寒冷地區(qū)空調(diào)設(shè)計(jì)若干問題

賀 曉,胡桂秋,逯國(guó)強(qiáng)

(承德石油高等專科學(xué)校 熱能工程系，河北 承德 067000)

寒冷地區(qū)空調(diào)設(shè)計(jì)若干問題

賀 曉,胡桂秋,逯國(guó)強(qiáng)

(承德石油高等?？茖W(xué)校 熱能工程系，河北 承德 067000)

針對(duì)寒冷地區(qū)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的水泵、機(jī)組容量選型偏大，新風(fēng)盤管凍裂，冷凝水排出不暢等問題進(jìn)行詳盡分析，并提出可行的解決措施，以降低系統(tǒng)投資和運(yùn)行費(fèi)用，提高使用效果。

寒冷地區(qū)；空調(diào)；機(jī)組選型；新風(fēng)系統(tǒng)

寒冷地區(qū)夏季需要供冷，冬季需要供暖。以承德為例，承德市冬季空調(diào)室外計(jì)算溫度為-15.7 ℃，夏季為32.7 ℃，夏季空調(diào)平均溫度為27.4 ℃。負(fù)荷特點(diǎn)是：冬季熱負(fù)荷大，室外新風(fēng)溫度低；夏季冷負(fù)荷中室內(nèi)人員、設(shè)備、照明負(fù)荷及太陽輻射熱所占比重較大。

目前，由于一些設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，未進(jìn)行詳盡的負(fù)荷、設(shè)備選型和水力計(jì)算，僅根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算，或考慮因素不全面，從而造成系統(tǒng)投入運(yùn)行后，運(yùn)行效果不佳、能耗高、發(fā)生故障或不能使用等問題。本文對(duì)運(yùn)行中存在的若干問題進(jìn)行探討，以作同類工程參考。

1 水泵容量偏大

在空調(diào)系統(tǒng)中，水泵的耗能占有較大比重，特別是大型公共建筑供暖空調(diào)電力消耗中，60%～70%由輸送和分配冷量熱量的風(fēng)機(jī)水泵所消耗，而這部分電耗有可能降低60%～70%，節(jié)能潛力巨大[1]。

1.1冷凍水泵容量偏大

目前承德市的空調(diào)系統(tǒng)基本上都采用雙管制，冬夏共用循環(huán)泵。在寒冷地區(qū)，冬季熱負(fù)荷一般會(huì)比夏季冷負(fù)荷大，但是冬季熱水的設(shè)計(jì)供回水溫差一般為10 ℃，夏季設(shè)計(jì)供回水溫差一般為5 ℃，因此冬夏季水流量需進(jìn)行計(jì)算比較后進(jìn)行確定。采用冬夏共用水泵時(shí)，如冬季流量大于夏季，則冷凍水流量會(huì)偏大。同時(shí)，由于一些設(shè)計(jì)人員在選水泵時(shí)多評(píng)經(jīng)驗(yàn)估算，增加較大的安全裕量，也會(huì)導(dǎo)致水泵容量偏大。

在目前的空調(diào)水系統(tǒng)中大多不設(shè)變頻器，如果選型大了，首先會(huì)增加設(shè)備投資，最重要的是水泵未工作在高效區(qū)，會(huì)增加運(yùn)行能耗，同時(shí)會(huì)造成水系統(tǒng)大流量小溫差運(yùn)行，不能充分發(fā)揮冷水機(jī)組的效率。

1.2冷卻水泵容量偏大

冷卻水泵容量偏大，一是會(huì)增加設(shè)備投資和運(yùn)行能耗；二是對(duì)于目前大多數(shù)采用微電腦自動(dòng)控制啟停的冷水機(jī)組而言，在運(yùn)行初期，由于室外溫度較低，冷水流量大，流速高，導(dǎo)致冷凝溫度低于機(jī)組設(shè)定溫度而無法啟機(jī)。

2 冷水機(jī)組容量偏大

2.1原因

1)設(shè)計(jì)人員未按規(guī)范要求進(jìn)行逐項(xiàng)逐時(shí)的冷負(fù)荷計(jì)算，僅將單位空調(diào)面積的冷負(fù)荷估算指標(biāo)作為設(shè)備選型的依據(jù)，增加較大的安全系數(shù)。

