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暖通空调设计方案比较的一些问题

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暖通空调设计方案比较的一些问题
认为设计方案的技术经济比较是一项影响暖通空调设计质量和效率的重要工作。对暖通空调设计方案技术经济中存在的一些问题进行探讨, 从可行性、 经济性、 调节性、 安全性及环境影响等方面进行分析, 并指出在设计方案比较方面的一些认识误区, 提出参考意见。

    关键词: 暖通空调 设计方案 技术经济比较

    引言

    设计方案对暖通空调工程设计的成败优劣关系重大。近年来, 随着科学技术的迅速发展以及对节能和环保要求的不断提高, 暖通空调领域中新的设计方案大量涌现, 针对同一个设计项目, 往往能够有几种、 十几种甚至几十种不同的设计方案能够选择, 设计人员不得不进行大量的方案比较和优选的工作, 设计方案技术经济性比较正在成为影响暖通空调设计质量和效率的一项重要工作。暖通空调设计方案的评价因素很多, 一些因素很难定量表述, 许多因素又不具可比性, 每种设计方案往往都有各自的优缺点, 面对众多的设计方案, 由于考虑问题的角度不同, 各方的看法往往各不相同, 甚至大相径庭。当前在设计方案比较中存在的一些混乱状况使设计人员无所适从。如何对暖通空调设计方案进行科学的比较和优选, 是暖通空调设计人员在实际设计工作中经常遇到的一个重要技术难题。笔者根据从事设计、 审图和方案评审工作的一些体会, 对暖通空调设计方案比较中应注意的一些问题进行粗浅的分析。

    1 可行性和可靠性问题

    能够满足使用要求, 这是方案可行性应考虑的主要问题。设计方案应符合国家和当地政府有关法规和规范的要求, 包括有关环境保护的要求; 设计方案应能满足有关方面的要求(如供电、 供气、 供水、 供热等), 并应特别顾及这些条件的长期、 变化情况。例如采用水源热泵设计方案时应考虑当地地质情况、 地下水资源的现状和变化趋势、 冬季热负荷和夏季冷负荷不平衡所产生的热(冷)蓄积效应等问题。对于温湿度等参数要求较高或比较特殊的工艺性暖通空调设计项目, 应对设计方案进行全年工况分析, 以确保其在全年各种室外气象条件下的适应性。对于一些无法采用标准设备的特殊情况, 对非标准设备应提出详细的参数要求, 而且所提出的参数要求应合理可行。能否有足够的机房面积也是评判设计方案可行性必须考虑的问题, 特别是对于一些改造工程和建筑面积比较紧张的情况。对于一些要求全年保证室内空气参数的重要工程以及空调系统故障停机将产生严重损失的场所, 如航天发射场, 应考虑系统中设备的工作可靠性和备份问题, 进行系统工作可靠性分析。在这种情况下, 室外气象参数和安全系数的确定也应特殊考虑。

    2 经济性比较问题

    经济性比较是当前暖通空调方案比较中考虑最多的一个问题。在经济性比较时首先应注意比较基准必须一致。应采用相同的设计要求、 使用情况、 设备档次、 能源价格、 舒适状况、 美观情况等基准条件进行比较, 这样才能保证方案比较结果的科学性和合理性。如果对采用名牌设备和采用低档设备的方案进行经济性比较, 显然是不合理的; 如果不考虑舒适性的区别, 对有新风供应和没有新风供应的方案进行经济性比较, 显然不可能做出正确的选择; 如果不考虑美观性和舒适性进行经济性比较, 对集中式空调方案显然是不公平的。

