淺談幾種常見空調水系統(tǒng)管制適用場合

黃明強

（中建八局上?？萍冀ㄔO有限公司，上海，200000）

盡管現行《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(GB50736-2012)(以下簡稱《民規(guī)》［1］) 對幾種常見管制說明了適用范圍，但實際在項目設計過程中，因各類項目體量大小和功能業(yè)態(tài)不一，設計人員在設計選擇過程仍難以抉擇，本文通過對空調供能分析，內外分區(qū)劃分依據分析，不同建筑功能業(yè)態(tài)分析，討論空調水系統(tǒng)三種常見管制適用情況，旨在幫助設計人員了解水系統(tǒng)管制形式與實際系統(tǒng)功能需求的聯(lián)系，提高空調水系統(tǒng)設計的經濟合理性。

1 常見空調水系統(tǒng)管制

目前常用的空調水系統(tǒng)有兩管制、分區(qū)兩管制、四管制，按照建筑體量，中小型建筑通常采用兩管制，大體量建筑因進深較深，空調品質要求較高可采用四管制。除季節(jié)轉換，有其他冷熱轉換要求的情況可采用分區(qū)兩管制。

1.1 兩管制

《民規(guī)》第8.5.3條規(guī)定：“當建筑所有區(qū)域只要求按季節(jié)同時進行供冷和供熱轉換時，通常采用兩管制空調水系統(tǒng)”。該系統(tǒng)的優(yōu)點：系統(tǒng)簡單，水系統(tǒng)投資小。“兩管制”顧名思義兩管比四管少了兩根管，總體系統(tǒng)管道總長度及閥門數量大致為四管制的一半，設備盤管相對于四管制僅有冷熱共用盤管，少了熱水盤管，設備投資小。節(jié)省機房管井面積，管井占用面積減少約1/3，對于某些超高層項目，管井減少的更為明顯。主要缺點: 該系統(tǒng)僅能進行季節(jié)性切換，夏季供冷，冬季供熱，不能同時提供空調冷、熱水，在建筑進深較大，內、外區(qū)負荷或不同朝向負荷差異較大及冬季建筑內有局部供冷要求時無法滿足空調要求。

圖1 空調水系統(tǒng)兩管制示意

1.2 四管制

同1.1《民規(guī)》規(guī)定：“當空調水系統(tǒng)的供冷和供熱工況轉換頻繁或需同時使用時，通常采用四管制空調水系統(tǒng)。”該系統(tǒng)主要的優(yōu)點：彌補了兩管制在應對空調存在內外分區(qū)并需要同時供冷熱的不足，有利于管理，不需要冷熱轉換，避免了空調冷熱水在切換過程中出現冷熱互摻的風險。冷熱管路獨立，不易出現冷熱切換過程產生的失調現象，如夏季流量與冬季空調水流相差較大，兩管制在切換過程中容易產生超調現象。而四管制冷水分管路設定輸送水泵及閥門，則避免產生此種現象。主要缺點:加大系統(tǒng)初投資，運營管理相對復雜，實際運營過程管理人員到客戶都習慣于冬季供熱、夏季供冷，實際并未發(fā)揮四管制所特有的功能，實際投入與回報不成比例。

圖2 空調水系統(tǒng)四管制示意

1.3 分區(qū)兩管制

同1.1《民規(guī)》規(guī)定：“當空調水系統(tǒng)的供冷和供熱工況轉換頻繁或需同時使用時，通常采用四管制空調水系統(tǒng)。”當建筑內一些區(qū)域的空調系統(tǒng)需全年供冷、其他區(qū)域僅要求按季節(jié)或較長一段時間進行供冷和供熱轉換時，通?？刹捎梅謪^(qū)兩管制空調水系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要的優(yōu)點：兼具兩管制和四管制的特點，調節(jié)性能介于四管制和兩管制之間，可實現分區(qū)冷熱獨立控制。如分區(qū)合理，其可調節(jié)性可接近于四管制。考慮內外區(qū)及朝向可考慮分2～3個分區(qū)。該系統(tǒng)主要缺點：相對于兩管制，總的投資增加，但介于兩管制與四管制之間，相對于四管制的每臺系統(tǒng)均可實現冷熱獨立控制，分區(qū)兩管制受空調分區(qū)及管路服務區(qū)域限制。關于分區(qū)兩管制閥門切換的設定，本文暫以較大區(qū)域內空調負荷相對穩(wěn)定的情況，將切換位置設于主機機房內［2］，并以此展開論述。

