常见空调水系统管制应用场景

    尽管现行《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012)(以下简称《民规》) 对几种常见管制说明了适用范围，但实际在项目设计过程中，因各类项目体量大小和功能业态不一，设计人员在设计选择过程仍难以抉择，本文通过对空调供能分析，内外分区划分依据分析，不同建筑功能业态分析，讨论空调水系统三种常见管制适用情况，提高空调水系统设计的经济合理性。    

 

 

 

1、常见空调水系统管制

 

目前常用的空调水系统有两管制、分区两管制、四管制，按照建筑体量，中小型建筑通常采用两管制，大体量建筑因进深较深，空调品质要求较高可采用四管制。除季节转换，有其他冷热转换要求的情况可采用分区两管制。  

 

1.1两管制  

《民规》第8.5.3条规定：“当建筑所有区域只要求按季节同时进行供冷和供热转换时，通常采用两管制空调水系统”。该系统的优点：系统简单，水系统投资小。“两管制”顾名思义两管比四管少了两根管，总体系统管道总长度及阀门数量大致为四管制的一半，设备盘管相对于四管制仅有冷热共用盘管，少了热水盘管，设备投资小。节省机房管井面积，管井占用面积减少约1/3，对于某些超高层项目，管井减少的更为明显。主要缺点: 该系统仅能进行季节性切换，夏季供冷，冬季供热，不能同时提供空调冷、热水，在建筑进深较大，内、外区负荷或不同朝向负荷差异较大及冬季建筑内有局部供冷要求时无法满足空调要求。  

   

 

 

1.2四管制  

同1.1《民规》规定：“当空调水系统的供冷和供热工况转换频繁或需同时使用时，通常采用四管制空调水系统。”该系统主要的优点：弥补了两管制在应对空调存在内外分区并需要同时供冷热的不足，有利于管理，不需要冷热转换，避免了空调冷热水在切换过程中出现冷热互掺的风险。冷热管路独立，不易出现冷热切换过程产生的失调现象，如夏季流量与冬季空调水流相差较大，两管制在切换过程中容易产生超调现象。而四管制冷水分管路设定输送水泵及阀门，则避免产生此种现象。主要缺点:加大系统初投资，运营管理相对复杂，实际并未发挥四管制所特有的功能，实际投入与回报不成比例。  

 

 

1.3分区两管制  

当建筑内一些区域的空调系统需全年供冷、其他区域仅要求按季节或较长一段时间进行供冷和供热转换时，通常可采用分区两管制空调水系统。该系统主要的优点：兼具两管制和四管制的特点，调节性能介于四管制和两管制之间，可实现分区冷热独立控制。如分区合理，其可调节性可接近于四管制。考虑内外区及朝向可考虑分2～3个分区。该系统主要缺点：相对于两管制，总的投资增加，但介于两管制与四管制之间，相对于四管制的每台系统均可实现冷热独立控制，分区两管制受空调分区及管路服务区域限制。关于分区两管制阀门切换的设定，本文暂以较大区域内空调负荷相对稳定的情况，将切换位置设于主机机房内，并以此展开论述。  

   

 

 

2、空调分区方式对空调水系统管制要求    

2.1空调分区定义  

空调区域基本可分为内区（内部区）和外区（周边区）。外区的定义是：直接受到外围护结构日射得热、温差传热和空气渗透影响的区域。外区空调负荷包括外围护结构冷负荷或热负荷和内热冷负荷。由于地理位置和季节气候条件的因素，外区有时需要供热有时则需要供冷。外围护结构负荷主要来源于外窗和外墙内表面与人体及其他室内表面之间的辐射换热。内区的定义是：与建筑物外界相隔离，具有相对稳定的边界温度条件的区域，其不受来自外围护结构的日射得热、温差传热和空气渗透影响。内区全年仅有内热冷负荷，且随区内照明、设备和人员发热量变化，通常全年需要供冷。  

   

 

 

3、几种空调供能情况下的水系统管制需求分析    

3.1夏季内外区均供冷，冬季外区供热内区供冷  

当建筑楼层进深较深，外区受维护结构外表面温度、夏季太阳辐射热传导、冬季冷辐射影响，需夏季供冷冬季供热。内区受外部扰动小，主要含人员活动热湿负荷及电子设备散热负荷，理论上需常年供冷。理论上空调水系统管制需根据需求设外区冷热两管\内区单冷管。  