    一次投资是投资方最为关注的一个参数, 在计算投资时应全面准确、 不能漏项。暖通空调设计方案的一次投资不但包括各种设备、 管道、 材料的投资, 而且应包括各种相关收费(如热力入网费、 用电设备增容费、 天然气的气源费等), 相应的安装、 调试费用, 相关的工程管理等各种收费, 相关水处理和配电与控制投资, 机房土建投资与相应室外管线的费用, 而这些在实际设计工作中容易被遗漏。由于同一种设备的生产厂家较多, 价格各异, 因此在不同方案经济性计算比较时各种设备的价格应采用平均价格。以上都是直接费用, 在一些情况下间接效益也应综合考虑。如宾馆、 饭店、 写字楼的空调机房节省的面积, 作为商业用房可产生的效益。如果采用贷款进行建设, 全面的经济性比较还应考虑贷款利率和还贷期限等动态因素。

    运行能耗和运行费用是暖通空调设计方案技术经济性比较必须考虑的重要参数。运行能耗除了应计算暖通空调主机(锅炉和制冷机等)的能耗外, 还应计算其它辅助设备(如风机和水泵等)的能耗。不能简单按照设备铭牌功率和运行时间的乘积来计算能耗而应考虑在全年季节变化的情况下, 建筑物实际负荷的变化, 同时应考虑设备非标准状态下的效率。办公楼、 教学楼、 写字楼和游泳馆等建筑物的暖通空调设备一般间歇运行, 其运行时间应为扣除停机时间后的实际运行时间。在计算过程中应注意不同地区、 不同时期、 不同时段各种能源的价格可能不同。由于影响因素和不确定因素较多, 如何准确地计算建筑物暖通空调设备全年的实际能耗和运行费用, 当前依然是一个没有完全解决的技术难题。运行费用除了能耗费用如电费、 燃油费、 燃煤费、 燃气费外, 还应包括消耗的水费、 人工费等。

    在经济性比较时, 切忌图省事可直接采用有关厂家给出的比较数据和结果。笔者曾发现, 对电供暖的运行费用, 3个不同设备(电锅炉、 水源热泵和户式燃气供暖炉)厂家提供的计算结果大相径庭。经过对其计算过程的详细核对, 发现不同设备生产厂家由于考虑问题的角度不同, 计算中存在一些有利于自己产品、 不利于她人产品的失误或假设。对此设计人员应给予足够重视, 对厂家提供的数据应认真分析和核对。

    在设计方案经济性比较时应综合考虑投资、 运行费用以及设备的使用寿命, 以相同的使用周期为基准, 进行综合经济性的计算比较, 而不能简单地根据设备报价进行比较。对于同时有供暖和空调要求的项目, 应考虑冬季和夏季设备综合利用问题, 进行冬夏季综合经济性比较。对于能够兼供生活热水的工程, 应综合考虑生活热水供应的投资和能耗。

    3 调节性和可操作性问题

    暖通空调系统的容量一般是按接近全年最不利的气象条件确定的, 因此系统应有较好的调节性能, 以适应全年负荷的变化。调节性能好的系统方案, 如采用VAV空调系统和VRV变频空调系统的方案, 其一次投资一般较高, 但运行能耗较小, 在经济性计算和比较时应综合考虑这些因素。对于部分时间使用的办公建筑、 写字楼和教学楼, 设计方案应能适应其夜间不工作时的调节要求。

    设计方案的管理操作方便性是用户十分关心的问题。空调系统自动化水平的提高, 能够减少管理人员的数量和劳动强度, 从而使人工费减少, 但使一次投资增加, 对操作人员素质的要求提高。空调系统是否采用自动控制, 应根据实际情况和要求, 经技术经济性比较来确定。对于大型空调系统和需要经常调节控制的设备较多的工程, 宜采用自动控制, 以减少操作管理的工作量。但自动控制系统应尽可能简化, 以提高系统的经济性和可靠性。对于只有季节转换时才操作的阀门不宜采用自动控制。对于一些各部分不同时使用的建筑物或各部分出租给不同使用单位的商业建筑, 系统设置应考虑分别管理控制和运行费用分别统计交纳的要求。

