本文将重点探讨空调系统设计中的若干问题,包括冬季供热热源的选择、制冷机组的型号确定以及制冷空调系统形式的比选,并给出相应的设计建议,以供空调工程技术人员参考。
本文将重点探讨空调系统设计中的若干问题,包括冬季供热热源的选择、制冷机组的型号确定以及制冷空调系统形式的比选,并给出相应的设计建议,以供空调工程技术人员参考。
供热是维持室内热舒适环境的重要手段。我国幅员辽阔,不同地区的气候条件、资源禀赋差异较大,因此在选择供热热源时,应因地制宜,综合考虑技术经济因素。目前常用的供热热源主要有以下几种:
对于具备城市热网条件的建筑,优先考虑采用城市集中供热[1]。集中供热通常由区域锅炉房或热电厂提供高温热水或蒸汽,通过一级管网送至换热站,经水水换热后由二级管网提供给用户。集中供热有利于提高能源利用效率,减少污染物排放,但受制于管网覆盖范围。在确定集中供热方案时,应核算管网输送能力与热负荷匹配程度,并合理设置换热站位置与调节阀门。
当城市热网不能覆盖时,可采用区域锅炉房供热。一般由建筑小区或建筑群集中建设燃煤、燃气或燃油锅炉房,为附近建筑提供热媒。与分散式锅炉房相比,区域锅炉房能够实现规模化运行,提高能效水平。设计要点包括:合理确定锅炉房位置与容量,优化系统运行参数,并配置必要的烟气治理设施等[2]。
空气源热泵技术成熟,初投资低,安装灵活,尤其适合没有集中热源的建筑物。空气源热泵通过压缩机将空气中的低品位热能提升到高温,用于建筑供热。其设计要点是合理选择机组台数与容量,优化气侧换热器布置,防止结霜,必要时可辅以电辅热[3]。但其在寒冷地区的适用性可能受限。
地源热泵是利用地表浅层土壤或地下水的恒温特性,实现建筑物供热供冷的高效方式。与常规空调系统相比,地源热泵运行费用更低,但前期投资较大,需要进行场地勘察和钻井打井。设计时需测算土壤导热系数和换热井数量,优化埋管布置与换热器参数,并做好水力平衡[4]。地源热泵更适合大中型建筑。
太阳能供热是一种清洁、可再生的供热方式。常采用平板型或真空管型集热器,将太阳辐射能转换为热能并储存于水箱中,通过换热器将热量输送给空调系统。设计时需测算太阳辐照资源,优化集热器与储热水箱容量,合理配置循环泵与控制装置[5]。但受制于昼夜和季节变化,宜与其他热源联合使用。
除上述常见热源外,还可根据实际情况采用工厂余热、垃圾焚烧热能、核能供热等特殊热源,或利用可再生能源如生物质能、地热能等进行供热,但应对其可靠性、经济性进行专门论证[6]。
空调系统制冷量的大小决定了建筑物的制冷能力和舒适度,合理选择制冷机组对于提高系统效率、保证运行可靠性至关重要。以下从不同应用场景分别探讨制冷机组的选型要点。
对于商场、宾馆、办公楼等以满足人员舒适性需求为主的建筑,应选择能效比高、噪声低、控制精度高的制冷机组。目前常用的舒适性空调冷源形式有:
1.风冷/水冷螺杆式冷水机组
螺杆式冷水机组具有结构紧凑、启停迅速、负荷适应性强等特点,机组容量范围广,单机制冷量可达1000kW以上。设计选型时需考虑冷凝器散热条件,优化蒸发温度和冷凝温度,并配置合适的压缩机喷油量和喷液量[7]。
2.风冷/水冷离心式冷水机组
离心式冷水机组具有高效节能、振动小、噪音低等特点,但其输出容量调节范围较小,更适合大型建筑恒温恒湿系统。设计要点包括合理匹配压缩机级数、喷嘴面积和转速,优化冷凝器与蒸发器参数等[8]。
3.溴化锂吸收式冷水机组
溴化锂机组以热能为驱动能源,可充分利用余热、废热和可再生能源,在夏季高峰时段还可减少电力消耗。但其投资成本较高,设备体积大,对冷热源要求较为严格,更适用于有廉价热源的场合[9]。
4.模块式多联机组(VRV)
VRV系统由一台或多台室外机和若干室内机组成,通过调节压缩机转速和电子膨胀阀开度,实现室内分区独立控制。VRV机组安装灵活,节省空间,但其连接管路较长,设计时需校核管径和压降,优化分歧管布置[10]。
