浅谈暖通空调设计中与建筑、结构的空间配合

浅谈暖通空调设计中与建筑、结构的空间配合

胡伟良

上海智科仪器设备有限公司

摘要：在建筑工程中，建筑结构和暖通系统之间的配合程度决定着建筑的使用性能。为保障建筑建设质量，本文以上海佳预科技大厦暖通空调项目设计为例，阐述在系统设计过程和建筑结构互相配合要点，具体包括空调负荷计算、制冷系统、风管系统设计、通风系统设计、排烟系统设计等之间的配合。

关键词：暖通空调；系统设计；建筑工程

引言：建筑空调系统的设计过程，配合建筑空间结构，可高效利用建筑空间，提升建筑的使用价值和经济价值等。特别是与风管、通风、排烟三个系统的配合。合理的设计可降低暖通系统的能源消耗，实现绿色建筑的建设目标。因此，研究暖通系统和建筑结构之间的配合施工具有重大意义。

1工程概况

本工程为上海佳预科技大厦空暖通调设计建筑项目，位于上海市沪松公路1177号，为钢筋混凝土结构建筑。建筑面积共计7560.36m2，4栋11层，第4层为消防通道层。该项目暖通空调的供热系统总体设计思路为全水制冷与热交换由锅炉集中供热和制冷，使用机组系统和集中换热器共同提供中央系统的制冷源水介质，这样就可实现直接向4栋楼中输送冷却介质，分别为各层冷水管提供传输端口。

2暖通空调系统和建筑结构配合设计

2.1计算空调负荷值

本项目在设计过程按照上海松江区气象信息计算空调负荷值，年均温度16.1℃、最热月均温32℃、空调干球温（夏季）34.4℃、室外通风温（夏季）31.2℃、空调室外温（夏季）30.8℃、空调日均温（夏季）30.8℃、通风室外湿度（夏季）69%、室外通风计算温（冬季）4.2℃、空调室外计算温（冬季）-2.2℃、空调日平温（冬季）4.2℃、通风室外湿度（冬季）75%。下文按照以上信息对空调负荷值合理计算。

在空调负荷值计算过程，主要包括以下几点：（1）围护结构。在建筑受室外光照以及温度的影响下，建筑外墙由于传热导致冷负荷。在计算过程可使用Qc（&）=A*K（tc（&）-tr），在此公式当中A代表建筑外墙的面积，K代表外墙传热系数，tr代表室内温度，tc代表外墙的冷负荷温度。同时建筑玻璃也可能由于温度变化产生冷负荷，在计算过程可按照Qc（&）=Kw*Aw（tc（&）+Δtd-tr），此公式中Kw代表玻璃的传热系数，Aw指外墙面积，tc（&）指玻璃冷负荷时温度的逐时值，Δtd代表窗外坑负荷温度计算修正结果，tr代表室内温度。建筑室内的热源在散热过程也可产生冷负荷，包括设备、照明等。在设备散热的冷负荷计算过程，可使用公式Qc（&）=Qs*Clq计算，其中Qs代表空调设备的散热量，Clq代表空调设备散热和冷负荷系数，当机组处于不连续运行状态时，Clq取值为1.0。在照明散热产生的冷负荷计算过程，如果建筑内部使用白炽灯，可按照Qc（&）=1000*N*Clq公式计算，如果使用荧光灯，则按照Qc（&）=1000*N1*N2*Clq，以上两个公式中N代表灯具照明功率，N1代表镇流器功率系数，N2代表灯罩隔热系数。（2）新风负荷值。在夏季空调系统的冷负荷可使用Qco=Mo（ho-hR）计算，其中Qco代表夏季的新风负荷，Mo代表新风量，ho代表室外空气焓值，hR代表室内空气焓值。只有准确计算出空调各项负荷值，才能选择合理设计出系统的配置方案，与建筑内部空间更好地配合[1]。

