空调工程设计

　　工况设计

　　传统的暖通空调设计是以出现大冷负荷的夏季工况和出现大热负荷的冬季工况为设计工况,夏季和冬季以规定的室外空气计算参数进行围护结构冷、热负荷计算,新风和室内负荷也按不利情况考虑,并据此选择空调设备。设计计算只是为了配置必要的调节设备,对非设计工况并不进行专门的分析计算。这种以不利的情况作为设计工况,以此为依据选择空调设备的方法称“工况设计”,也称“静态设计”。用工况设计方法选择设备,空调系统无疑是安全的,但往往存在着设备容量过大、投资过高、设备运行效率降低、能量浪费严重的问题

　　过程设计

　　暖通空调的负荷在全年有明显的季节性变化,在同一天内也有较大变化,暖通空调系统绝大部分时间不在设计工况的条件下运行。在设计工况下选择的具有较高效率的设备,在低负荷条件下运行时效率可能会降低。因此仅仅根据设计工况选定的方案,在长期低负荷条件下运行可能会造成大量的能量浪费。设计人员在设计过程中都会尽量选用高效节能的设备,但是事实上,在暖通空调设备的设计、制造过程中,要使产品的设备效率有所提高其难度是很大的,而在运行方式和运行调节方面,设备的能耗水平却存在很大的差异。因此,设备运行过程中有很大的节能潜力,优化运行调节过程是提高空调质量和降低系统能耗的重要途径。在设计过程中所关注的不应只是某个固定不变的“设计工况”,而要更加注重考察运行全过程的合理性。

　　在暖通空调工程设计中,以运行全过程的连续工况变化为依据,分析系统全年能耗和佳运行状态,基于全过程的运行工况制定系统方案并配置相应的设备,使系统的性能指标在大负荷时和在部分负荷运行时均趋于佳状态,这一方法称“过程设计”,也称“动态设计”。

　　过程设计仍然要保证不利的工况即“设计工况”的运行效果,但这已不是唯目标,甚至不是重要的目标。过程设计理论和技术正在经历着从简单措施到系统方法、从一般认识到深入研究的过程。暖通空调过程设计的内容主要有两方面:一是全年负荷的模拟与分析,二是系统的模拟与设计。

　　1.过程设计方法

　　过程设计是在工况设计的基础上逐渐发展和完善的,早期较为简单的过程设计措施是先按设计工况制订方案和选择设备,然后校核分析各种不同工况下系统的性能并完善调节措施。简单的过程设计虽然仍以典型工况为主要依据,但在设计理念上已有了较大的转变,主要以系统全过程连续运行的工况变化为对象,在满足建筑用能需求的前提下,分析系统全年能耗并实现佳运行状态,体现了过程设计的重要性。近些年来,国内外许多学者和研究机构开展了大量的研究工作,逐步形成了较为系统的过程设计理论,设计软件也逐渐完善,使得暖通空调工程设计方法日趋科学合理

　　1)空调负荷计算

　　按照《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)规定的计算参数进行负荷计算的结果叫做“设计负荷”,即“设计工况”下的计算负荷,是全年负荷中的大冷(热)负荷。设计负荷只是选择设备大容量的依据,并不代表实际运行负荷。“过程设计”要求采用科学方法对空调全年负荷进行模拟计算和分析,考察运行全过程的负荷变化情况,其中也包括“设计工况”下的设计负荷。空调负芢计算经历了初的基于固定参数的静态计算方法到基于典型设计日的动态计算方的转变,目前正在逐步完善以典型设计年为基准的计算方法

　　2)系统设计

　　在空调系统设计方面,重点是制定在各种工况下均能高效运行的系统方案,包括空调质量和能耗水平。空调设备的总容量要保证“设计工况”下的大负荷需要,但是设备的性能指标、组合情况和运行方案要以多种工况作为选择依据,尽可能使系统在部分负荷运行时仍然保持良好的空调效果和较低的能耗水平。

　　传统工况设计的暖通空调系统中以室内温、湿度控制为目标的基本调节措施,通常采取诸如冷热源机组分部投入、变水温、变风温、变加热量等方案。而在过程设计中,应采取的措施除上述方法外,还包括:大小容量设备的匹配、变风量系统(VAV)变制冷剂(VRV)系统、环境条件资源化措施(例如变新风运行)、温湿度独立控制技术、变流量水系统、蓄冷(热)技术、热回收措施等,还应配置较完善的自动控制系统。上述措施应以全年运行过程进行综合能耗分析为设计基础。

　　2.过程设计工具

　　近些年来国际国内进行了大量有关暖通空调过程设计的研究,提出了多种方法和工具,使得暖通空调设计正在真正由工况设计走向过程设计。现简要介绍几种典型的设计工具。

　　1)建筑物全年双负荷曲线

　　空调负荷计算只有进行全年空调负荷分析,才能为空调系统设计提供真实的负荷依据。在诸多的建筑热过程模拟分析软件中,建筑物全年双负荷曲线分析法比较简便,可操作性强。该分析法简称TLCA( T win Load Curves Analysis)