暖通空調(diào)設(shè)計選用設(shè)備和系統(tǒng)形式的若干誤區(qū).doc

暖通空調(diào)設(shè)計選用設(shè)備和系統(tǒng)形式的若干誤區(qū)摘要： 本文對無壓（常壓）熱水鍋爐，水源熱泵（WLHP）系統(tǒng)，散熱器恒溫閥，地板輻射供暖系統(tǒng)，直燃吸收式冷溫水機組在設(shè)計選用設(shè)備和系統(tǒng)形式的常見誤區(qū)給予了詳細(xì)的解答。伴隨著暖通空調(diào)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，引進(jìn)的或國產(chǎn)的暖通空調(diào)設(shè)備新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，市場競爭激烈，給暖通空調(diào)專業(yè)設(shè)計提供了十分有利的物質(zhì)條件，設(shè)計人員可根據(jù)工程的功能要求，進(jìn)行多方案的選擇。但是，由于局部設(shè)計市場的混亂或受商業(yè)因素的干擾，在設(shè)備產(chǎn)品選用不當(dāng)?shù)幕A(chǔ)上，造成設(shè)計不當(dāng)?shù)南到y(tǒng)時常出現(xiàn)，這不僅不能滿足使用要求，也會造成投資和能源的極大浪費。而且，某些適合在特定條件下應(yīng)用得很好的設(shè)備產(chǎn)品，由于在不適當(dāng)條件下應(yīng)用，反而造成了違背生產(chǎn)廠家初衷的負(fù)面影響。1 關(guān)于無壓（常壓）熱水鍋爐 所謂無壓熱水鍋爐，即不能承壓的開式熱水器。早期主要是南方的一些不具備壓力容器生產(chǎn)資質(zhì)的廠家，配置國外生產(chǎn)的燃 油或燃?xì)獾淖詣尤紵龣C，為加熱集中生活熱水的需要而生產(chǎn)的，因為集中生活熱水系統(tǒng)一般要設(shè)置熱交換設(shè)備，鍋爐僅需提供一定 溫度的一次熱煤而無需承壓。當(dāng)能源構(gòu)成發(fā)生變化、燃油或燃?xì)馊諠u得到發(fā)展以來，開始進(jìn)入北方市場，繼而由于北方地區(qū)供暖熱 源較集中生活熱水熱源需要量更大，便開展了將無壓熱水鍋爐推向供暖熱源頗具規(guī)模的營銷活動，對供暖系統(tǒng)不甚了解的生產(chǎn)廠家 提出的以開式熱水器為中心的集中供暖系統(tǒng)圖式，實際上是不夠合理的。 筆者最近應(yīng)某鍋爐廠的要求，解決北方某地一個規(guī)模不大的住宅供暖系統(tǒng)發(fā)生的問題，深刻體會到濫用無壓鍋爐造成的后果。 這個住宅樓僅為3層，熱水供暖系統(tǒng)的熱源采用了燃油的無壓熱水鍋爐，容量是足夠的，但由于鍋爐不能承壓做成了開式的重力流系 統(tǒng)，造成了嚴(yán)重失調(diào)根本無法正常供暖。如果采用常規(guī)承壓熱水器鍋爐配以適當(dāng)?shù)难h(huán)水泵，這是最簡單也是最有效的系統(tǒng)。 由于各種因素，在集中供暖系統(tǒng)中采用燃油或燃?xì)獾臒o壓熱水鍋爐，有日漸增多的趨勢。如果由合格的專業(yè)設(shè)計單位進(jìn)行設(shè)計，系統(tǒng)的配置一般不會像上述工程那樣“出格”。例如：可以采用熱交換設(shè)備進(jìn)行間接交換，使鍋爐不承壓而系統(tǒng)承壓；也可以 采用供水用加壓水泵升壓、回水用減壓閥減壓，仍可使鍋爐不承壓而系統(tǒng)承壓。但上述對策或者會使系統(tǒng)人為地復(fù)雜化，或者會使 供暖熱媒溫度降低而需增加散熱器數(shù)量，或者使本來用以克服系統(tǒng)循環(huán)阻力的揚程度較低的循環(huán)泵變?yōu)閾P程度較高的加壓泵而增加 運行能耗。