2.2制冷机组设计

本工程中制冷机组在设计过程，使用离心式冷水机组配合加燃气锅炉空调。机组在夏季运行过程工况信息为，空调机组的蒸发器冷冻水出入温度分别为12℃和7℃，冷凝水的进出水温度为30℃和35℃。冬季机组的运行工况信息为，空调机组进水温为10℃，冷凝器的出水温度为45℃。在空调机房中设置了主机、水循环泵以及冷却水循环泵各项配套设施，在机房外部，设置冷却塔。水冷机组在运行过程是将水作为冷却介质，同时冷水容量以及瓦数较大，导致运行过程成本较高，对此，在工程设计过程，充分冷水机组的运行投入考虑其中。例如：针对冷水机组主机负荷大，同时冷凝压力较高，可在夜间运行时使用1台冷水机组，带动2台冷却塔的风机，待机组整体负荷降低之后，将其中的冷却塔风机进行关闭，实现机组运行过程的节能，同时还可保障空调机组的稳定运行。

2.3风道系统

在建筑的暖通空调系统的风道设计过程，应结合土建施工、电气施工、给排水施工等不同专业互相配合，保障风道的布置协调合理。在设计过程应秉承下列原则：（1）风道的设置具备灵活性；（2）风管顺直布置，防止出现局部风管过于复杂的情况；（3）风管设置符合建筑内部气流疏通要求；（4）风管位置预留测量装置接口，如：压力表、采样孔、阀门、风量检测孔等。

在风道系统设计过程，应合理选择风管材料，能移动的风管可使用柔性材料风管。薄钢管和聚氯乙烯管可应用在防腐要求较高的工程当中。在使用聚氯乙烯管时，应考虑到其耐高温和耐寒等能力较差的问题，常应用在室内，同时管道内流体温度应控制在-10℃~+60℃之间。由于本工程属于钢筋混凝土型建筑工程，为保障风管和建筑结构之间的配合性，可使用砖和混凝土材料来制作风管，在具体应用过程，可通过使用吸声材料，粘贴在风管的内壁上，减小风管内流速，实现降低阻力、减少噪音的效果。

在风管断面的选择方面，使用圆形风管，其强度高、耗材少、应用阻力小，这类风管在加工方面流程复杂，占据空间大，应用过程和建筑结构配合程度不高，当空调系统对风度要求较高时，常使用此类风管。矩形断面的风管在加工过程相对容易，同时施工过程设置简单，可高效利用建筑内部空间，同时此类风管的三通和弯头等构件尺寸较小。本工程中系统的送风管和回风管均选用矩形断面风管，在应用之后，不但风道系统的设计美观，同时节约了大量建筑内部空间。矩形风管规格较多，在风道设计环节，为减小空调系统阻力，常使用风管宽高比＜6的规格，最大比例＜10的类型。本工程中使用的120×120mm、250×250mm、800×500mm、1600×1000mm几种规格的风管。工程在风道设计过程应秉承经济性与实用性两点原则。合理确定风管断面的形状以及尺寸，计算出内部压力损失，之后合理选择通风机。

本工程中使用的是双风机系统，在空调系统中既有送风机，又有回风机。在系统中的压力损失同时由回风机和送风机来承担。在具有双风机的空调系统中，应注意排风机应设置在回风机位置的正压段，新风机与回风机应处于送风机负压段。具体设计过程，还应考虑搭配风管长度以及沿程阻力之间的长度关系，结合系统局部压力，判断出风管中的流动规律。保障风机压头值和风机负荷管理压力损失以及局部损失之和相等。在风机吸入段全压以及静压负值都为负值时，风机入口位置负压值最高。在风机压出段的静压与全压通常情况下应为正值，此时在风机的出口位置正压值为最大。在风机以及风管相连位置应注意密封性，防止空气从风管中逸出，导致风道系统风量分配产生问题。在风机压出段，当动压值高于全压值时，此时这个位置就会产生静压负值，如果在这个断面位置开孔，就会导致外部空气被吸入，不能将空气压出。因此应在设计过程，应对送风管内气流速度合理选择，防止对空调系统的支路风管内的空气流量产生影响。此外，在设计过程，还应保障各个支路之间的阻力处于平衡状态，保持所有风管中的阻力稳定[2]。