圖3 空調水系統(tǒng)分區(qū)兩管制示意

2 空調分區(qū)分區(qū)方式對空調水系統(tǒng)管制要求

2.1 空調分區(qū)定義

空調區(qū)域基本可分為內區(qū)（內部區(qū)）和外區(qū)（周邊區(qū)）。外區(qū)的定義是：直接受到外圍護結構日射得熱、溫差傳熱和空氣滲透影響的區(qū)域。外區(qū)空調負荷包括外圍護結構冷負荷或熱負荷和內熱冷負荷。由于地理位置和季節(jié)氣候條件的因素，外區(qū)有時需要供熱有時則需要供冷。外圍護結構負荷主要來源于外窗和外墻內表面與人體及其他室內表面之間的輻射換熱。內區(qū)的定義是：與建筑物外界相隔離，具有相對穩(wěn)定的邊界溫度條件的區(qū)域，其不受來自外圍護結構的日射得熱、溫差傳熱和空氣滲透影響。內區(qū)全年僅有內熱冷負荷，且隨區(qū)內照明、設備和人員發(fā)熱量變化，通常全年需要供冷。

圖4 三種常見空調分區(qū)

2.2 分區(qū)依據

圍護結構負荷對空調分區(qū)影響較大，而維護結構熱工參數是決定負荷大小的決定性因素，空調分區(qū)可根據空空調末端型式及外維護結構熱工性能參數分為三類［3］。

2.2.1 淺表進深型

在滿足《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189—2015）對各氣候分區(qū)建筑熱工設計規(guī)定的前提下，若選用熱工性能優(yōu)良的外圍護結構并且采取圍護結構負荷與內熱冷負荷分別處理的方式,且采用窗邊風機盤管，外區(qū)進深可縮小到2 m。該種分區(qū)方式，維護結構表現為夏季為冷負荷及太陽輻射熱傳導冷負荷，冬季維護結構冷負荷及冷輻射負荷，外區(qū)可采用冷熱共用的水管。冬季及夏季內區(qū)受外區(qū)擾動小，僅處理內部熱負荷或冷負荷，因內外區(qū)冷熱負荷差異變化較大，可內區(qū)單獨設定一路冷熱共用的管路及采用內外分區(qū)的分區(qū)兩管制。

2.2.2 深度進深型

在滿足《公共建筑節(jié)能設計標準》要求的前提下,若采用普通熱工性能的外圍護結構并且末端采取外圍護結構冷/熱負荷和外區(qū)的內熱冷負荷混合處理的方式,深度型外區(qū)進深要達到5 m。該種分區(qū)方式，外區(qū)末端設備除處理維護結構冷熱負荷還應處理外區(qū)的冷熱負荷，因外區(qū)深度較大很有可能出現冷熱需求不一致的情況建議外區(qū)采用四管制，內區(qū)因冬夏季相對負荷情況一致，可考慮采用兩管制。

2.2.3 中等進深型

中等進深型介于淺表型和深度型之間。選用了熱工性能優(yōu)良的外圍護結構，如外區(qū)采用了維護結構及外區(qū)負荷混合處理的末端型式，外區(qū)進深約3 m。該種分區(qū)維護結構及外區(qū)負荷冷熱負荷一致，內區(qū)負荷冬夏季變化一致。因維護結構熱工性能較好，維護結構熱傳導及對流對室內負荷影響較小，如采用朝向分區(qū)時，可采用外區(qū)四管制內區(qū)采用冷熱共用兩管制，如采用內外分區(qū)可采用內外分區(qū)的分區(qū)兩管制。