因此，北京市建筑設(shè)計研究院編寫的建筑設(shè)備專業(yè)設(shè)計技術(shù)措施明確規(guī)定：不宜采用需設(shè)置水泵揚程度供暖的“無壓熱水鍋爐”。 無壓（常壓）熱水鍋爐只有在工程條件不允許采用常規(guī)熱水鍋爐的條件下，才有其有集中供暖系統(tǒng)中應(yīng)用的價值，例如建 筑設(shè)計防火規(guī)范和高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范，對于總蒸發(fā)量超過6t/h或單臺蒸發(fā)量超過2t/h的燃油、燃?xì)忮仩t，為不允許 貼鄰民用建筑布置，不允許在高層建筑或裙房內(nèi)布置。工作壓力小于0.1Mpa的“無壓熱水鍋爐”即開式熱水器不屬于鍋爐，因而可 不受上述規(guī)定的制約。其實，從消防安全角度看，不承壓的燃油或燃?xì)忾_式熱水器，同承壓的燃油或燃?xì)鉄崴仩t應(yīng)是一樣的，但 當(dāng)條件受限時，采用地壓熱水鍋爐可因不受上述規(guī)定制約而成為“合法”。 按說，鍋爐的安全問題應(yīng)由熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程而非由設(shè)計防火規(guī)范制約。盡管熱水鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī) 程允許：出水溫度950的燃油、燃?xì)鉄崴仩t房可與住宅相連、第一層或頂層中，還允許單臺熱功率7MW、出水溫 度950C的燃油和燃?xì)鉄崴仩t房，設(shè)在高層建筑的地下室、半地下室、第一層或頂層內(nèi)。但在具體工程設(shè)計套用有關(guān) 規(guī)范或規(guī)程有矛盾時，原則上應(yīng)按要求規(guī)范的條文執(zhí)行。為要執(zhí)行較嚴(yán)格的消防規(guī)范，在受條件限制時，總蒸發(fā)量超過6t/h 或單臺蒸發(fā)量超過2t/h的鍋爐，不得不采用無壓熱水鍋爐。 但是，當(dāng)并無工程條件限制時，例如在單獨建造的鍋爐的房內(nèi)，采用“無壓熱水鍋爐”的根據(jù)和必要性就不存在了。 2 關(guān)于水源熱泵（WLHP）系統(tǒng) 筆者曾于近期協(xié)助北京地區(qū)某建設(shè)單位，對其將完工的空調(diào)工程使用功能進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)了一系列問題，引起了對水源熱泵 系統(tǒng)的適應(yīng)范圍和如何通盤解決好設(shè)計中好方面問題的思考。 該工程是由商業(yè)和寫字樓組合而成的綜合樓，總建筑面積8000m2，有少量的建筑熱工內(nèi)區(qū)房間，全部采用水源 熱泵系統(tǒng)，由房間的水源熱泵空調(diào)機和各層的水源熱泵新風(fēng)空調(diào)機組成。冬夏兼用，由冷卻塔和城市熱網(wǎng)熱源通過各自的板式換熱 器對集中循環(huán)水冷卻或加熱，包括衛(wèi)生間、樓梯間等在內(nèi)未設(shè)置散熱器供暖系統(tǒng)。 水源熱泵系統(tǒng)在應(yīng)用適當(dāng)時，是一種很有特點的系統(tǒng)，具有下列優(yōu)點： （1）具有熱回收功能，節(jié)能效果主要在冬季和過渡季顯著，可以將“內(nèi)區(qū)”的余熱，通過循環(huán)水系統(tǒng)向“外區(qū)”轉(zhuǎn)移，供 給“外區(qū)”供暖，特別適用于冬季有大量穩(wěn)定熱回收的建筑。（2）系統(tǒng)簡單，只有一套集中循環(huán)水系統(tǒng)，以及循環(huán)水的冷卻和加熱設(shè)備，可節(jié)省機房占用的面積和空間。