黃明強(qiáng)

（中建八局上?？萍冀ㄔO(shè)有限公司，上海，200000）

盡管現(xiàn)行《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50736-2012)(以下簡(jiǎn)稱《民規(guī)》［1］) 對(duì)幾種常見管制說明了適用范圍，但實(shí)際在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，因各類項(xiàng)目體量大小和功能業(yè)態(tài)不一，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)選擇過程仍難以抉擇，本文通過對(duì)空調(diào)供能分析，內(nèi)外分區(qū)劃分依據(jù)分析，不同建筑功能業(yè)態(tài)分析，討論空調(diào)水系統(tǒng)三種常見管制適用情況，旨在幫助設(shè)計(jì)人員了解水系統(tǒng)管制形式與實(shí)際系統(tǒng)功能需求的聯(lián)系，提高空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理性。

1 常見空調(diào)水系統(tǒng)管制

目前常用的空調(diào)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(jìn)深較深，空調(diào)品質(zhì)要求較高可采用四管制。除季節(jié)轉(zhuǎn)換，有其他冷熱轉(zhuǎn)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(dāng)建筑所有區(qū)域只要求按季節(jié)同時(shí)進(jìn)行供冷和供熱轉(zhuǎn)換時(shí)，通常采用兩管制空調(diào)水系統(tǒng)”。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)簡(jiǎn)單，水系統(tǒng)投資小?！皟晒苤啤鳖櫭剂x兩管比四管少了兩根管，總體系統(tǒng)管道總長(zhǎng)度及閥門數(shù)量大致為四管制的一半，設(shè)備盤管相對(duì)于四管制僅有冷熱共用盤管，少了熱水盤管，設(shè)備投資小。節(jié)省機(jī)房管井面積，管井占用面積減少約1/3，對(duì)于某些超高層項(xiàng)目，管井減少的更為明顯。主要缺點(diǎn): 該系統(tǒng)僅能進(jìn)行季節(jié)性切換，夏季供冷，冬季供熱，不能同時(shí)提供空調(diào)冷、熱水，在建筑進(jìn)深較大，內(nèi)、外區(qū)負(fù)荷或不同朝向負(fù)荷差異較大及冬季建筑內(nèi)有局部供冷要求時(shí)無法滿足空調(diào)要求。

圖1 空調(diào)水系統(tǒng)兩管制示意

1.2 四管制

同1.1《民規(guī)》規(guī)定：“當(dāng)空調(diào)水系統(tǒng)的供冷和供熱工況轉(zhuǎn)換頻繁或需同時(shí)使用時(shí)，通常采用四管制空調(diào)水系統(tǒng)?！痹撓到y(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)：彌補(bǔ)了兩管制在應(yīng)對(duì)空調(diào)存在內(nèi)外分區(qū)并需要同時(shí)供冷熱的不足，有利于管理，不需要冷熱轉(zhuǎn)換，避免了空調(diào)冷熱水在切換過程中出現(xiàn)冷熱互摻的風(fēng)險(xiǎn)。冷熱管路獨(dú)立，不易出現(xiàn)冷熱切換過程產(chǎn)生的失調(diào)現(xiàn)象，如夏季流量與冬季空調(diào)水流相差較大，兩管制在切換過程中容易產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象。而四管制冷水分管路設(shè)定輸送水泵及閥門，則避免產(chǎn)生此種現(xiàn)象。主要缺點(diǎn):加大系統(tǒng)初投資，運(yùn)營管理相對(duì)復(fù)雜，實(shí)際運(yùn)營過程管理人員到客戶都習(xí)慣于冬季供熱、夏季供冷，實(shí)際并未發(fā)揮四管制所特有的功能，實(shí)際投入與回報(bào)不成比例。

圖2 空調(diào)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(dāng)空調(diào)水系統(tǒng)的供冷和供熱工況轉(zhuǎn)換頻繁或需同時(shí)使用時(shí)，通常采用四管制空調(diào)水系統(tǒng)?！碑?dāng)建筑內(nèi)一些區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)需全年供冷、其他區(qū)域僅要求按季節(jié)或較長(zhǎng)一段時(shí)間進(jìn)行供冷和供熱轉(zhuǎn)換時(shí)，通常可采用分區(qū)兩管制空調(diào)水系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)：兼具兩管制和四管制的特點(diǎn)，調(diào)節(jié)性能介于四管制和兩管制之間，可實(shí)現(xiàn)分區(qū)冷熱獨(dú)立控制。如分區(qū)合理，其可調(diào)節(jié)性可接近于四管制?？紤]內(nèi)外區(qū)及朝向可考慮分2～3個(gè)分區(qū)。該系統(tǒng)主要缺點(diǎn)：相對(duì)于兩管制，總的投資增加，但介于兩管制與四管制之間，相對(duì)于四管制的每臺(tái)系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)冷熱獨(dú)立控制，分區(qū)兩管制受空調(diào)分區(qū)及管路服務(wù)區(qū)域限制。關(guān)于分區(qū)兩管制閥門切換的設(shè)定，本文暫以較大區(qū)域內(nèi)空調(diào)負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定的情況，將切換位置設(shè)于主機(jī)機(jī)房?jī)?nèi)［2］，并以此展開論述。

