暖通空调常见问题和若干新技术的合理应用(10-14)01225.ppt

十 全空气末端变风量系统的是非1 全空气变风量末端 VAV 系统的几种典型形式 是否设置新风集中处理设备 PAU机组 还是AHU机组直接混入新风 各层空气处理设备 AHU机组 的配置是否按内区和外区划分 新风机组和空气处理机组处理后的参数 新风机组 全年12 14 或夏季20 6 冬季13 AHU机组 全年12 14 取决于合理的房间负荷和送风温差 送风温度越低 风量越小 但所需供冷周期就越长 变风量末端 VAV装置 形式 周边区域的加热方式 VAV装置内设置热水加热排管或电加热器 还是另外配置风机盘管 散热器 末端变风量以后AHU机组的应变 2 变风量末端装置的七种分类方法 按对系统送风量的影响方式 可分为 节流型 控制节流构件 如风阀 的开度 调节房间送风量 系统的总风量是变化的 旁通型 控制将进入末端装置的部分风量旁通回到吊顶或回风道中 以减少房间的送风量 系统的总风量不变化 诱导式 控制进入末端装置的一次风量和诱导二次风量比例 进入房间的一次风量改变而房间的总送风量不变 系统的总风量是变化的 变速风机驱动型 控制末端装置内的变速风机 房间的送风量和系统的总风量是变化的 按是否附带再热功能分 可分为 单冷型 热水加热再热型和电加热再热型 按与系统的接口方式分 可分为 单风道型和双风道型 按末端装置送风量特征分 可分为 改变混合比而不改变总风量的 单一改变一次风量的 按送风量是否受系统压力变化的影响分 可分为 压力无关型和压力相关型 按控制执行机构的动作能源分 可分为电动式 气动式和系统动力式 亦称自力式 利用风道中的空气压力 驱动如风阀等节流构件动作 按末端装置送风能量来源 可分为 一次风驱动型 风机驱动串连型 适合于要求送风量稳定的房间 风机定风量运行 无论供冷或供热状态 风机连续运行 一次风量变而房间总风量不变 风机驱动并连型 适合于既供冷又供暖的区域 风机不负责输送一次风量 只有房间冷负荷减少或需要供暖时 风机才间歇运行 当房间冷负荷减少时 末端装置先调节减少一次风量 如果一次风量已经减少到最小风量而房间温度继续降低时 则启动风机吸入吊顶内温度较高的回风与一次风混合后送入房间 当房间温度继续降低房间需要供暖时 再启动加热器 3 全空气末端变风量系统的优点 与定风量系统的区别 是固定送风温度而根据负荷变化改变送风量 以满足对温度和风速的个体调节要求 认为比较节能 与空气 水系统空调方式相比 可避免敷设大量分散的水系统和冷却排管 调节控制环节完善时 可以达到较高的舒适度 4 全空气末端变风量系统的缺陷 属于 比较豪华 的配置 建设投资高 约为空气 水系统或全空气定风量系统的2 3倍 北京某会所的VAV系统 风冷式冷水机组 和全热回收直流式新风配置 5年前的建设费用 就高达5000元 m2 与空气 水系统空调方式相比 风管需要占用较大的建筑空间 系统动力消耗较大 据对某国外设计单位北京某写字楼设计资料的统计 仅风系统的动力消耗指标就高达30W m2 还并未较好解决在初冬和冬末期间 内区 和 外区 冷热能量抵消问题 业内人士越来越认为是 比较最不节能 的系统 内外区合用同一个风系统 在负荷密度相差较大的条件下 由于新风比相同 按单位面积计的新风量明显不均匀 内区和外区分别设置系统 由于内外区难于划分 系统布置比较困难 为保证必要最小新风量标准 一般对一次风量最小值限制为最大值的50 60 负荷波动很大的房间 当负荷很小时会出现过冷现象 对系统的维修保持的依赖性较高 5 若干改进设想 外区采用风机盘管机组 代替VAV装置中的水加热器 可解决冬季的热负荷和值班采暖 并可改善冬季室内温度场的分布 在夏季可担负围护结构的冷负荷 减少AHU机组的负荷和风量 