（3）循環(huán)水系統(tǒng)的管道無需保溫和保冷。（4）運行靈活，能源消耗便于分別計量。 但是，在該工程的具體條件下應(yīng)用，就顯出它的一些缺陷和局限性： 在冬季供暖期間使用時，因不存在明顯的“內(nèi)區(qū)”，總能耗要大于一般散熱器或空調(diào)供暖系統(tǒng)，除需提供數(shù)量略少的外部 熱源外，水源熱泵機且的壓縮機和循環(huán)水系統(tǒng)仍需進(jìn)行，用電量在全負(fù)荷時約為240kW，如按平均負(fù)荷計約為100kW，而北京地區(qū)的 供暖期長達(dá)5個月。該工程使用性質(zhì)為商場和辦公等，屬于每天間斷使用的建筑，但總要有少量值班房間需晝夜使用，無論是夏季或冬季，集 中的循環(huán)水系統(tǒng)需不間斷運行。需設(shè)置散熱器值班供暖系統(tǒng),以保證各種水管道在冬季夜間或假日不被凍壞。如果設(shè)置了散熱器值班供暖系統(tǒng)，就提出了 可否擴大散熱器供暖系統(tǒng)的問題，即在冬季空調(diào)系統(tǒng)不運行？經(jīng)計算是可行的。水源熱泵機組進(jìn)風(fēng)溫度，一般不應(yīng)低于130，極限最低溫度為50，冬季用作新風(fēng)機組時，需解決 水源熱泵新風(fēng)機組進(jìn)風(fēng)的預(yù)熱處理，并設(shè)置水預(yù)熱排管的可靠防凍設(shè)施。水源熱泵新風(fēng)機組最好能增設(shè)加濕裝置，以保證冬季空調(diào) 的舒適標(biāo)準(zhǔn)。由于壓縮機在機內(nèi)，相對于集中冷源的空調(diào)機組，噪聲偏大。造價偏高，僅水源熱泵機組價格，不計附加的廠家調(diào)試費用，已約折合人民幣625元/m2。 根據(jù)以上情況，該工程又不得不對原有的水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)，進(jìn)行了完善和改善，增設(shè)了散熱器供暖系統(tǒng)和新風(fēng)機組進(jìn)風(fēng)的 預(yù)熱裝置，投資又增加了約60元/m2。最終達(dá)到的空調(diào)綜合效果，同如此昂貴的造價難以相稱，不得不使建設(shè)單位產(chǎn)生 了對采用該種系統(tǒng)合理性的懷疑。 3 關(guān)于散熱器恒溫閥 近年以來，作為供暖系統(tǒng)節(jié)能的一種重要手段，散熱器恒溫閥受到廣為關(guān)注并被大力進(jìn)行推廣。國內(nèi)研制并應(yīng)用始于70年代， 北京建筑五金水暖器材工業(yè)公司科研室就曾推出過第一代7902型“采暖恒溫閥”。至80年代，開始引進(jìn)國外應(yīng)用甚廣的如德國、丹 麥等產(chǎn)品。按照國外產(chǎn)品樣機，蘇州市電器元件廠和北京市門頭溝節(jié)能設(shè)備廠也分別研制開發(fā)出同類產(chǎn)品。國外和國內(nèi)產(chǎn)品，都曾 在北京地區(qū)的一些工程中應(yīng)用過。 在適當(dāng)?shù)臈l件下應(yīng)用，散熱器恒溫閥確是一種能改善房間熱舒適度和節(jié)約能源的構(gòu)件。但其合理應(yīng)用應(yīng)考慮以下因素： 3.1 高阻力特性的恒溫閥僅適合于雙管式系統(tǒng)恒溫閥的作用原理，是通過溫控器波紋管內(nèi)熱敏介質(zhì)的受熱膨脹，驅(qū)使閥桿 位移使閥錐趨向關(guān)閉位置，最大位移量約為7mm，決定了它的高阻力特性。早期開發(fā)的7902型“采暖恒溫閥”，局部阻力系數(shù)值為18， 略大于普通截止閥；蘇州WKQ1028型恒溫閃的局部阻力系數(shù)值，DN15為56，DN20為102；DANFOSS公司恒溫閃的局部阻力系數(shù)值，DNG15 型約為48.6，DN20約為97.7，DN25約為142.2。 