    4 安全性问题

    设计方案的安全性是以往考虑较少的问题, 随着美国”9·11”等恐怖袭击事件的发生以及SARS的出现和迅速蔓延, 暖通空调系统的安全性问题已经成为公众关注的焦点, 在SARS严重流行时期, 人们甚至对空调系统产生恐惧而不敢使用, 这将对暖通空调行业的发展产生深远的影响。经过对这些事件的认真分析、 研究和反思, 将会在工程设计、 设备研制、 运行管理、 规范和技术措施等诸多方面进行改进, 使暖通空调系统的安全性得以提高。在大中型建筑方案设计阶段, 对其暖通空调系统进行安全性评估将是十分必要的。

    暖通空调系统的安全性主要包括易燃易爆环境安全、 防火安全、 人员环境安全、 重要设备物品环境安全、 系统设备运行安全5个方面的问题。在设计弹药厂房和库房、 煤矿等易燃易爆工程的通风空调系统时, 安全性成为必须考虑的重要因素, 应采取相应的防爆技术方案和措施。在设计燃油燃气锅炉房时应考虑可燃性气体、 液体泄漏带来的安全性问题, 应设置可燃性气体泄漏报警系统和事故通风系统, 并相互联锁。防火安全问题应按照有关防火设计规范来考虑, 在此不作详述。设备安全运行的问题主要包括制冷系统的安全保护、 北方暖通空调系统冬季防冻、 空调系统电加热与风机联锁保护等问题。在方案设计时应注意考虑暖通空调系统故障可能对室内重要设备和物品产生的不利影响, 例如, 重要机房、 重要资料库和文物库房不应采用在吊顶设置风机盘管的空调方案, 因为一旦空调水系统漏水将造成严重损失。

    人员环境安全主要包括暖通空调系统对人体的危害、 防止恐怖袭击和防止传染性疾病扩散这3个方面的问题。采用氨制冷方案时, 应考虑氨泄漏对人体的危害。锅炉房的布局应考虑人员安全性问题。在防止恐怖袭击方面和防止传染性疾病扩散方面, 应注意空调新风口是最薄弱环节, 因此必须采取可靠的防范措施, 新风口应设置在人员难以接近、 不易受到污染的地方。由于全空气空调系统回风口很多, 因此它是最容易遭受恐怖分子生化袭击的空调系统形式, 如果不采取特殊的措施, 它也是最容易造成流行性疾病扩散的空调系统形式。从这方面来说, 分体空调、 一拖多空调系统、 风机盘管空调系统的安全性较好。在确定系统新风量时, 除了要考虑以往的一些因素外, 还要考虑在流行性疾病暴发期间, 稀释室内有害病毒浓度的要求。在这方面, 应注意不要走向另一个极端, 对空调系统安全性的过度恐慌是没有必要的。例如, 为了防止传染性疾病扩散而采用全新风直流系统, 显然是不合理的, 这将使投资、 能耗和运行费用大大增加, 关键是要合理确定系统方案和新风量, 加强有组织排风, 并采用隔绝式的热回收装置、 加强对空气的过滤与消毒处理。系统新风量应能调节, 平时按正常风量运行, 流行性疾病暴发期间或室内受到生化污染的情况下按较大风量运行。吊顶暗装风机盘管的回风应采用风管连接, 不应采用将吊顶作为静压箱的吊顶回风方式。另外在表冷器、 蒸发器和冷却塔等结露积水、 病菌容易繁殖的地方应采取可靠的排水和消毒措施。