2)設(shè)計(jì)人員考慮因素不全。如在承德地區(qū)，夏季圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱負(fù)荷占的比重較小，特別是執(zhí)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)后，冷負(fù)荷中主要組成部分為室內(nèi)人員、照明、設(shè)備和太陽輻射形成的冷負(fù)荷。而有些建筑如商場(chǎng)，雖然計(jì)算中太陽輻射熱占較大比重，但實(shí)際使用中，大多數(shù)建筑外墻和外窗上會(huì)懸掛廣告牌，室內(nèi)裝修時(shí)也會(huì)懸掛商品等，因此太陽輻射形成的冷負(fù)荷會(huì)比按原建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算值小很多。如果設(shè)計(jì)人員未考慮這些因素，也將會(huì)導(dǎo)致所選機(jī)組容量偏大。

2.2產(chǎn)生的影響

1)增加設(shè)備投資。

2)機(jī)組低效區(qū)工作，增加能耗。

即使計(jì)算準(zhǔn)確，冷水機(jī)組在整個(gè)空調(diào)期的實(shí)際運(yùn)行中也有大部分時(shí)間為部分負(fù)荷運(yùn)行。實(shí)際測(cè)試表明冷水機(jī)組的COP隨部分負(fù)荷的大小和機(jī)型不同而變化。對(duì)于離心式機(jī)組而言，大概在部分負(fù)荷率為75%時(shí)COP理論上達(dá)到最高，低負(fù)荷率運(yùn)行時(shí)，效率低，能耗相對(duì)較大；對(duì)容積式壓縮機(jī)而言，根據(jù)實(shí)際測(cè)試，部分負(fù)荷條件下機(jī)組的性能系數(shù)COP隨負(fù)荷的減少而下降[2]。

如果機(jī)組容量選擇偏大，將更會(huì)降低冷水機(jī)組的效率，增加運(yùn)行能耗。

3)在運(yùn)行初期和末期或夜間，由于主機(jī)容量大，負(fù)荷小，有可能導(dǎo)致機(jī)組無法正常工作。特別是對(duì)離心式冷水機(jī)組而言，機(jī)組容量選擇過大，易發(fā)生喘振而無法正常工作。

2.3解決措施

《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定施工圖設(shè)計(jì)階段應(yīng)對(duì)空調(diào)區(qū)的冬季熱負(fù)荷和夏季逐時(shí)冷負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算；夏季冷負(fù)荷應(yīng)按空調(diào)區(qū)各項(xiàng)逐時(shí)冷負(fù)荷的綜合最大值確定。

在選擇主機(jī)時(shí)，必須嚴(yán)格遵循《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，按計(jì)算的空調(diào)冷負(fù)荷值直接選定，不另作附加，當(dāng)機(jī)組規(guī)格不符合計(jì)算冷負(fù)荷的要求時(shí)，所選機(jī)組的總裝機(jī)容量與計(jì)算冷負(fù)荷的比值也不得大于1.1。同時(shí)必須仔細(xì)分析冷負(fù)荷的組成和變化，防止主機(jī)在低效區(qū)工作或不能正常工作。在大型集中空調(diào)中，多臺(tái)分級(jí)能量調(diào)節(jié)的控制方案應(yīng)用較為廣泛。

3 冬季新風(fēng)盤管凍裂

在設(shè)計(jì)中，為保證新風(fēng)口處有足夠的負(fù)壓，新風(fēng)盤管一般距離新風(fēng)口都較近，這在夏季不會(huì)有什么影響，但在冬季室外溫度較低的地區(qū)，極易造成機(jī)組盤管凍裂。

《暖通規(guī)范》規(guī)定，新風(fēng)進(jìn)風(fēng)口處應(yīng)裝設(shè)能嚴(yán)密關(guān)閉且保溫的閥門。但有很多工程新風(fēng)口未設(shè)關(guān)閉閥門或關(guān)閉不嚴(yán)，在剛啟機(jī)時(shí)，由于盤管內(nèi)熱水還未循環(huán)起來，溫度較低，新風(fēng)口處負(fù)壓較大，漏風(fēng)嚴(yán)重，新風(fēng)溫度低，造成了盤管內(nèi)的水結(jié)冰凍脹盤管。如承德市某醫(yī)院的空調(diào)系統(tǒng)某一個(gè)冬季運(yùn)行時(shí)，約有10多個(gè)新風(fēng)盤管被凍裂，造成了嚴(yán)重?fù)p失。