内外区之间新风的分配也趋向于均匀 形成内区仍采用VAV系统 而外区则采用VAV系统供给新风和风机盘管机组相结合的方案 AHU机组担负内区VAV系统 外区则采用新风机组加风机盘管系统 外区的独立新风机组还供给内区的新风 使内区的新风量也不受变风量末端因负荷的变风量影响 冬季新风由于需加湿或受送风温差的限制需要加热 但内区则有余热可资利用 如将未经加热的室外风与AHU机组的出风混合 则可得到冷热综合利用的效益 缩短需单独为内区提供冷源的周期 十一 冷 暖 辐射空调的若干理念和合理应用冷 暖 辐射空调的理念 最先可能来自欧洲 这个理念的出发点 是建筑围护结构的节能问题 受太阳与地球相对位置变化的影响 会发生春夏秋冬四个季节环境温度变化 例如 北京年最大温差约可达50 从 15 到35 但是 人体能适应温度的范围大约为 较高标准18 28 温差10 较差标准12 32 温差20 改善建筑围护结构的热工性能 或者采用自然通风等方法 使室外温度对室内温度波动的影响大幅度减小 缩短依赖人工冷热源进行采暖空调的周期 大大降低空调能耗 欧洲推出的冷 暖 辐射空调新理念 一定要基于建筑能耗极低的节能建筑 1 从热舒适性指标看冷 暖 辐射空调的优势房间的热舒适性并非单一与干球温度有关 还与风速 相对湿度 平均辐射温度 服装热阻和新陈代谢率等因素有关 采暖通风与空气调节设计规范 GB50019 2003 预计平均热感觉指数 1 PMV 1 和预计不满意者的百分数 PPD 27 与风速 相对湿度 平均辐射温度 服装热阻和新陈代谢率等因素有关 例如 当上述因素取下值时 请特别注意到上表取值中的 平均辐射温度 即房间各表面的加权平均温度 夏季取比室温高4 冬季取与室温相等 夏季采用辐射供冷时 由于可以降低房间的平均辐射温度 辐射温度每降低1 约相当于室内干球温度降低1 的平均热感觉指数 冬季采用辐射供暖时 由于可以提高房间的平均辐射温度 辐射温度每提高1 约相当于室内干球温度提高1 的平均热感觉指数 因此 采用辐射供冷或辐射供暖 可以在一定程度上得到节能和改善房间热舒适性效果 但是 同任何事物一样 辐射供暖特别是辐射供冷也有其一定的局限性 2 辐射供冷能承担的冷负荷冷辐射要严格控制冷表面的结露 板面温度应不低于室内设计工况的露点温度 例如不低于20 因此只能负担空调房间夏季空调的部分显热负荷 理论计算公式可采用ASHRAEhandbook 美国供暖制冷和空调工程师学会手册 单位面积的总传热量Q QF QL 辐射传热量 TF辐射体表面平均温度 KTEP其他表面的加权平均温度 K 对流传热量地面 或顶板冷辐射 QL 2 17 tEP tN 1 31顶面 或地面冷辐射 QL 0 14 tEP tN 1 25墙面QL 1 78 tEP tN 1 32tEP辐射体表面平均温度 tN室内空气温度 地面辐射供冷的冷辐射量参考值 但是 冷辐射能够实际吸收的热量 为什么往往会大于上述按照 不结露 原则计算所得到的数值呢 这是因为房间的得热量中 有相当一部分 如日射 人体 灯光等 是辐射热 可以直接和冷辐射表面之间进行热交换 正如 得热 应区别于 负荷 一样 进入房间的辐射热 并不立即转化为使空气温度上升 而是首先被各个壁面所吸收 冷辐射直接进行了这个换热过程 因此 对于房间冷负荷构成中 有较大比例辐射热的 冷辐射能力会增大 得热量与冷负荷房间得热量不同于空调冷负荷 上世纪七十年代以前 曾将二者混为一谈 1978年8月20日 对京西宾馆一间西向会议室测定 房间最大得热量为2777kcal h空气最大得热量即空调冷负荷为1429kcal h空调冷负荷占房间最大得热量的51 46 房间得热量中 对流热直接与室内空气换热成为瞬时冷负荷 辐射热则被围护结构和家具等蓄热体吸收 