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戶式中央空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計和施工問題論文
一、問題的提出
近年來，經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的城市，如北京、上海、廣州等城市居民住房條件有質(zhì)的提高，一戶住宅面積達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(yè)主和高薪階層的青睞。這個階層群體對熱環(huán)境的要求，從只追求單純控制室溫的適用性，發(fā)展到追求空氣品質(zhì)的舒適性�？照{(diào)運行時間也從每天2-3小時發(fā)展到9-10小時。此外，對于高檔商住樓和別墅一類建筑，市政和房地產(chǎn)管理也不允許到處掛室外機，以避免對建筑質(zhì)量和建筑外觀的破壞。為此，戶式中央空調(diào)應(yīng)運而生，并且受到一部分階層用戶的歡迎。
常用的戶式中央空調(diào)系統(tǒng)按其輸送介質(zhì)的不同，大致可分為3種：a)低速風(fēng)管系統(tǒng)；b)以風(fēng)冷式冷熱水機組為代表的水系統(tǒng)；c)以VRV系統(tǒng)為代表的制冷劑系統(tǒng)。其中，風(fēng)冷式冷熱水機組因初投資低、技術(shù)成熟、系統(tǒng)簡單，成為使用較多的系統(tǒng)之一。
風(fēng)冷式冷熱水機組的室外主機即風(fēng)冷熱泵機組，其室內(nèi)末端裝置一般為風(fēng)機盤管，室外主機產(chǎn)生的空調(diào)冷/熱水，通過水管系統(tǒng)至室內(nèi)末端裝置，再由末端裝置消除室內(nèi)的空調(diào)負荷，以維持室內(nèi)較舒適的溫度。對于大中型集中空調(diào)系統(tǒng)，其室外主機配置數(shù)量大多在2臺以上，且單臺主機配置有2臺以上的壓縮機，部分空調(diào)負荷時，可以通過臺數(shù)控制來進行調(diào)節(jié)。對于戶式中央空調(diào)系統(tǒng)，其室外主機數(shù)量絕大多數(shù)只有一臺，并且由于價格因素，主機一般配置定速壓縮機，只能通過開、停壓縮機來調(diào)節(jié)供冷/熱負荷。
本文通過分析上海地區(qū)戶式中央空調(diào)設(shè)計和施工的實際情況，提出一些想法，希冀對如何提高住宅內(nèi)空氣品質(zhì)的舒適性有所幫助。
二、戶式中央空調(diào)水系統(tǒng)影響舒適性的主要問題
對于僅有一臺室外機的戶式中央空調(diào)系統(tǒng)，通常室內(nèi)房間總計不會超過10間，空調(diào)系統(tǒng)水管路較短，并且管徑較小，系統(tǒng)水容量有限，當(dāng)出現(xiàn)部分空調(diào)負荷時，壓縮機開、停機頻繁，空調(diào)供水溫度波動較大，從而產(chǎn)生水系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性問題。
在進行住宅空調(diào)設(shè)計時，一些設(shè)計人員尤其是非專業(yè)設(shè)計人員，不考慮朝向差異和房間的同時使用系數(shù)，而一律采用負荷指標估算法來計算空調(diào)負荷和選用空調(diào)設(shè)備，得到的結(jié)果往往偏大，造成的后果是使水系統(tǒng)熱穩(wěn)定性更差。水系統(tǒng)熱穩(wěn)定性差的系統(tǒng)，其空調(diào)房間內(nèi)溫度容易產(chǎn)生較大的波動，從而影響房間內(nèi)的舒適性。由于小型集中空調(diào)系統(tǒng)相對比較簡單，并且許多設(shè)計人員對住宅空調(diào)獨有的特點缺乏深入的了解，在進行空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計時，往往照搬大中型集中空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗，而忽視小型集中空調(diào)水系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性問題。
所謂熱穩(wěn)定性好壞問題，是指在室內(nèi)負荷變化和室外機開停機影響下，送水溫度的波動大小，送水溫度波動小，熱穩(wěn)定性便較好，反之，則差。
熱穩(wěn)定性好，則室內(nèi)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(nèi)溫度也會相應(yīng)波動，舒適性便差。