雙管式系統(tǒng)每一組散熱器都是相互并聯(lián)的環(huán)路，如能在每組散熱器均設(shè)置阻力相對較高的恒溫閥，可增大散熱器組的阻力， 抵消并聯(lián)環(huán)路之間的水力失調(diào)因素，有助于各組散熱器之間的水力平衡。但是恒溫閥在單管式系統(tǒng)中勉強應(yīng)用則是不適當(dāng)?shù)?，原因是?（1）采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，單管系統(tǒng)應(yīng)采用低阻力閥門。（2）單管式系統(tǒng)設(shè)置恒溫閥和跨越管后，由于分流作用散熱器的散熱量會有所減少，要增加散熱器數(shù)量，與此種閥門昂貴 的價格結(jié)合，經(jīng)濟上是不合算的。（3）恒溫閥與跨越管段的阻力匹配及合理的分流比，雖從理論上可以有所假設(shè)，但設(shè)計計算過程較為復(fù)雜，還由于難以避 免的運行因素，例如泥渣等造成的堵塞，在實際工程中常會發(fā)生。 3.2 要有較好的供熱條件 目前國內(nèi)普通住宅的集中供暖，大體上為以下3種狀況：總體供熱不足，難以達(dá)到供暖設(shè)計溫度的較低標(biāo)準(zhǔn)，居住者要求提 高室溫，而不是因過熱而進(jìn)行調(diào)節(jié)；供暖狀況較好，雖然存在一定程度的垂直失調(diào)，由于居住者并不滿足180的室溫標(biāo) 準(zhǔn)，室溫稍高的房間也不會主動進(jìn)行調(diào)節(jié)；總體供熱充足但系統(tǒng)設(shè)計和配置不當(dāng)使部分房間室溫過高，就集中供暖的全局而言，此 種狀況并不多見。散熱器恒溫閥是通過閥門的開度調(diào)節(jié)進(jìn)入散熱器的流量而改變散熱量，它只能調(diào)節(jié)房間的過熱量，而室溫較低房 間只能依賴于過熱房間調(diào)節(jié)之后的間接被動效應(yīng)。恒溫閥除對總體供熱過量的建筑能有調(diào)節(jié)作用外，對多數(shù)總體供熱不足的建筑， 并不必要。 3.3 要有較好的運行管理條件 即使應(yīng)用于雙管式系統(tǒng)，恒溫閥的高阻力特性也是相對的，當(dāng)散熱器負(fù)荷較小時，較高的局部阻力系數(shù)形成的阻力值仍有限， 最好能根據(jù)每一組散熱器處的剩余水頭對高阻閥逐一進(jìn)行預(yù)調(diào)鎖定，此預(yù)調(diào)鎖定工作難以操作，而且當(dāng)運行管理不善熱媒水雜質(zhì)較 多時，較小的水流通道更易堵塞。 3.4 工程標(biāo)準(zhǔn)較高造價要能隨 此種閥門的價格昂貴，每個約在100元以上，當(dāng)受上述三項因素制約，難以得到明顯的效益時，投資方勢必要有所權(quán)衡取舍。 4 關(guān)于地板輻射供暖 地板輻射供暖是一種性能良好的供暖方式，目前逐漸在標(biāo)準(zhǔn)較高的住宅和其它民用建筑中被廣泛應(yīng)用。但在應(yīng)用時應(yīng)注意其 適應(yīng)條件，其中一個重要問題就是地板表面平均溫度的限制，即真正體現(xiàn)低溫輻射的特征。 采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，經(jīng)常有人停留地面的表面平均溫度宜為24160。北京市建設(shè)設(shè)計研究 院的設(shè)計技術(shù)措施規(guī)定，人長期停留區(qū)域的地板表面平均溫度不宜超過260。上述設(shè)計技術(shù)措施給出了計算地 板表面平均溫度tEP的近似公式：tEP=tN+9(q/100)0.909。 