随后再以对流形式放入室内 成为滞后的冷负荷 如果采用冷辐射 辐射热就会直接被冷表面所吸收 不再以对流形式放入室内 辐射 蓄热体 房间得热量 2777 对流 空气 空调冷负荷 1429 室温26 相对湿度60 露点温度18 表面控制温度19 但是 房间冷负荷构成中辐射热不同比例条件下的冷辐射能力 还没有严密的理论计算方法 正如地面辐射供暖的负荷计算 仍沿用一般对流供暖方式的计算方法略加修正一样 辐射供暖和辐射供冷的技术原理和设计基础资料环节 仍处在认识过程中 滞后于应用 尚需要通过实验和工程应用不断探索 3 冷 暖 辐射空调的方式所谓冷 暖 辐射空调 一般采用将冷 热 媒管道敷设于房间的地面 顶或墙面的方式 冬天通过热媒水 形成热辐射 夏天通过冷媒水 形成冷辐射 如果是地面的冷热辐射 可称为 冷暖地面 如果是顶板的冷热辐射 可称为 冷暖顶棚 所谓 毛细管网 也是冷 暖 辐射空调的一种形式 采用较一般地面辐射供暖加热管较细的外径为3 5mm的塑料管组成管网 或称之为 席 用砂桨将其抹在地面 顶或墙面内 或预制在不同材质的天花板模块内 称之为 吊顶毛细管模块 其实 冷 热 媒在管网内的循环 同其他采暖空调水系统一样 完全是依靠来源于系统循环水泵的机械循环动力 根本不是真正意义上的毛细管作用 正如初期将这种特征的空调方式戏称之为 告别暖气空调时代 或 恒温恒湿 一样 带有一定的商业炒作味道 暖通空调的业内人士 大多并不认同这种对专业术语的轻率命名 4 辐射供冷的除湿问题夏季的空调需要对空气进行减焓除湿 除湿过程以及补充辐射供冷承担冷负荷的不足 只能依靠其他空气处理手段 例如 配置独立新风处理系统 将新风的绝对含湿量处理到低于室内设计绝对含湿量 例如 较室内设计绝对含湿量低3g kg 取新风 送风湿差 不小于3g kg 这样 处理后的新风除了担负新风本身湿负荷和房间内的散湿量以外 还可以担负部分冷负荷 溶液除湿或冷却除湿如果新风只需要担负新风本身湿负荷和房间内的散湿量 则有条件采用溶液除湿 如果新风还需要担负部分冷负荷 则宜采用冷却除湿 显然 独立新风方式适用于热 湿负荷较小的场合 而且 应按照承担除湿负荷确定所需最大新风量 还应该在除湿所需最大新风量与卫生要求所需最小新风量 例如冬季 之间 采取有效的变风量措施 配置常规的空调系统 将辐射供冷设施作为常规空调系统的补充 适用场合显然广泛多了 虽然只是一种 补充 也可以不同程度减少常规空调系统的容量 由于节能和改善房间热舒适性效果的优势 值得加以提倡 奥运篮球比赛场地 五棵松体育馆的观众休息厅 北京市建筑设计研究院就采用了这样的设计 北京工业大学陈超教授等 在北京某办公楼的大堂 实施了地板辐射冷热联供系统改造 2009年夏季实测结果表明 可在地板表面不凝露和送风系统关闭的条件下 大堂空气温度维持在24 6 26 5 范围 5 不宜刻意作辐射供冷的配置有些工程需要设置地面辐射供暖 例如需要保证冬季温度的高大空间 在此前提下 完全可以 利用 现成的辐射供暖设施 在夏季供给适当的冷媒 自然形成辐射供冷条件 何乐而不为呢 如果本来不需要或不适合设置辐射供暖 而辐射供冷所可以担负的冷负荷在总冷负荷中的比例又很小时 刻意作辐射供冷的配置 就很可能会得不偿失 因为 配置地面 墙面或顶板的冷热辐射 需要对建筑装饰或其他设施 提出多方面的限制 甚至要牺牲其他方面的功能 特别是建设标准较高的公共建筑 从设计的整体往往很难完善实施 6 认真对待冷媒问题为充分发挥辐射供冷可以采用温度较高冷媒的优势 以及防止辐射供冷设施冷表面结露 应通过认真计算 合理确定和采取可靠技术措施控制冷媒温度 而为保证独立新风处理系统或空调系统有足够的除湿能力 又需要较低的冷媒温度 应从提高冷源设备效率的角度 认真寻求合理的冷源系统配置方案 