表1 不同分區(qū)情況下管制形式對比

3 幾種空調供能情況下的水系統(tǒng)管制需求分析

3.1 夏季內外區(qū)均供冷，冬季外區(qū)供熱內區(qū)供冷

當建筑樓層進深較深，外區(qū)受維護結構外表面溫度、夏季太陽輻射熱傳導、冬季冷輻射影響，需夏季供冷冬季供熱。內區(qū)受外部擾動小，主要含人員活動熱濕負荷及電子設備散熱負荷，理論上需常年供冷。理論上空調水系統(tǒng)管制需根據需求設外區(qū)冷熱兩管內區(qū)單冷管。

除散熱量比較大的內區(qū)設備機房，很多人員活動的內區(qū)理論設備及人員負荷要求供冷的情況下，因實際設備開啟臺數及坐班人數不固定，實際運行按供熱設置空調，即可以理解為局部內區(qū)供冷及供熱［2］?？照{水系統(tǒng)按實際設置為內外區(qū)設置冷熱兩管，機房設備區(qū)采用單冷管。

3.2 夏季內外區(qū)供冷，冬季內外區(qū)均供熱

按照參考文獻2的說明，通常進深超過8 m的功能房間需要設置內外區(qū)，但如果建筑進深接近于9 m時或者比較接近，該如何設置空調水系統(tǒng)管制呢？此種情況主要考慮是否能排除冬季供冷的可能。排除措施需要借助專業(yè)負荷軟件，根據室內實際人員及設備確定室內冷負荷與外圍護結構、滲透熱風負荷的關系，如實際內區(qū)冷負荷值小于或接近于外區(qū)熱負荷值，考慮冬季維護結構冷輻射對人體溫感的影響，實際空調溫度應比計算溫度增加1～2 ℃，則可排除內區(qū)供冷的可能。

3.3 夏季內外區(qū)均供冷，冬季外區(qū)局部分時段供冷

隨全球溫度變暖，夏熱冬冷地區(qū)如上海地區(qū)空調供暖季，采用幕墻外圍護結構的商業(yè)辦公建筑，某些南向的功能用房，太陽輻射得熱甚至可以補償維護結構熱負荷，導致室內空間實際為冷負荷，此情況下需要室內空調供冷。因太陽輻射熱及人員空調冷熱舒適性難以準確根據固定時間設定，外區(qū)需保守設為冷熱四管制，內區(qū)考慮空調預熱及人員活動性最基本需求設為冷熱兩管制。

3.4 過渡季空調深度除濕

過渡季采用全空氣的空調系統(tǒng)因新風濕負荷比空調季大幅增加，原選型盤管很難進行深度除濕到室內設計狀態(tài)點，及時達到室內設定溫度，實際達到室內狀態(tài)點的濕度偏大，舒適性較差，需要增加再熱排管除濕，達到原室內設計狀態(tài)點。在此種情況下，有新風接入的空調箱管路需考慮設置四管制。

圖5 空調季與過渡季空氣處理對比

4 建筑功能業(yè)態(tài)對對空調水系統(tǒng)管制要求

目前常見的夏熱冬冷地區(qū)的辦公商業(yè)公建項目業(yè)態(tài)通常有辦公、商業(yè)餐飲、酒店、超市、影院等?，F就以上各建筑功能業(yè)態(tài)進行空調水系統(tǒng)管制需求分析。

4.1 辦公

對于體量小，進深小的某些低端辦公項目，通常會采用相對靈活的分散式空調系統(tǒng)，如采用水系統(tǒng)采用兩管制可滿足實際空調要求。定位中端辦公，對空調品質有一定要求的大體量有空調內外分區(qū)的項目，但對造價相對敏感時可采用分區(qū)兩管制，對于某些高端商務辦公樓，建筑進深較大，建筑空調使用標準較高，一些金融業(yè)或信息技術公司有數據機房降溫冷卻要求，在空調水管管路預留時，應考慮預留降溫冷卻的單冷凍水供回水管或24 h冷卻水管。

