暖通空调系统设计技术要点

暖通空调系统设计技术要点暖通空调系统设计是建筑工程中技术复杂度较高的环节，涉及热力学、流体力学、建筑物理等多学科交叉。系统设计的合理性直接决定建筑室内环境品质、能源消耗水平及长期运行稳定性。设计过程需统筹负荷计算、设备选型、管网布置、自控策略等关键要素，在满足使用需求前提下实现能效优化与成本控制平衡。一、设计基础参数与负荷计算设计基础参数是系统设计的起点，其准确性影响后续所有技术决策。室外气象参数应依据国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736规定，按建筑所在城市选取对应气象参数集。室内设计参数需根据房间功能差异化设定，办公区域夏季温度宜控制在26至28摄氏度，相对湿度维持在40%至65%；冬季温度保持在18至20摄氏度，相对湿度不低于30%。医疗建筑手术室等特殊区域，夏季温度需严格控制在22至25摄氏度，相对湿度控制在40%至60%，且对空气洁净度有分级要求。负荷计算应采用动态模拟方法，避免静态估算导致设备容量偏差。计算过程需输入建筑围护结构热工性能参数、窗墙比、朝向、内部发热源等数据。围护结构传热系数应满足现行节能标准限值，严寒地区外墙传热系数不应大于0.35瓦每平方米开尔文，寒冷地区不应大于0.45瓦每平方米开尔文。内部发热源包括照明、设备、人员等，办公区域人员密度按每人占用面积8至10平方米估算，设备发热量按每平方米15至25瓦计算。计算软件宜采用EnergyPlus或DeST等权威工具，模拟时间步长不大于1小时，全年逐时负荷模拟结果应包含峰值负荷出现时刻及负荷时间分布特征。计算完成后需进行结果校核，夏季空调冷负荷指标办公建筑通常为80至120瓦每平方米，商场等高密度人流场所可达150至200瓦每平方米。若计算结果偏离常规指标超过20%，应核查输入参数合理性。负荷计算书应作为设计文件正式组成部分，包含计算依据、参数取值、软件版本、结果汇总等内容，供施工图审查及后期运维参考。二、冷热源系统选型配置冷热源是系统能源转换核心，选型需综合建筑规模、使用特征、能源条件、经济性等因素。建筑面积2万平方米以下中小型项目，宜采用风冷热泵模块机组或VRF多联机系统；2万至5万平方米中型项目，优先考虑水冷螺杆机组或离心机组搭配燃气锅炉；5万平方米以上大型项目，应论证采用区域能源站、冰蓄冷、地源热泵等复合系统的可行性。电制冷机组性能系数是选型关键指标，水冷离心机组额定制冷工况性能系数不应低于5.8，螺杆机组不应低于5.5。风冷热泵机组需关注冬季制热性能，环境温度零下5摄氏度时制热量衰减不应超过额定值的25%。锅炉热效率要求燃气锅炉不应低于90%，燃油锅炉不应低于88%。热源设备容量配置应基于冬季供暖负荷，并考虑同时使用率修正，一般按计算热负荷的80%至90%配置主机容量，保留10%至20%设计余量应对极端天气。系统配置形式影响运行灵活性，大型项目宜采用多台主机并联方案，单台容量不超过总负荷的40%，确保部分负荷运行时高效调节。冷却水系统应与主机匹配设计，冷却塔选型按主机冷凝热量1.2倍配置，湿球温度按夏季空调室外计算湿球温度取值。地源热泵系统需进行全年动态热平衡计算，地埋管换热器设计按单位延米换热量30至40瓦每米估算，钻孔深度80至120米，孔间距4至6米，确保土壤温度场长期稳定。三、空气处理与气流组织设计空气处理过程设计需根据房间洁净要求、温湿度精度、噪声标准等差异化处理。普通办公区域可采用一次回风系统，新风比不低于30%，回风与新风混合后经表冷器处理至机器露点，再热至送风状态点。温湿度独立控制是高级处理方式，采用溶液除湿或转轮除湿处理新风承担湿负荷，高温冷水处理回风承担显热负荷，可实现热湿负荷解耦，提升系统能效。空气处理机组选型依据计算风量与余压，风量按换气次数或人员新风量标准确定，办公室换气次数取4至6次每小时，人员新风量每人每小时不低于30立方米。机组余压需克服送回风管路及末端装置阻力，常规系统机组余压300至500帕，高阻力系统需600帕以上。机组内部风速控制是噪声控制关键，断面风速不应大于2.5米每秒，风机转速不宜超过1450转每分钟，必要时采用双风机串联或变频调节。气流组织形式决定空调效果，顶送风散流器布置是常见方式，散流器喉部风速2至3米每秒，射程按房间宽度0.5至0.7倍设计，安装高度距地2.8至3.2米。侧送风适用于层高受限空间，送风口风速3至5米每秒，贴附射流长度可达8至12米。地板送风是高效方式，送风温度16至18摄氏度，风口风速1至2米每秒，热分层高度控制在1.2至1.5米。高大空间采用喷口送风，喷口直径150至300毫米，风速6至10米每秒，射程可达15至25米。气流组织设计需用CFD软件模拟验证，确保工作区风速不大于0.3米每秒，温度不均匀度小于2摄氏度。四、空调水系统设计技术空调水系统分为冷冻水与冷却水两个循环，设计关键是水力平衡与输配能效。冷冻水系统宜采用闭式循环，供回水温差设计值5至7摄氏度，办公建筑供水温度7摄氏度，回水12摄氏度。