7 若干认识问题 将辐射供冷的新风下送风方式 称之为 置换通风 这偷换了暖通空调专业的理论概念 置换通风 的机理 是送入的冷空气层依靠热浮升力的作用上升带走热湿负荷和污染物 因此只适用于全年送冷的区域 当送入热风时 将不再属于 置换通风 范畴 有人认为 辐射供冷应位于房间上部 辐射供暖应位于房间下部 认为如果采用地面辐射供冷 将形成 冻脚 的不舒适感 热气流上升 冷气流下沉 这是对流换热的一般概念 但是 难以做到同时配置供冷和供暖的两套设施 事实上 辐射供冷或辐射供暖的传热过程主要是辐射 作用于房间的各个表面 对于层高不大的建筑 经工程实测证明 无论采用地面辐射还是顶辐射 供暖或供冷时室内垂直温度场分布和各表面的辐射温度 均不会有 想当然 那样大的差异 辐射供冷时 一般也要控制表面温度在20 左右 根本不致于会发生 冻脚 的问题 但是 采用地面辐射还是采用顶板辐射 对供暖量或供冷量会有较大的影响 主要是其中的对流传热量部分 地面辐射的对流供暖量会大于顶板辐射的对流供暖量 顶板辐射的对流供冷量会大于地面辐射的对流供冷量 因此 有必要根据房间冷和热的负荷特性以及建筑构造特征 合理确定辐射方式 若干工程的冷暖顶板 采用DE25的PB管 管间距300mm 埋设于200mm厚楼板下铁之上 水电管道及上铁之下的现浇混凝土层内 此种将塑料管埋设于楼板结构层内的敷设方式 因带有对施工安装质量的极大依赖性 不宜作为千篇一律的固定模式 辐射供暖或供冷工况的辐射和对流传热量 与辐射体表面温度和室内空气温度存在特定的函数关系 为防止辐射辐射体表面的结露 必须严格控制供冷工况时辐射体表面温度 供暖工况辐射体表面温度 也应该符合GB50018 2003 采暖通风与空气调节设计规范 4 4 2条的规定 怎样对待室温调节控制问题 冷热辐射系统的热惰性很大 且许多建筑事实上存在内区和外区的不同负荷密度 且室温很难自主选择 并适应负荷的静态特性特别是动态特性的调节控制 有以下并不十分成熟的应对措施 a 由风系统主导进行调节控制 配置常规空调系统 将辐射供冷设施作为常规空调系统的补充 就比较容易实施 b 依靠上述冷辐射能直接吸收引起负荷波动的主要因素 辐射热的 自平衡 作用 但由于 自平衡 作用的量概念尚不完善 会存在相当程度的盲目性 一个需要特别关注的问题目前 已实施和准备实施的冷 暖 辐射空调工程 有一个需要特别关注的问题 就是冷 热 水系统的供回水温差仅有2 3 由于流量是常规系统的一倍以上 所以就出现 集中空调系统仅水泵一项的耗电指标就高达7 6kWh m2 这样的惊人数值 节能技术不应该有这样的负面结果 据说 取如此小温差的理由 是为防止辐射表面凝露 但是 对于混凝土楼板内埋管的冷辐射 当采用15 5 20 5 平均水温18 盘管间距150mm 板面温度为23 7 根本不存在辐射表面凝露的问题 毛细管网 表面温度对水温比较敏感 这正是这种方式的局限性 但也可以采用18 23 平均水温20 5 的参数 十二 关于解决冬季空调房间冷负荷问题的若干观念内区空调房间冷负荷是常年发生的 太阳辐射得热大于围护结构散热的外区空调房间 在冬季也可能发生冷负荷 特别是窗的热工性能逐步改善之后 这种现象出现的机会大为增多 1 解决冬季空调房间的冷负荷 首先要合理地划分时段 第一阶段 当室外温度开始低于室内温度的阶段 例如北京地区的九月 或四月 冷源系统的主体部分可以停止供冷运行了 但内区空调房间和发生冷负荷的外区空调房间 仍需要延长供冷运行周期 第二阶段 室外温度进一步降低 开式冷却塔的出水温度能够 10 室外空气湿球温度不高于5 时 例如北京地区的十 十一月 或三 四月 可利用冷却塔为空调房间供冷 第三阶段 室外温度又进一步降低 大约日平均温度 5 或 0 时 