針對(duì)這種情況，可采取如下措施予以解決：

1)對(duì)高層建筑可集中設(shè)置新風(fēng)豎井，新風(fēng)處理機(jī)制分設(shè)于各層，或直接加大盤管與新風(fēng)口的距離；2)在新風(fēng)口處設(shè)置高質(zhì)量、能嚴(yán)密關(guān)閉的保溫閥門，適當(dāng)降低新風(fēng)口新風(fēng)流速；

3)工作人員運(yùn)行時(shí)，先不開風(fēng)機(jī)，只開啟熱水循環(huán)泵，使盤管溫度升高后，再開啟風(fēng)機(jī)，但對(duì)于熱水供水溫度較低，新風(fēng)量較大的系統(tǒng)，效果不明顯。

4)新風(fēng)機(jī)組設(shè)置防凍控制系統(tǒng)。

5)設(shè)置新風(fēng)排風(fēng)全熱交換器，預(yù)熱新風(fēng)，提高新風(fēng)溫度后，如需加熱再引入盤管，同時(shí)還可以降低機(jī)組能耗。

4 冷凝水排除不暢

1)冷凝水排水距離太遠(yuǎn)

冷凝水排水距離太遠(yuǎn)，會(huì)因吊頂高度限制而使排水坡度不夠，導(dǎo)致排水不暢，發(fā)生漏水事件。因此在設(shè)計(jì)中必須盡量縮短排水距離，并盡可能就近排放。

2)冷凝水管徑設(shè)置偏小

在一些工程中，由于設(shè)計(jì)人員選擇的冷水機(jī)組、室內(nèi)機(jī)組、循環(huán)水泵容量偏大，如空調(diào)房間未設(shè)溫度調(diào)節(jié)裝置或調(diào)節(jié)裝置性能無法保證，未能很好的實(shí)現(xiàn)溫控調(diào)節(jié)的目的，從而使實(shí)際室溫低于設(shè)計(jì)溫度，室內(nèi)的飽和含濕量會(huì)比設(shè)計(jì)溫度時(shí)小，產(chǎn)生的實(shí)際凝水量會(huì)有所增加。而在很多工程中，凝水管路的管徑都未按實(shí)際流量和坡度計(jì)算確定，從而使凝水管徑偏小，再加上維護(hù)不利，導(dǎo)致凝水排除不暢，發(fā)生漏水。

5 結(jié)語

1)按規(guī)范要求進(jìn)行詳盡計(jì)算，選擇合適的設(shè)備型號(hào)和容量；

2)根據(jù)建筑物特點(diǎn)和所在地理位置的氣候特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選擇，以保證系統(tǒng)投資、運(yùn)行能耗最低，運(yùn)行效果最佳。

[1] 董哲生．空調(diào)系統(tǒng)阻力計(jì)算及水泵選型若干問題[J]．暖通空調(diào)，2006，36(9)：45-47.

[2] 張小松，夏燚．K．T．Chan．風(fēng)冷冷水機(jī)組部分負(fù)荷時(shí)的節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行策略與性能分析[J]．暖通空調(diào)，2004，34(2)：78-82.

[3] 彭南希．空調(diào)設(shè)計(jì)常見問題分析及節(jié)能設(shè)計(jì)的若干措施[J]．廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，7(1)：44-46.

[4] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)．GB50736—2012 民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[5] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)．GB50189—2015 公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.

Air-conditioningSystemDesigninColdArea

HE Xiao, HU Gui-qiu, LU Guo-qiang

(Department of Thermal Engineering, Chengde Petroleum College， Chengde 067000, Hebei, China)

Some problems involving air-conditioning systems design in cold area were analyzed in detail. The main problems include that pump and refrigeration unit capacity selected tend to be larger than necessity; outdoor air curved-pipe is easily damaged by low temperature; condensation water can’t be discharged absolutely. Some practicable suggestions were given to solve these problems, which can reduce the investment and running expense, and improve the unit performance.

cold area; air-conditioning; unit capacity selection; outdoor air system

TB657

A

1008-9446(2017)05-0049-02

2016-12-19

賀曉(1991-)，男，河北承德人，助教，從事供熱、制冷、空調(diào)方面的教學(xué)及科研工作，E-mail：hexiaocdpc@163.com。