2.4通风系统

建筑通风系统的设置原则为在房间边角、利于空气流通、人员停留少的位置，送风口间距为3~5m。风机盘管连接的风管中风速在1.54~2.0m/s，最大风速＜2.5m/s，避免带出冷凝水。在散流器的设置上，应使用对称、梅花型等设置方式，保障散流器的中心和侧墙间距≥1000mm。当使用方形、圆形的散流器时，应控制送风面积长宽比＜1：1.5，在送风过程水平距离和竖直距离之比为0.5~1.5。结合建筑室内装饰结构要求。例如：如果使用250*250型号散流器，应将间距控制在3.5m，当使用320*320型号的散流器时，应控制间距在4.2m。在空调房中，应根据房间高度的不同使用不同的最高送风温差。当送风高度H≤5m时，应将送风温差控制在≤10℃，当送风高度H＞5m时，应将送风温差控制在≥15℃。此外，为防止在出风口位置出现结露的问题，应保障送风温度比室内温度高2~3℃。

2.5排烟系统

根据上海《建筑排烟技术规程》要求，在暖通排烟系统中使用到吊装装置时，应选用耐火材料，加强防火保护。本工程中新风机组、空调机、通风机等全部设置在建筑内部，按照建筑结构，设计了空调机房，同时将机房的防火、维修、噪声冷凝水出现泄露以及空气过滤器的更换等内容考

虑其中。建筑存在封闭楼梯间，由于自然通风不畅，因此要增设防烟的楼梯间。建筑排烟口和排风口共用，排烟口应和室内间距＜30m。建筑内部结构走道＞30m时，可使用机械排烟方式。在吊装新风机组环节，风管不可穿过防火分隔物，当风管穿过非防火类普通隔墙时，可不必在防火区中设置防火阀。为防止出现热变形问题，可使用不可燃的材料作为隔热层。例如：在建筑吊顶位置内部设置排烟管道时，使用不可燃的隔热材料，防止对建筑室内装饰结构产生影响。在进风口的内侧的防化值班室中设计测压管，所有的人防口的防烟通道隔墙之内都应使用内径为50mm的气密测量管，同时将其两端采取封闭措施。在建筑的4层之上为位置，应合理设置相关排烟设施。

对于消防分区中垂直风管以及防火阀的设置问题，应注意以下方面，空调系统和通风系统安装各个防火分区使用横向设置的方式，不可使用同一风系统。当管道穿过防火分区时，应在穿越位置设计防火阀，垂直风管穿过建筑单层楼板时，可将风管设计在竖井中。应在建筑屋顶或者外墙设置自然排烟口，当排烟口位于外墙位置时，应保障其标高大于室内净高1/2，同时存在便于启动装置。自然排烟口要与火灾气流方向一致。当建筑开窗角度＞70°时，应按照窗户实际面积计算排烟面积，当建筑开窗角度＜70°时，应按照公式Ff=Fc×slnα计算排烟面积。其中Ff代表有效的排烟面积，Fc代表窗户面积slnα代表开窗角度。如果建筑使用侧拉窗时，应按照窗户最大开启面积计算。建筑的下方位置应设计具体的防烟设施，具体包括防烟楼梯间和其前室位置，高层建筑避难层、人防避难走道前室、消防电梯间等。排烟设施设计位置应满足建筑自然通风的实际需求，最好选取自然通风方式[3]。

3结束语

总而言之，在建筑暖通设计过程，合理利用建筑内部空间，优化设计方式，可降低系统对能源的消耗，利于节能环保的建设目标。因此相关人员在设计过程，要合理设计风管、通风、排烟等系统，保障暖通系统的性能，提高建筑设计质量，促使建筑暖通设计更好发展。

参考文献：

[1]叶霞.节能减排理念在建筑暖通空调设计中的应用分析[J].居舍，2019（15）：87.

[2]李鹏宇.建筑暖通空调节能优化设计方法分析[J].建材与装饰，2019（14）：98-99.

[3]姜新丰，曹利明，邱晓枫.绿色理念在建筑暖通空调系统节能设计中的应用[J].科技经济导刊，2019，27（11）：70.