则可以采用室外新风作为冷源 2 应特别注意 时段划分不是机械的 在某同一个时段内 还有昼夜温差的问题 例如 在白天室外温度较高时 冷却塔或室外新风难以提供冷源 但在夜间则具备供冷能力 又例如 白天室外温度在5 以上 而夜间可能在0 以下 就不宜利用冷却塔供冷 因此 在系统配置上 应该具备能适应随时变换供冷运行方式的功能 3 关于采用新风作为内区冷源问题 全空气系统冬季采用新风作为内区 或某些太阳辐射强烈的外区 的冷源 当室外温度低于0 只要新风比大于30 当室外温度低于5 只要新风比大于40 对于一般负荷密度的建筑 是没有问题的 风机盘管加集中新风系统 对于冬季需要加湿的场合 例如办公建筑 tn 20 n 30 hn 7 5kcal kg集中新风 加热加湿 送风参数取 tx 6 x 75 hx 4kcal kg 此状态参数在吸收室内热量以后升温到20 时 30 每m3新风可以担负的冷负荷约为4 8W 按照新风量取30m3 h 人 每人占有使用面积4m2计算 新风可以担负的冷负荷约为36W m2 风机盘管加集中新风系统 对于冬季不需要加湿的场合 例如商业建筑 tn 20 n 30 hn 7 5kcal kg集中新风 等湿加热 送风参数取 tx 6 hx 2kcal kg每m3新风可以担负的冷负荷约为7 6W 按照新风量取20m3 h 人 每人占有使用面积3m2计算 新风可担负的冷负荷约为51W m2 以上计算 都是基于最小新风量标准 如果按照有利于节能的原则 具备适当增加新风量的条件 应该可以满足使用要求 事实上 许多两管制的系统 经过改造 采用适当增加新风量的办法 取得了较好的效果 许多新的设计 也在采用这种办法 新风送风温度取6 的可行性按照送风温差不宜大于8 的原则 送风温度不宜低于12 6 新风当然不可以直接送出 但是 如将新风接入风机盘管的出口静压箱内 与风机盘管吸入和送出的室内20 回风混合后送出 就可以解决合理送风温差的问题 十三 生物安全实验室的通风空调设计1 执行标准 实验室生物安全通用要求 GB19849 2008 生物安全实验室建筑技术规范 GB50346 2004 科学实验室建筑设计规范 JGJ91 93 洁净厂房设计规范 GB50073 2001 2 生物安全实验室通风空调系统应该满足的基本要求 确保实验室各空间负压值的上限和下限 在正常稳定运行情况下 在门 洞 开启等情况发生变化时 在通风空调系统局部发生故障时 均能符合标准的规定 确保实验室各空间的通风空调送风量 符合标准对洁净度的规定 确保实验室各空间的温度和相对湿度 均在标准规定的允许范围内 3 应采取的主要措施 按照标准对洁净度的规定 确定各空间的通风空调送风量 并配置压力无关型定风量控制阀 以确保各空间的送风量不受 干扰因素 的影响而保持稳定 按照标准对空间负压值的规定 确定各空间的排风量 配置受控于房间相对负压值的压力无关型变风量控制阀 以适应门 洞 开启等情况变化而引起负压值变化调节排风量 使各空间负压值保持稳定 同时 根据变风量后排风管道压力变化 控制变频排风机组的转速 根据室内空气温度和相对湿度受室内热 湿负荷变化而发生的波动 通过调节空气处理设备的水系统流量 改变夏季的减焓除湿量 或冬季的加热 加湿量 跟踪调节送风参数 实验室负压值不同的各空间之间配置超压阀 以防止当送风系统发生瞬时故障时 不致因短暂负压过大而损害人员健康 根据有关生物安全实验室的经验 避免当排风系统发生故障时房间出现正压的事故 需要采用响应速度较快的传感器 响应速度较快的压力无关型变风量控制阀和响应速度较快可完全关闭的送风管道电动蝶阀 其反馈动作速度不大于2S 中动物生物安全实验室 配置正压服和生命支持系统 以应对对人危害较大的人畜共患病原的实验研究 