住宅是典型的經(jīng)常有人停留的場所，根據(jù)上述規(guī)定和計算式，可以得出以下數(shù)值： 室內(nèi)設(shè)計溫度tN/0C所允許的地板最大散熱量q/W/m2189020652240目前，在許多地板輻射供暖工程中，一律采用相同間距的DN20mm供熱管，并且未采取有效控制水溫的技術(shù)措施，此種帶有 隨意性的做法是不可取的。按地板表面平均溫度所限定的地板最大散熱量，當(dāng)?shù)孛鎸訛樗?、陶瓷磚、水磨石或石料，室內(nèi)設(shè)計溫 度tN180，如果采用間距為300mm和DN20mm 供熱管，平均水溫應(yīng)不超過400C，采用間距為300 mm的DN15mm供熱管，平均水溫應(yīng)不超過460C。 室內(nèi)設(shè)計溫度tN200C時，只能采用間距為300mm的DN15mm供熱管，平均水溫應(yīng)不超過420C。 而室內(nèi)設(shè)計溫度tN220C時，只能采用間距為300mm的DN15mm供熱管，平均水溫應(yīng)不超過350C。 所以，對供暖負(fù)荷較大的住宅北向房間，應(yīng)驗算地板表面平均溫度所限定的地板最大散熱量，是否能滿足負(fù)荷的需要，尤其 是在室內(nèi)設(shè)計溫度較高時更為突出。因此，國外許多較高標(biāo)準(zhǔn)的住宅，既設(shè)置了地板輻射供暖，又同時設(shè)置散熱器。 在其它類型建筑中應(yīng)用也在同樣問題，例如筆者看到某地區(qū)新編的一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集，推出用于大廳的兩種管間距做法，并 注明“標(biāo)準(zhǔn)工況”水濕為600500、室溫為180，瓷磚類地面管間距150mm的散熱量為212W，管 間距200mm的散熱量為193W，此兩種做法的地板表面平均溫度分別為35.80C和340C，均超過了人短期停留區(qū) 域300C的限定。 上述圖集也將兩種管間距做法應(yīng)用于游泳館，并注明“標(biāo)準(zhǔn)工況”水濕為600500、室溫為28 0，管間距200mm的散熱量為193W，此兩種做法的地板表面平均溫度分別為410C和400C，均超過了采 暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范中對游泳館地面溫度不應(yīng)超過350C（且為加熱管軸心處）的限定。 5 關(guān)于直燃吸收式冷溫水機組 選擇直燃型吸收式冷溫水機組主要取決于工程的能源供應(yīng)條件，它的主要功能是用作集中空調(diào)的冷源，供暖應(yīng)屬于輔助或兼 用功能，至于同時用作供應(yīng)生活熱水，尤其是生活熱水用量較大時，則是一種不盡合理的擴展。當(dāng)空調(diào)的所需熱量在機組供熱能力范圍之內(nèi)或適當(dāng)?shù)募哟蟾邏喊l(fā)生器能滿足時，兼用是合理的。當(dāng)空調(diào)所需熱量較大或還有較多散熱器供暖系統(tǒng)所需熱量時，按遠(yuǎn)大 于供冷量的供熱量來確定機組容量。顯然是不合理的。 直燃型吸收式冷溫水機組的供熱方式，有兩種基本體系：一種是僅通過高壓發(fā)生器和換熱器供熱循環(huán)，主體完全“冬眠”， 供回水溫度為650750，溫差80，且允許供熱水流量在50150范圍內(nèi)變動，即供回水溫 差可增大到120C；另一種是整機供熱循環(huán)，僅關(guān)閉冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，供回水溫度為600C55.80C， 溫差僅為4.20C，且由于換熱面積的限制不允許減少供熱水流量。 直燃型吸引式冷溫水機組不管