    5 环境影响问题

    随着工业生产的迅速发展和人们生活水平的日益提高, 环境保护问题越来越受到人们的重视, 而燃煤锅炉的排烟又是北方城市大气的主要污染源, 因此北京等大城市对燃煤锅炉进行了严格的限制, 而且限制的区域不断扩大。在这些区域内, 环境影响成为了关系到设计方案可行性的一个重要因素。在设计方案选择时应特别注意环境保护要求不断提高的趋势, 避免建筑物建成不久就进行改造。在空调设备选型时, 要特别注意各种氟利昂制冷剂替代的进程要求, 不能选用以已经或即将禁用的制冷剂为冷媒的空调产品。在这方面暖通空调设计人员既要有环境保护的责任感, 同时也要考虑建设方和用户的经济承受能力, 不要盲目冒进, 以免给建设方和用户增加不必要的经济负担。在对设计方案进行经济性比较分析时, 还应综合考虑暖通空调设备的废气、 废水、 废渣和噪声等污染治理的费用。如何对设计方案污染物排放的危害、 对臭氧层的破坏和产生的温室效应的危害、 系统和设备全过程(包括设备制造、 使用和淘汰处理的全过程)的能源和资源消耗等进行全面、 科学、 定量的经济性评估比较, 是一个需要深入研究的问题。

    6 设计方案比较中的一些误区

    由于设计方案比较是一项影响因素多、 专业技术性很强的复杂技术工作, 即使是暖通空调专业的设计人员, 要在众多设计方案中选出最佳方案也非易事, 对于局外人更是雾里看花。当前在该项工作中依然存在一些认识上的误区。例如, 认为采用最新技术的设计方案就是最佳的设计方案, 出现不论使用条件而盲目追求新技术的倾向, 甚至以此作为卖点进行炒作。实际上每种方案都有其适用条件和范围, 在其适用范围之外, 先进的技术方案就可能变成不合理甚至是不可行的方案。一种设计方案对某个工程项目可能是最佳方案, 但对于另一个工程项目就可能是不可行的方案, 因此在方案选择时不能赶时髦、 搞攀比。另外往往认为投资最低的方案就是最佳方案, 可是一次投资低的方案有可能因为其运行费用很高或设备寿命很短, 需要经常更换, 从长期运行来说并不合算。在评价设计方案时, 往往认为复杂的方案就是高水平的方案。但实际上因为系统越复杂, 一般其设备越多、 投资就越高, 系统的可靠性、 可操作性、 可控性和可维护性就越差, 因此复杂的方案并不一定就是高水平的设计方案, 在满足使用要求的前提下, 系统越简单越好。另外, 在选择设计方案时切忌不加分析地采用建设方的意见, 因为建设方一般不是暖通空调专业设计人员, 不可能对设计方案进行全面技术经济性分析比较。因此应对建设方的意见进行认真的分析, 经过全面技术经济性分析比较来确定最佳的设计方案。

    7 结语

    暖通空调设计方案的选择是一个直接关系到暖通空调工程项目的成败和经济效益优劣的重要问题。暖通空调设计方案的比较和优选是一个涉及面广、 影响因素多的复杂技术工作。一个优秀的暖通空调工程设计方案, 应对设计方案涉及的各种因素进行全面的考虑, 使其综合效益最高。综合考虑的因素越多, 一般其方案设计的水平越高, 同时其设计工作量和难度就越大。但由于当前工程设计周期普遍较短、 暖通空调专业的设计收费太低、 设计收费与设计产生的经济效益不挂钩以及一些技术性问题没有完全解决等原因, 在实际设计工作中往往不能对设计方案进行多方案多参数的综合对比分析和优化选择, 对设计方案的选择容易出现片面性和主观性的问题, 由此造成的经济损失是相当严重的。这一问题应引起有关方面的高度重视, 在设计管理和技术研究两个方面均要作大量的工作。在设计方案比较选择时必须对工程设计项目的各项实际需求、 环境条件的特点、 需求和环境条件的变化趋势等情况进行深入调查研究, 对各种技术方案的特点、 适用条件和范围进行客观深入的分析, 对暖通空调各种技术发展的方向和趋势有深入的了解, 特别必须对各种设计方案的可行性、 可靠性、 安全性、 投资、 能耗、 运行费用、 调节性、 操作管理的方便性、 环境影响、 舒适性和美观性等技术经济评价因素进行客观准确的计算和综合对比分析。只有这样才能对各种设计方案进行科学的比较和优选, 避免因片面性和主观性带来的失误和经济损失。

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