圖3 空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)兩管制示意

2 空調(diào)分區(qū)分區(qū)方式對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)管制要求

2.1 空調(diào)分區(qū)定義

空調(diào)區(qū)域基本可分為內(nèi)區(qū)（內(nèi)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(hù)結(jié)構(gòu)日射得熱、溫差傳熱和空氣滲透影響的區(qū)域。外區(qū)空調(diào)負(fù)荷包括外圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷或熱負(fù)荷和內(nèi)熱冷負(fù)荷。由于地理位置和季節(jié)氣候條件的因素，外區(qū)有時(shí)需要供熱有時(shí)則需要供冷。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷主要來源于外窗和外墻內(nèi)表面與人體及其他室內(nèi)表面之間的輻射換熱。內(nèi)區(qū)的定義是：與建筑物外界相隔離，具有相對(duì)穩(wěn)定的邊界溫度條件的區(qū)域，其不受來自外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的日射得熱、溫差傳熱和空氣滲透影響。內(nèi)區(qū)全年僅有內(nèi)熱冷負(fù)荷，且隨區(qū)內(nèi)照明、設(shè)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(diào)分區(qū)

2.2 分區(qū)依據(jù)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷對(duì)空調(diào)分區(qū)影響較大，而維護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)是決定負(fù)荷大小的決定性因素，空調(diào)分區(qū)可根據(jù)空空調(diào)末端型式及外維護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)分為三類［3］。

2.2.1 淺表進(jìn)深型

在滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189—2015）對(duì)各氣候分區(qū)建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)定的前提下，若選用熱工性能優(yōu)良的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)并且采取圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷與內(nèi)熱冷負(fù)荷分別處理的方式,且采用窗邊風(fēng)機(jī)盤管，外區(qū)進(jìn)深可縮小到2 m。該種分區(qū)方式，維護(hù)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為夏季為冷負(fù)荷及太陽輻射熱傳導(dǎo)冷負(fù)荷，冬季維護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷及冷輻射負(fù)荷，外區(qū)可采用冷熱共用的水管。冬季及夏季內(nèi)區(qū)受外區(qū)擾動(dòng)小，僅處理內(nèi)部熱負(fù)荷或冷負(fù)荷，因內(nèi)外區(qū)冷熱負(fù)荷差異變化較大，可內(nèi)區(qū)單獨(dú)設(shè)定一路冷熱共用的管路及采用內(nèi)外分區(qū)的分區(qū)兩管制。

2.2.2 深度進(jìn)深型

在滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求的前提下,若采用普通熱工性能的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)并且末端采取外圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷/熱負(fù)荷和外區(qū)的內(nèi)熱冷負(fù)荷混合處理的方式,深度型外區(qū)進(jìn)深要達(dá)到5 m。該種分區(qū)方式，外區(qū)末端設(shè)備除處理維護(hù)結(jié)構(gòu)冷熱負(fù)荷還應(yīng)處理外區(qū)的冷熱負(fù)荷，因外區(qū)深度較大很有可能出現(xiàn)冷熱需求不一致的情況建議外區(qū)采用四管制，內(nèi)區(qū)因冬夏季相對(duì)負(fù)荷情況一致，可考慮采用兩管制。

2.2.3 中等進(jìn)深型

中等進(jìn)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(hù)結(jié)構(gòu)，如外區(qū)采用了維護(hù)結(jié)構(gòu)及外區(qū)負(fù)荷混合處理的末端型式，外區(qū)進(jìn)深約3 m。該種分區(qū)維護(hù)結(jié)構(gòu)及外區(qū)負(fù)荷冷熱負(fù)荷一致，內(nèi)區(qū)負(fù)荷冬夏季變化一致。因維護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能較好，維護(hù)結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)及對(duì)流對(duì)室內(nèi)負(fù)荷影響較小，如采用朝向分區(qū)時(shí)，可采用外區(qū)四管制內(nèi)區(qū)采用冷熱共用兩管制，如采用內(nèi)外分區(qū)可采用內(nèi)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(duì)比