三、設(shè)計和施工影響熱穩(wěn)定性若干問題
通常房地產(chǎn)開發(fā)商對住宅中戶式中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計時成本考慮較多，因此管道的管徑和路徑便從小和短出發(fā)，這樣水系統(tǒng)內(nèi)全部的水容量便較小。
其次在水系統(tǒng)設(shè)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(jié)省約1/3的管道長度，這也是影響水容量一個重要因素。
施工方面，為了節(jié)省成本，對水系統(tǒng)管道的保溫往往厚度有些不足，對防止管外壁結(jié)露無問題，但熱損失仍較大，故會在停機后加劇水溫的波動。
如果設(shè)計和施工中不去考慮系統(tǒng)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(xiàn)室溫穩(wěn)定性差的問題。
四、控制室溫穩(wěn)定性若干建議
1、最小水容量的確定
對于戶式中央空調(diào)系統(tǒng)來說，要解決系統(tǒng)溫度波動問題，獲得良好的熱穩(wěn)定度，首先應(yīng)盡量準確地確定空調(diào)負荷，并選用裝機容量相匹配的主機；其次，系統(tǒng)的水容量越大，系統(tǒng)蓄冷量越大，則系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性越好，反之，系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性越差。因此，水系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)校核計算系統(tǒng)水容量是否滿足系統(tǒng)熱穩(wěn)定性要求，當(dāng)系統(tǒng)實際水容量不能滿足要求時，應(yīng)加大系統(tǒng)主管管徑或增設(shè)一個儲水箱。當(dāng)然，系統(tǒng)水容量也不是越大越好，水容量過大，其熱穩(wěn)定性毫無置疑是良好的，但是，較長時間停機后，再開機時將會延長空調(diào)預(yù)冷或預(yù)熱的時間。
綜合室內(nèi)環(huán)境的舒適度、主機的使用壽命、空調(diào)系統(tǒng)造價和工程實施的可能性等因素，對戶式中央空調(diào)系統(tǒng)熱穩(wěn)定性要求如下：
a）夏季運行時，主機停機10min時，要求供水溫度升高不小于5℃。
b）冬季運行時，主機除霜時間為3min時，要求系統(tǒng)供水溫度降低不小于3℃。
根據(jù)熱平衡方程和熱穩(wěn)定性要求，可按下式分別計算冬、夏季空調(diào)系統(tǒng)對水容量的最小要求：
G=Qt/(cp△t)
式中：G-為系統(tǒng)的最小水容量，kg；
Q-末端設(shè)備的供冷或供熱量；kW；
t-熱穩(wěn)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(tǒng)水容量的計算結(jié)果中，數(shù)值最大的即為空調(diào)系統(tǒng)對水容量的最小要求。
系統(tǒng)的實際水容量為管道水容量與設(shè)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-為設(shè)備水容量，kg。
管道水容量按下式計算：
式中qi-某管徑水管每米長的水容量，kg/m，可按下表選取；
Li-某管徑水管的長度，m。
常用水管單位長度水容量
如果M＜G，則應(yīng)加大水管管徑并重新計算其水容量，直到滿足要求，或增加一個儲水箱。
2、風(fēng)機盤管進出水管路用同程式設(shè)計
為了使戶式中央空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)多臺風(fēng)機盤管機組的進水量容易平衡和增加水系統(tǒng)的水容量，建議進出管采用同程式設(shè)計。
3、風(fēng)機盤管進出水管道保溫層厚度校核
風(fēng)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(dǎo)熱系數(shù)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于30mm。
其他保溫材料如橡塑管、PE管導(dǎo)熱系數(shù)與玻璃棉差不多，為了減少熱量損失，其厚度也不小于30mm，讀者可自行校核計算。
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