除散热量比较大的内区设备机房，很多人员活动的内区理论设备及人员负荷要求供冷的情况下，因实际设备开启台数及坐班人数不固定，实际运行按供热设置空调，即可以理解为局部内区供冷及供热。空调水系统按实际设置为内外区设置冷热两管，机房设备区采用单冷管。  

 

3.2夏季内外区供冷，冬季内外区均供热  

通常进深超过8 m的功能房间需要设置内外区，但如果建筑进深接近于9 m时或者比较接近，该如何设置空调水系统管制呢？此种情况主要考虑是否能排除冬季供冷的可能。排除措施需要借助专业负荷软件，根据室内实际人员及设备确定室内冷负荷与外围护结构、渗透热风负荷的关系，如实际内区冷负荷值小于或接近于外区热负荷值，考虑冬季维护结构冷辐射对人体温感的影响，实际空调温度应比计算温度增加1～2 ℃，则可排除内区供冷的可能。  

 

3.3夏季内外区均供冷，冬季外区局部分时段供冷  

随全球温度变暖，夏热冬冷地区如上海地区空调供暖季，采用幕墙外围护结构的商业办公建筑，某些南向的功能用房，太阳辐射得热甚至可以补偿维护结构热负荷，导致室内空间实际为冷负荷，此情况下需要室内空调供冷。因太阳辐射热及人员空调冷热舒适性难以准确根据固定时间设定，外区需保守设为冷热四管制，内区考虑空调预热及人员活动性最基本需求设为冷热两管制。  

 

3.4过渡季空调深度除湿  

过渡季采用全空气的空调系统因新风湿负荷比空调季大幅增加，原选型盘管很难进行深度除湿到室内设计状态点，及时达到室内设定温度，实际达到室内状态点的湿度偏大，舒适性较差，需要增加再热排管除湿，达到原室内设计状态点。在此种情况下，有新风接入的空调箱管路需考虑设置四管制。  

 

 

 

4、建筑功能业态对空调水系统管制要求    

4.1办公  

对于体量小，进深小的某些低端办公项目，通常会采用相对灵活的分散式空调系统，如采用水系统采用两管制可满足实际空调要求。定位中端办公，对空调品质有一定要求的大体量有空调内外分区的项目，但对造价相对敏感时可采用分区两管制，对于某些高端商务办公楼，建筑进深较大，建筑空调使用标准较高，一些金融业或信息技术公司有数据机房降温冷却要求，在空调水管管路预留时，应考虑预留降温冷却的单冷冻水供回水管或24 h冷却水管。  

 

4.2商业及餐饮  

对于某些大型商业项目，如设置在内区的黄金珠宝眼睛店铺因内部灯光照明负荷较大，商场的美食街及大型餐饮店存在大量的热湿负荷，可结合项目定位及成本要求设置空调水系统管制，如中端采用分区两管制、高端可采用四管制空调水系统。  

 

4.3酒店  

酒店空调要求通常根据酒店星级定位标准设定，通常五星级酒店因对应为高端商务客户，对空调品质要求较高，为应对酒店入驻顾客不同时段对空调供冷热需求，酒店客房、SPA、VIP会所等私人定制要求较高的空间区域采用四管制。酒店大堂及酒吧等人流流量大、人员密集场所空调负荷特性区域表现一致可采用两管制。  

 

4.4超市及影院  

超市及影院通常采用独立式冷热源系统，对于超市常设在地下室，受室外扰动相对小，因人员密集，人流量大，内部负荷性质主要体现在人员及照明负荷，因超市为整个敞开空间，区域内空调负荷表现相对一致，不太会出现同时供冷热的情况，则空调系统可采用两管制。影院影厅因放映设备在专用机房内可设分体降温空调保证设备正常运行环境，影院内部同超市类似主要为人员负荷，空调负荷特性也相对一致，空调水系统可采用两管制。  

 

 

   

5、空调水系统管制选择经济比选    

随着机电安装费用在整个建筑工程总投资的逐年提升，产品客户越来越关注系统效能及系统初投资，本文选择一个典型的四管制高端办公项目来说明采用不同管制系统造价情况的对比，三种系统管道阀门投资占比如图6。  

   

 

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