3 幾種空調(diào)供能情況下的水系統(tǒng)管制需求分析

3.1 夏季內(nèi)外區(qū)均供冷，冬季外區(qū)供熱內(nèi)區(qū)供冷

當(dāng)建筑樓層進(jìn)深較深，外區(qū)受維護(hù)結(jié)構(gòu)外表面溫度、夏季太陽輻射熱傳導(dǎo)、冬季冷輻射影響，需夏季供冷冬季供熱。內(nèi)區(qū)受外部擾動(dòng)小，主要含人員活動(dòng)熱濕負(fù)荷及電子設(shè)備散熱負(fù)荷，理論上需常年供冷。理論上空調(diào)水系統(tǒng)管制需根據(jù)需求設(shè)外區(qū)冷熱兩管內(nèi)區(qū)單冷管。

除散熱量比較大的內(nèi)區(qū)設(shè)備機(jī)房，很多人員活動(dòng)的內(nèi)區(qū)理論設(shè)備及人員負(fù)荷要求供冷的情況下，因?qū)嶋H設(shè)備開啟臺(tái)數(shù)及坐班人數(shù)不固定，實(shí)際運(yùn)行按供熱設(shè)置空調(diào)，即可以理解為局部?jī)?nèi)區(qū)供冷及供熱［2］?？照{(diào)水系統(tǒng)按實(shí)際設(shè)置為內(nèi)外區(qū)設(shè)置冷熱兩管，機(jī)房設(shè)備區(qū)采用單冷管。

3.2 夏季內(nèi)外區(qū)供冷，冬季內(nèi)外區(qū)均供熱

按照參考文獻(xiàn)2的說明，通常進(jìn)深超過8 m的功能房間需要設(shè)置內(nèi)外區(qū)，但如果建筑進(jìn)深接近于9 m時(shí)或者比較接近，該如何設(shè)置空調(diào)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(fù)荷軟件，根據(jù)室內(nèi)實(shí)際人員及設(shè)備確定室內(nèi)冷負(fù)荷與外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、滲透熱風(fēng)負(fù)荷的關(guān)系，如實(shí)際內(nèi)區(qū)冷負(fù)荷值小于或接近于外區(qū)熱負(fù)荷值，考慮冬季維護(hù)結(jié)構(gòu)冷輻射對(duì)人體溫感的影響，實(shí)際空調(diào)溫度應(yīng)比計(jì)算溫度增加1～2 ℃，則可排除內(nèi)區(qū)供冷的可能。

3.3 夏季內(nèi)外區(qū)均供冷，冬季外區(qū)局部分時(shí)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(diào)供暖季，采用幕墻外圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(bǔ)償維護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷，導(dǎo)致室內(nèi)空間實(shí)際為冷負(fù)荷，此情況下需要室內(nèi)空調(diào)供冷。因太陽輻射熱及人員空調(diào)冷熱舒適性難以準(zhǔn)確根據(jù)固定時(shí)間設(shè)定，外區(qū)需保守設(shè)為冷熱四管制，內(nèi)區(qū)考慮空調(diào)預(yù)熱及人員活動(dòng)性最基本需求設(shè)為冷熱兩管制。

3.4 過渡季空調(diào)深度除濕

過渡季采用全空氣的空調(diào)系統(tǒng)因新風(fēng)濕負(fù)荷比空調(diào)季大幅增加，原選型盤管很難進(jìn)行深度除濕到室內(nèi)設(shè)計(jì)狀態(tài)點(diǎn)，及時(shí)達(dá)到室內(nèi)設(shè)定溫度，實(shí)際達(dá)到室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)的濕度偏大，舒適性較差，需要增加再熱排管除濕，達(dá)到原室內(nèi)設(shè)計(jì)狀態(tài)點(diǎn)。在此種情況下，有新風(fēng)接入的空調(diào)箱管路需考慮設(shè)置四管制。

圖5 空調(diào)季與過渡季空氣處理對(duì)比

4 建筑功能業(yè)態(tài)對(duì)對(duì)空調(diào)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(xiàng)目業(yè)態(tài)通常有辦公、商業(yè)餐飲、酒店、超市、影院等?，F(xiàn)就以上各建筑功能業(yè)態(tài)進(jìn)行空調(diào)水系統(tǒng)管制需求分析。

4.1 辦公

對(duì)于體量小，進(jìn)深小的某些低端辦公項(xiàng)目，通常會(huì)采用相對(duì)靈活的分散式空調(diào)系統(tǒng)，如采用水系統(tǒng)采用兩管制可滿足實(shí)際空調(diào)要求。定位中端辦公，對(duì)空調(diào)品質(zhì)有一定要求的大體量有空調(diào)內(nèi)外分區(qū)的項(xiàng)目，但對(duì)造價(jià)相對(duì)敏感時(shí)可采用分區(qū)兩管制，對(duì)于某些高端商務(wù)辦公樓，建筑進(jìn)深較大，建筑空調(diào)使用標(biāo)準(zhǔn)較高，一些金融業(yè)或信息技術(shù)公司有數(shù)據(jù)機(jī)房降溫冷卻要求，在空調(diào)水管管路預(yù)留時(shí)，應(yīng)考慮預(yù)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(duì)于某些大型商業(yè)項(xiàng)目，如設(shè)置在內(nèi)區(qū)的黃金珠寶眼睛店鋪因內(nèi)部燈光照明負(fù)荷較大，商場(chǎng)的美食街及大型餐飲店存在大量的熱濕負(fù)荷，可結(jié)合項(xiàng)目定位及成本要求設(shè)置空調(diào)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(diào)水系統(tǒng)。

