷磚、水磨石或石料，室內設計溫度tN＝18，如果采用間距為300mm和DN20mm供熱管，平均水溫應不超過40C，采用間距為300mm的DN15mm供熱管，平均水溫應不超過46C。

室內設計溫度tN＝20C時，只能采用間距為300mm的DN15mm供熱管，平均水溫應不超過42C。

而室內設計溫度tN＝22C時，只能采用間距為300mm的DN15mm供熱管，平均水溫應不超過35C。

所以，對供暖負荷較大的住宅北向房間，應驗算地板表面平均溫度所限定的地板最大散熱量，是否能滿足負荷的需要，尤其是在室內設計溫度較高時更為突出。因此，國外許多較高標準的住宅，既設置了地板輻射供暖，又同時設置散熱器。

在其它類型建筑中應用也在同樣問題，例如筆者看到某地區(qū)新編的一種標準設計圖集，推出用于大廳的兩種管間距做法，并注明“標準工況”水濕為60／50、室溫為18，瓷磚類地面管間距150mm的散熱量為212W，管間距200mm的散熱量為193W，此兩種做法的地板表面平均溫度分別為35.8C和34C，均超過了人短期停留區(qū)域30C的限定。

上述圖集也將兩種管間距做法應用于游泳館，并注明“標準工況”水濕為60／50、室溫為28，管間距200mm的散熱量為193W，此兩種做法的地板表面平均溫度分別為41C和40C，均超過了《采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》中對游泳館地面溫度不應超過35C（且為加熱管軸心處）的限定。

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5關于直燃吸收式冷溫水機組

選擇直燃型吸收式冷溫水機組主要取決于工程的能源供應條件，它的主要功能是用作集中空調的冷源，供暖應屬于輔助或兼用功能，至于同時用作供應生活熱水，尤其是生活熱水用量較大時，則是一種不盡合理的擴展。當空調的所需熱量在機組供熱能力范圍之內或適當?shù)募哟蟾邏喊l(fā)生器能滿足時，兼用是合理的。當空調所需熱量較大或還有較多散熱器供暖系統(tǒng)所需熱量時，按遠大于供冷量的供熱量來確定機組容量。顯然是不合理的。直燃型吸收式冷溫水機組的供熱方式，有兩種基本體系：一種是僅通過高壓發(fā)生器和換熱器供熱循環(huán)，主體完全“冬眠”，供回水溫度為65／75，溫差8，且允許供熱水流量在50％～150％范圍內變動，即供回水溫差可增大到12C；另一種是整機供熱循環(huán)，僅關閉冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，供回水溫度為60C／55.8C，溫差僅為4.2C，且由于換熱面積的限制不允許減少供熱水流量。

直燃型吸引式冷溫水機組不管采用何種方式供熱，其性都不及使用相同燃料的普通熱水鍋爐。首先，其供水溫度低，當用于散熱器供暖系統(tǒng)時，散熱器的散熱量會大幅度降低；其次，即使在水溫較低的條件下，其熱效率也難以達到90％（一般為85％～88％）；此外，由于供回水溫差小而使循環(huán)水泵的功耗大，難以符合有關設計節(jié)能標準對水輸送系數(shù)的限定。

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因此，當冬季供熱量需求遠大于直燃型吸收式溫水機組的供熱能力時，應采用熱水鍋爐來補足，特別是用于散熱器供暖系統(tǒng)的供熱量，采用吸收式冷溫水機組，或者是機組的高壓發(fā)生器部分（即所謂“真空鍋爐”），無論是投資費用還是運行費用，都是不合算的。這個問題，對于寒冷地區(qū)或嚴寒地區(qū)尤為突出。

擴展閱讀：暖通空調系統(tǒng)節(jié)能設計的基本問題

暖通空調系統(tǒng)節(jié)能設計的基本問題

摘要：

暖通空調系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑中必不可少的重要組成部分，暖通空調系統(tǒng)設計對投資、性能、能耗有著較大的影響。在能源緊缺的今天，在暖通空調系統(tǒng)設計中融入節(jié)能概念，不僅能夠減少建筑整體的能耗費用，在綠色節(jié)能方面還能發(fā)揮重要作用。關鍵詞：暖通空調；節(jié)能設計；基本問題

暖通空調系統(tǒng)的設計好壞決定著暖通空凋系統(tǒng)的投資大小、性能好壞、能耗高低，可以說設計起著決定性作用。良好的系統(tǒng)，不僅性能可靠、造價合理，而且系統(tǒng)的運行調控性能良好。作為暖通空調系統(tǒng)的設計人員必須以高度的責任心、精益求精的精神，做好設汁。當然，做好一項暖通空調工程設計會涉及到許多方面。1．選擇合理的設計方案

選擇合理的方案是設計良好的暖通空調工程系統(tǒng)的關鍵。方案的選擇首先要可行，要符合國家的能源、環(huán)境等相關政策、法規(guī)。要考慮天然可再生能源、低晶位能源的充分利用，如太陽能、風能、地源熱、各種廢熱等。

2．選擇最適合的空調作用方式和氣流組織方式

一般情況下輻射方式比對流方式更節(jié)能，如低溫輻射地板采暖、輻射空調、輻射與對流相結合的方式等。對于高大空間應推薦采用卜送上回類似于置換式通風的氣流組織方式，特別是對于如劇院、

體育場館等建筑。3．合理選擇設備

既要選擇性能良好的設備，又要使各種設備能很好的組合運行。對耗能量大的冷水機組，首先是要了解它們的性能，如蒸汽壓縮式制冷機組，有活塞式、螺桿式、離心式等。目前可以大致規(guī)定，當空調冷負荷大于1744kw時應選用離心式冷水機組；當空調冷負荷為700～1000kw時，可選用螺桿式冷水機組；當冷負荷小于120kw時，才選用活塞式冷水機組。這么規(guī)定，主要是考慮到冷水機組的特性、能耗等因素，對于同一種形式的冷水機組，還要考慮在部分負荷運行時其性能如何，蒸發(fā)器、冷凝器的阻力大小及各設備的性能優(yōu)化組合等等。合理的選擇空調設備，在很大程度上決定了空調系統(tǒng)在今后的運行能耗。

4．注意過程設計和系統(tǒng)的優(yōu)化控制設計

系統(tǒng)實際運行中基本上都是在部分負荷下運行，室外氣象參數(shù)也與設計不同，從而系統(tǒng)的運行工況與設計是不同的。必須注意以下幾個方面：

(1)在部分負荷運行時，系統(tǒng)和設備可調，能使系統(tǒng)和設備即使在部分負荷工況下也能在高效狀態(tài)下運行，避免“大馬拉小車”。(2)當室外空氣的溫度或焓值低于室內空氣時，應盡可能大量引入新風，盡量縮短全年引：啟空調主機的時間。一般情況下，一臺新風機組消耗的功率只有幾十千瓦，而一臺主機(制冷機組)所消耗的

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