并在设备层预留生命支持系统管路 在实验室内预留接口 BSL 3和BSL 4实验室应配置备用送排风机组 以确保实验过程的连续性和安全性 附 ISO TC209空气洁净度等级 附 空气过滤器性能 4 实验室通风柜的变风量控制原理排风柜排风控制系统采用排风柜调节门传感器检测柜门开度 根据柜门开度进行点对点的直接控制原理 调节控制排风柜的排风量 保证排风柜柜门平均面风速 一般为0 5m s 的恒定 5 送 补 风量原则上应跟随排风量变化 可以有以下几种不同标准的做法 新风机组可以是变风量的 也可以是定风量的 关键是如何维持送风管道内的适当正压值 如果机组定风量的 可以通过跨越机组的旁通风阀来控制 每个房间的送 补 风管 全部采用由房间压力控制的压力无关型变风量 文丘里 调节阀 走廊设置按照自身换气量要求的手动定风量送风口 这是最完整 也是最昂贵的配置方式 每个房间的送 补 风管 全部配置按照换气次数的手动定风量调节阀 而在房间与走廊之间配置自力式超压阀 走廊设置 按照换气次数排风量 与 通风柜排风量 差额的手动调节送风口 以适应通风柜较大排风量的需要 这是比较节省的配置方式 每个房间不设送 补 风管而在房间与走廊之间 配置自垂式百叶风口 只对走廊送 补 风 这是最节省 比较 简陋 的配置方式 但是要受到走廊的封闭程度以及与卫生间的空间相通程度的制约 根据房间排风的变化特性 综合分别应用上述多种方法 但是控制环节相对比较复杂 也不大容易调节 十四 关于常压锅炉及其系统配置1常压热水锅炉的定义2需要承压的供暖系统 为什么要采用不能承压的常压热水锅炉 3不能承压的常压热水锅炉 如何与需要承压的采暖系统匹配 4系统配置的若干常见问题 1 常压热水锅炉的定义 小型和常压热水锅炉安全监察规定 第三条规定 常压热水锅炉是指锅炉本体开孔或者用连通管与大气相通 在任何情况下 锅炉本体顶部表压为零的锅炉 其他解释1 锅炉房设计规范 第1 0 2条本规范适用于下列范围内的 锅炉房和室外热力管道设计 热水锅炉的 额定出口水压为0 1 2 5MPa表压 2 全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调 动力 8 11 4条之第4款当锅炉通大气的开孔处 直接用一短管与一个开式水箱相连时 水箱最高水位不应高于锅炉顶部1 0m 一般掌握尺度根据 顶部表压为零 0 1MPa表压 水箱最高水位不应高于锅炉顶部1 0m 这几个不同的说法 在工程应用中 一般按照以下原则掌握 水箱最高水位所形成的锅炉最低处的静压 应不大于6m 2 需要承压的供暖系统 为什么要采用不能承压的常压热水锅炉 最主要的原因是出于安全的考虑 例如 建筑设计防火规范 第5 4 2条中规定 燃油和燃气锅炉房 受条件限制必须布置在民用建筑内时 应设置在首层或地下一层靠外墙部位 但常压燃油 燃气锅炉可设置在地下二层 当常压燃气锅炉距安全出口的距离大于6m时 可设置在屋顶上 另外 当采用常压热水锅炉时 可以免受技术监督部门的监管 据说可节省与监管有关的各种费用 3 不能承压的常压热水锅炉 如何与需要承压的采暖系统匹配 1通过换热的间接连接 锅炉水系统与采暖水系统各自独立 锅炉水系统的任意点不能高于开式定压水箱的最低水位 锅炉水系统循环泵运行时 吸入口不应形成负压 1常压热水锅炉2开式定压水箱3锅炉水系统循环泵4换热器5采暖水系统循环泵6膨胀水箱 2直接连接可以分为两种情况 如果建筑物供暖系统的总高度低于开式定压水箱高度 例如用于平房建筑的供暖系统或锅炉设置于屋顶的供暖系统 则不需要再作其他配置 系统原理图见图2 系统的任意点不能高于开式定压水箱的最低水位 循环泵运行时 吸入口不应形成负压 1常压热水锅炉2开式定压水箱3循环泵4采暖水系统 如果建筑物供暖系统高于