大温差系统可将温差扩大至8至10摄氏度，减少水泵输送能耗，但需校核末端设备换热能力。系统工作压力按建筑高度计算，100米以下建筑工作压力不大于1.0兆帕，超过100米需分区设置，避免管道与设备承压超标。管路布置形式影响水力稳定性，异程式系统简单但各环路阻力差异大，需在各支路设置静态平衡阀，阀权度保持在0.3至0.5。同程式系统各环路管路长度相等，水力平衡性好，但管材用量增加15%至20%。大型系统宜采用分区二级泵方案，一次泵定流量运行，二次泵变流量调节，二级泵扬程按分区最不利环路阻力确定，变频调节范围30%至100%。水泵选型效率是关键，清水离心泵效率不应低于国家节能评价值，流量大于200立方米每小时时，效率不应低于80%。水质管理是系统可靠运行保障，冷却水系统因与空气接触需加强处理，补充水总硬度不应大于300毫克每升，循环水浓缩倍数控制在3至5倍，定期投加缓蚀阻垢剂与杀菌灭藻剂。冷冻水系统采用密闭式，初次注水需软化处理，总硬度小于50毫克每升，pH值维持在8.0至9.5，溶解氧浓度小于0.1毫克每升。管道材质选择，DN100以下采用镀锌钢管或PPR管，DN100以上采用无缝钢管或螺旋焊管，冷凝水管采用PVC-U管，确保耐腐蚀与连接密封性。五、自动控制系统设计自控系统是暖通空调高效运行的神经中枢，设计应遵循分散控制、集中管理原则。现场控制层采用DDC控制器，每台控制器监控点数不超过128点，AI、AO、DI、DO点比例根据设备类型配置。控制器运算周期不大于1秒，控制精度温度±0.5摄氏度，湿度±3%。通信网络采用BACnet或Modbus协议，传输速率不低于9600比特每秒，确保数据实时传输。控制策略设计需区分设备级与系统级控制。设备级控制包括冷水机组加减载、水泵变频、阀门调节等，冷水机组根据冷冻水供回水温差与压差综合判断加载，温差大于5摄氏度且持续10分钟时启动第二台机组。水泵变频控制采用最不利环路压差设定值，压差传感器安装位置距水泵出口距离不小于5倍管径，设定值按设计工况计算值80%设定。系统级控制是全局优化，基于负荷预测与电价政策，冰蓄冷系统在夜间低谷电价时段制冰，白天融冰供冷，转移高峰用电负荷。监测参数完整性是控制基础，冷热源机房需监测参数包括：冷水机组蒸发器与冷凝器进出口温度、压力、流量，冷却塔进出口水温、风机运行状态，水泵进出口压力、电机电流。空气处理机组监测送风温湿度、回风温湿度、过滤器压差、风机运行状态。所有监测数据应上传至楼宇自控系统平台，存储周期不少于1年，采样间隔不大于5分钟，为能耗分析与故障诊断提供数据支撑。六、特殊建筑场景设计医疗建筑对空调系统有特殊要求，洁净手术室采用独立净化空调系统，空气处理流程为：新风粗效过滤、中效过滤、亚高效过滤，回风经中效过滤后与新风混合，再经表冷、加热、加湿、高效过滤后送入室内。换气次数Ⅰ级手术室不低于20次每小时，Ⅱ级不低于18次，送风口集中布置于手术台上方，形成局部层流，风速0.2至0.25米每秒。系统设置压差控制，手术室相对于相邻区域保持正压5至10帕，防止污染物侵入。数据中心空调系统以保障设备安全运行为首要目标，采用恒温恒湿精密空调，温度控制精度±1摄氏度，相对湿度控制精度±5%。冷负荷计算需考虑IT设备功耗、UPS及配电系统发热、照明与人员散热，IT设备功耗按机柜功率密度3至10千瓦每柜估算。气流组织采用冷热通道隔离，送风温度18至20摄氏度，回风温度30至35摄氏度，机柜进风温度不高于27摄氏度。系统冗余配置，N+1或2N配置确保单台设备故障不影响整体供冷。高大空间建筑如体育馆、展览馆，空调设计需克服垂直温度梯度。冬季供暖采用地板辐射或座椅送风，辐射地板供水温度35至45摄氏度，单位面积供热量80至120瓦每平方米。夏季空调采用分层空调理念，仅对人员活动区2米以下空间进行空调处理，上部空间通风排热，节省冷量30%至40%。喷口送风角度可调，冬季向下倾斜15至20度，夏季水平或向上倾斜5至10度，适应不同季节气流组织需求。七、施工配合与系统调试设计文件深度需满足施工要求，平面图应标注设备定位尺寸、管线走向、管径、标高，剖面图反映交叉关系。机房详图比例不小于1比50，标注设备基础尺寸、维修空间、管道支吊架位置。设计说明明确施工执行规范、材料标准、验收要求，焊缝探伤比例、管道试压标准、保温厚度等参数。设计交底环节需向施工单位技术负责人解释设计意图、技术难点、注意事项，形成书面交底记录。系统调试是设计成果验证关键步骤，单机试运转包括风机、水泵、机组连续运行2小时，轴承温升不超过40摄氏度，振动速度不大于4.5毫米每秒。水系统冲洗采用大流量冲洗，流速不低于1.5米每秒，直至出水浊度小于5NTU。平衡调试使用超声波流量计测量各支路流量，调整平衡阀使实际流量达到设计值的90%至110%，调试过程记录各阀门开度与流量数据，作为竣工资料。性能测试在系统稳定运行后进行，制冷工况下，冷冻水进出口温差应达到设计值，偏差不大于0.5摄氏度，冷却水进出口温差4至6摄氏度。空调区域温度波动范围夏季26±1.5摄氏度，冬季18±1.5摄氏度，相对湿度偏差不大于10