戶式中央空調水系統設計和施工問題

論文類別:工學論文 > 工程建築論文
論文作者: 未知
上傳時間:2006/8/29 11:22:00

一、問題的提出
近年來,經濟發達地區的城市,如北京、上海、廣州等城市居民住房條件有質的提高,一戶住宅面积達100-200㎡的商品房需求量增長很快,一棟面積300-500㎡的庭院別墅,也受到部分企業主和高薪階層的青睐。這個階層群體對熱環境的要求,從只追求單純控制室溫的適用性,發展到追求空氣品質的舒適性。空調運行時間也從每天2-3小時發展到9-10小時。此外,對於高檔商住樓和別墅一類建築,市政和房地產管理也不允許到處掛室外機,以避免對建築質量和建築外觀的破壞。為此,戶式中央空調应運而生,並且受到一部分階層用戶的歡迎。
常用的戶式中央空調系統按其輸送介質的不同,大致可分為3種:a)低速風管系統;b)以風冷式冷熱水機組為代表的水系統;c)以VRV系統為代表的制冷劑系統。其中,風冷式冷熱水機組因初投資低、技術成熟、系統簡單,成為使用較多的系統之一。
風冷式冷熱水機组的室外主機即風冷熱泵机組,其室內末端裝置一般為風機盤管,室外主机產生的空調冷/熱水,通过水管系統至室內末端裝置,再由末端裝置消除室內的空調負荷,以維持室內較舒適的溫度。對於大中型集中空調系統,其室外主機配置數量大多在2台以上,且單臺主機配置有2台以上的壓縮機,部分空調负荷時,可以通過臺數控制來進行调節。對於戶式中央空調系統,其室外主機數量絕大多數只有一臺,並且由於價格因素,主機一般配置定速壓縮機,只能通過開、停壓縮機來调節供冷/熱負荷。
本文通過分析上海地區戶式中央空調設計和施工的實際情况,提出一些想法,希冀对如何提高住宅內空氣品質的舒適性有所幫助。

二、戶式中央空調水系統影響舒適性的主要問题
對於僅有一臺室外機的戶式中央空調系統,通常室內房間總計不會超过10間,空調系統水管路較短,並且管徑較小,系統水容量有限,當出現部分空調負荷時,壓縮機開、停机頻繁,空調供水溫度波动較大,從而產生水系統的熱穩定性問題。
在进行住宅空調設計時,一些設計人員尤其是非專業設計人員,不考虑朝向差異和房間的同時使用系数,而一律采用負荷指標估算法來計算空調負荷和選用空調設備,得到的结果往往偏大,造成的後果是使水系統熱穩定性更差。水系统熱穩定性差的系統,其空調房間內溫度容易產生較大的波動,從而影響房間内的舒適性。由於小型集中空調系統相對比較簡單,並且許多設計人员對住宅空調獨有的特點缺乏深入的了解,在進行空調水系统設計時,往往照搬大中型集中空調水系統的設計經驗,而忽視小型集中空調水系统的熱穩定性問題。
所謂熱穩定性好壞問題,是指在室內負荷變化和室外機開停機影响下,送水溫度的波动大小,送水溫度波動小,熱穩定性便較好,反之,則差。
热穩定性好,則室內溫度變化也小,使人感到舒適,如果由于送水溫度時高時低,則室內溫度也會相應波動,舒適性便差。

三、設計和施工影響熱穩定性若幹問題
通常房地產开發商對住宅中戶式中央空調系統的設計時成本考慮较多,因此管道的管徑和路徑便從小和短出發,這樣水系統內全部的水容量便較小。
其次在水系統设計上一般不會考慮用同程式布置管路,畢竟用異程式布置可節省約1/3的管道长度,這也是影響水容量一個重要因素。
施工方面,為了節省成本,對水系統管道的保溫往往厚度有些不足,對防止管外壁結露無問題,但熱損失仍較大,故會在停機後加剧水溫的波動。
如果設計和施工中不去考虑系統中水容量的大小和保溫是否符合要求,則往往會在使用過程中出現室溫穩定性差的問題。

四、控制室温穩定性若幹建議
1、最小水容量的確定
對於戶式中央空調系統來說,要解決系统溫度波動問題,獲得良好的熱穩定度,首先應盡量準确地確定空調負荷,並選用裝機容量相匹配的主機;其次,系統的水容量越大,系統蓄冷量越大,則系統的熱稳定性越好,反之,系統的熱穩定性越差。因此,水系统設計時,應校核計算系統水容量是否滿足系統熱穩定性要求,当系統實際水容量不能滿足要求時,應加大系统主管管徑或增設一個储水箱。當然,系統水容量也不是越大越好,水容量過大,其热穩定性毫無置疑是良好的,但是,較長時間停機後,再開機時將会延長空調預冷或預熱的時間。

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綜合室內環境的舒適度、主機的使用壽命、空調系統造价和工程實施的可能性等因素,對戶式中央空調系統熱穩定性要求如下:
a)夏季運行時,主機停机10min時,要求供水溫度升高不小於5℃。
b)冬季運行時,主機除霜時間為3min時,要求系統供水溫度降低不小於3℃。
根據熱平衡方程和熱穩定性要求,可按下式分別計算冬、夏季空调系統對水容量的最小要求:
G=Qt/(cp△t)
式中:G-為系統的最小水容量,kg;
Q-末端設备的供冷或供熱量;kW;
t-熱穩定性時間要求,夏季取10×60s,冬季取3×60s;
cp-水的定壓比熱,4.187kj/(kg.℃)
△t-水的溫度波動要求值,夏季t=5℃,冬季t=3℃。
冬、夏季系統水容量的計算結果中,數值最大的即為空調系統對水容量的最小要求。
系统的實際水容量為管道水容量與設備水容量之和,即
M=Mg+Ms
式中M-實際水容量,kg;
Mg-為管道水容量,kg;
Ms-为設備水容量,kg。
管道水容量按下式計算:
式中qi-某管徑水管每米长的水容量,kg/m,可按下表選取;
Li-某管徑水管的长度,m。

常用水管單位長度水容量
如果M<G,則应加大水管管徑並重新計算其水容量,直到滿足要求,或增加一個儲水箱。
2、風機盤管進出水管路用同程式设計
為了使戶式中央空調系统內多臺風機盤管機組的進水量容易平衡和增加水系統的水容量,建議進出管采用同程式设計。

3、风機盤管進出水管道保溫層厚度校核
風機盤管進出水管保溫通常采用A級不燃性玻璃棉管殼,其導热系數為0.033W/m.K(平均溫度24℃),容量通常采用32kg/m3和48kg/ m3,管殼的厚度通常不小於30mm。
其他保溫材料如橡塑管、PE管導熱系數與玻璃棉差不多,為了減少熱量損失,其厚度也不小於30mm,讀者可自行校核计算。

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