工业空调对温湿度控制精度、净化等级要求很高,且负荷变化大,设计时需充分考虑工艺特点和设备布局。常见的工业空调冷源形式包括:
1.风冷/水冷螺杆式冷水机组
由于螺杆式冷水机组启停迅速,调节方便,适合负荷波动大的工况,在数据中心、电子车间等领域应用广泛。设计时应匹配可靠的压缩机润滑和防液击措施,必要时需设置冷冻水蓄冷罐[11]。
2.风冷/水冷活塞式冷水机组
活塞式机组的部分负荷性能好,可精确控制出水温度,适合制药、食品等对温度波动敏感的行业。设计要点是优化压缩机排气量与电机功率匹配,校核气阀和配气机构强度,并做好油分离和回油[12]。
3.低温冷冻机组
对于生物制药、航天等需要超低温环境的场合,可采用二氧化碳跨临界制冷、复叠制冷等低温制冷设备。设计时需优化系统压力参数,做好压缩机润滑与气体管路保温,采取可靠的安全保护措施[13]。
随着交通运输业的发展和移动设备的普及,移动车载空调的需求日益增加。由于移动环境下温度、湿度、振动等因素变化很大,设计时必须重点考虑机组的可靠性与环境适应性。常采用固定排量涡旋压缩机,辅以变频控制,优化冷凝散热,做好减振降噪处理,并设置必要的备用机组[14]。
空调系统形式多样,可根据送风方式分为全空气系统、空气-水系统、全水系统;按冷热源集中程度可分为集中式和分散式;按空气管理方式可分为定风量和变风量系统[15]。下面分别论述几种常用空调系统的设计要点。
(一)定风量单冷道全空气系统
定风量全空气系统在夏季送入定量冷风,通过新风、回风和室内负荷的混合调节送风温度,系统简单可靠,但在满足室内负荷的同时也容易造成过冷。设计要点是校核风管阻力和机外静压,优化新回风比,并匹配可靠的卸载装置[16]。该系统更适合人员密度低、热湿负荷均匀的建筑物。
(二)变风量单冷道全空气系统
变风量全空气系统根据区域负荷调节送风量,可灵活适应不同房间的温控需求,显著提高系统节能性。设计重点是优化风机的变频调节范围,采用静压独立控制,合理布置变风量阀,并做好最小新风量保证[17]。该系统适合负荷变化大、分区控制要求高的建筑。
(三)定风量双冷道全空气系统
双冷道系统同时送入冷温不同的两股冷风,通过混合调节箱实现温度控制,具有良好的温湿度独立控制性能。设计时需优化冷热风比例和预处理状态点,校核两套风管的平衡,做好混合段保温[18]。双冷道系统适合洁净室、手术室等温湿度要求严格的场合。
(四)冷梁辐射空调系统
冷梁系统利用辐射换热为主,结合少量新风满足室内热舒适,具有显热潜热负荷分离、无吹风感等优点。设计时需优化冷梁盘管间距与供回水温差,校核冷凝水排放,做好梁内保温[19]。但冷梁容量有限,不适合高热负荷房间。
(五)地板辐射供冷采暖系统
地板辐射系统将盘管埋设于地面,利用大面积低温辐射实现供热供冷,具有舒适性好、温度分布均匀等特点。设计要点是合理确定地板表面温度,优化盘管布置与供回水温差,校核热阻与结露,并采用分区控制[20]。该系统更适合住宅等对热舒适性要求高的建筑。
(六)风机盘管加新风系统
风机盘管系统将冷热源集中设置,通过水系统输送冷量和热量,由房间内的风机盘管进行末端调节,兼顾集中控制和分散控制的优点。设计重点是保证定水量运行,优化新风量与排风支管,配置可靠的凝结水排放系统[21]。该系统在宾馆、办公楼等分区控制要求高的建筑中应用广泛。
总之,空调系统的设计应从建筑的功能特点和使用需求出发,兼顾室内环境质量、能源效率和经济成本,合理选择冷热源形式、空调系统类型与设备配置,优化控制策略和运行参数,并注重各部分的协调匹配,以期实现健康舒适、节能高效的系统性能。同时,设计中还应重视新技术、新工艺的应用,积极推广可再生能源驱动的空调系统,为建筑的可持续发展提供有力支撑。