4.3 酒店

酒店空調(diào)要求通常根據(jù)酒店星級(jí)定位標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，通常五星級(jí)酒店因?qū)?yīng)為高端商務(wù)客戶，對(duì)空調(diào)品質(zhì)要求較高，為應(yīng)對(duì)酒店入駐顧客不同時(shí)段對(duì)空調(diào)供冷熱需求，酒店客房、SPA、VIP會(huì)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(chǎng)所空調(diào)負(fù)荷特性區(qū)域表現(xiàn)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(dú)立式冷熱源系統(tǒng)，對(duì)于超市常設(shè)在地下室，受室外擾動(dòng)相對(duì)小，因人員密集，人流量大，內(nèi)部負(fù)荷性質(zhì)主要體現(xiàn)在人員及照明負(fù)荷，因超市為整個(gè)敞開空間，區(qū)域內(nèi)空調(diào)負(fù)荷表現(xiàn)相對(duì)一致，不太會(huì)出現(xiàn)同時(shí)供冷熱的情況，則空調(diào)系統(tǒng)可采用兩管制。影院影廳因放映設(shè)備在專用機(jī)房?jī)?nèi)可設(shè)分體降溫空調(diào)保證設(shè)備正常運(yùn)行環(huán)境，影院內(nèi)部同超市類似主要為人員負(fù)荷，空調(diào)負(fù)荷特性也相對(duì)一致，空調(diào)水系統(tǒng)可采用兩管制。

表2 不同功能業(yè)態(tài)對(duì)應(yīng)空調(diào)管制推薦

5 空調(diào)水系統(tǒng)管制選擇經(jīng)濟(jì)比選

隨著機(jī)電安裝費(fèi)用在整個(gè)建筑工程總投資的逐年提升，產(chǎn)品客戶越來越關(guān)注系統(tǒng)效能及系統(tǒng)初投資，本文選擇一個(gè)典型的四管制高端辦公項(xiàng)目來說明采用不同管制系統(tǒng)造價(jià)情況的對(duì)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(diào)系統(tǒng)總投資內(nèi)占比示意

合肥某超甲級(jí)辦公大樓，建筑面積12萬平，地上辦公60層與周圍裙房獨(dú)立，空調(diào)水系統(tǒng)采用四管制，經(jīng)向廠商詢價(jià)四管制空調(diào)水系統(tǒng)水管、管件及閥門單平米造價(jià)約250元/m2，當(dāng)采用兩管制時(shí)，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(diào)箱及風(fēng)機(jī)盤管減少熱水盤管，此時(shí)造價(jià)下降至150元/m2，當(dāng)采用分區(qū)兩管制時(shí)，按各樓層內(nèi)外分區(qū)一致性，考慮在機(jī)房?jī)?nèi)進(jìn)行內(nèi)外分區(qū)冷熱切換，此時(shí)樓層主立管數(shù)同四管制但尺寸規(guī)格減小，樓層支路水管及空調(diào)箱、風(fēng)機(jī)盤管同普通兩管制，單平米造價(jià)介于前兩者之間，粗略估算為200元/m2，具體估算內(nèi)容詳見空調(diào)系統(tǒng)分項(xiàng)投資估算表。那么整體造價(jià)影響相對(duì)比較大，至于如何抉擇，如項(xiàng)目定位較高，建議采用四管制，可以在系統(tǒng)運(yùn)營過程中向用戶增收相關(guān)費(fèi)用，補(bǔ)償初期過高的投資。如對(duì)造價(jià)比較敏感同時(shí)考慮用戶對(duì)空調(diào)品質(zhì)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(yīng)加強(qiáng)運(yùn)維人員的培訓(xùn)管理。如本身項(xiàng)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(diào)系統(tǒng)分項(xiàng)投資估算

結(jié)語：通過以上幾種情況下的空調(diào)水系統(tǒng)管制適用分析，我們不難看出空調(diào)水系統(tǒng)管制同供能需求、分區(qū)形式、空調(diào)品質(zhì)要求有關(guān)聯(lián)。通常在大體量、分區(qū)形式復(fù)雜、業(yè)態(tài)多樣的工程中一般不會(huì)單一出現(xiàn)某種管制。為提高空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理性，系統(tǒng)選擇時(shí)應(yīng)通過供能需求、內(nèi)外分區(qū)、業(yè)態(tài)甄別、造價(jià)比選等多角度分析確定。