4.2 商業(yè)及餐飲

對于某些大型商業(yè)項目，如設置在內區(qū)的黃金珠寶眼睛店鋪因內部燈光照明負荷較大，商場的美食街及大型餐飲店存在大量的熱濕負荷，可結合項目定位及成本要求設置空調水系統(tǒng)管制，如中端采用分區(qū)兩管制、高端可采用四管制空調水系統(tǒng)。

4.3 酒店

酒店空調要求通常根據酒店星級定位標準設定，通常五星級酒店因對應為高端商務客戶，對空調品質要求較高，為應對酒店入駐顧客不同時段對空調供冷熱需求，酒店客房、SPA、VIP會所等私人定制要求較高的空間區(qū)域采用四管制。酒店大堂及酒吧等人流流量大、人員密集場所空調負荷特性區(qū)域表現一致可采用兩管制。

4.4 超市及影院

超市及影院通常采用獨立式冷熱源系統(tǒng)，對于超市常設在地下室，受室外擾動相對小，因人員密集，人流量大，內部負荷性質主要體現在人員及照明負荷，因超市為整個敞開空間，區(qū)域內空調負荷表現相對一致，不太會出現同時供冷熱的情況，則空調系統(tǒng)可采用兩管制。影院影廳因放映設備在專用機房內可設分體降溫空調保證設備正常運行環(huán)境，影院內部同超市類似主要為人員負荷，空調負荷特性也相對一致，空調水系統(tǒng)可采用兩管制。

表2 不同功能業(yè)態(tài)對應空調管制推薦

5 空調水系統(tǒng)管制選擇經濟比選

隨著機電安裝費用在整個建筑工程總投資的逐年提升，產品客戶越來越關注系統(tǒng)效能及系統(tǒng)初投資，本文選擇一個典型的四管制高端辦公項目來說明采用不同管制系統(tǒng)造價情況的對比，三種系統(tǒng)管道閥門投資占比如圖6。

圖6 幾種管制管道閥門在空調系統(tǒng)總投資內占比示意

合肥某超甲級辦公大樓，建筑面積12萬平，地上辦公60層與周圍裙房獨立，空調水系統(tǒng)采用四管制，經向廠商詢價四管制空調水系統(tǒng)水管、管件及閥門單平米造價約250元/m2，當采用兩管制時，樓層立管及水平末端管路減少一路熱水管及管路閥門，空調箱及風機盤管減少熱水盤管，此時造價下降至150元/m2，當采用分區(qū)兩管制時，按各樓層內外分區(qū)一致性，考慮在機房內進行內外分區(qū)冷熱切換，此時樓層主立管數同四管制但尺寸規(guī)格減小，樓層支路水管及空調箱、風機盤管同普通兩管制，單平米造價介于前兩者之間，粗略估算為200元/m2，具體估算內容詳見空調系統(tǒng)分項投資估算表。那么整體造價影響相對比較大，至于如何抉擇，如項目定位較高，建議采用四管制，可以在系統(tǒng)運營過程中向用戶增收相關費用，補償初期過高的投資。如對造價比較敏感同時考慮用戶對空調品質的需求，可考慮中端檔位的分區(qū)兩管制，因該系統(tǒng)很有可能存在冷熱切換過程中串水的可能，在采用過程中應加強運維人員的培訓管理。如本身項目定位不高，可采用常規(guī)的兩管制，只需要季節(jié)切換，節(jié)約成本最為明顯。

表3 空調系統(tǒng)分項投資估算

結語：通過以上幾種情況下的空調水系統(tǒng)管制適用分析，我們不難看出空調水系統(tǒng)管制同供能需求、分區(qū)形式、空調品質要求有關聯(lián)。通常在大體量、分區(qū)形式復雜、業(yè)態(tài)多樣的工程中一般不會單一出現某種管制。為提高空調水系統(tǒng)設計的經濟合理性，系統(tǒng)選擇時應通過供能需求、內外分區(qū)、業(yè)態(tài)甄別、造價比選等多角度分析確定。