民用建筑暖通空调设计中常遇问题的分析与对策

高海泉

（山东滨地建筑设计院有限公司，山东 滨州 256600）

随着社会经济建设水平的不断提升，人们对建筑物内部环境提出了更高的要求。通常工业建筑更多考虑工艺需求，而民用建筑更多考虑舒适性问题，要在保证健康舒适的工作和生活环境的前提下，同时满足节能、消防等方面的要求。现行国家标准《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736）等相关规范对室内外设计参数、新风量等均做出了相关规定。现就其中供暖系统设计，新风系统、通风设计等方面的问题进行探讨。

1 散热器供暖系统设计

1.1 同程及异程的选择

供暖系统可分为同程式、异程式系统。过去观点一般认为，同程式系统最大的优势是能容易实现水力平衡。但近年来采用异程式供暖系统越来越普遍，采用同程式系统却越来越少。其主要原因，一是同程式系统浪费管材较多，造价比异程式系统高；二是如果设计不合理，同程式系统会出现中间不热的现象，而且一旦出现该种现象，很难通过阀门调试的办法予以解决，最终甚至可能需要通过更换循环泵等方式解决，费时费力，而异程式则不会出现这种问题。

同程式系统水力计算一般是通过对两端支路所在环路的平衡计算，分别确定供水干管和回水干管各段阻力，并确定供暖系统的总阻力，其他中间支路的节点压力和立管的资用压头则可以确定。当中间某支路资用压头过大或过小时，该支路管径将需过小或过大，而立管管径规格有限，即便通过调整管径有时也无法满足要求，甚至需要重新调整干管管径。因此同程式布置的水力平衡必须对每个支环路进行资用压头和实际阻力的校核计算和干管的反复调整，否则不但系统达不到水力平衡，支路阻力较小时可能会有一些支路的资用压头为零或负值，使该支路出现滞留和倒流现象[1]。即便是应用专业软件计算，其计算过程仍然十分繁琐。

同程式系统水力平衡计算极其繁琐，且对水力计算准确度的要求要比异程式系统更加严格，在进行同程式供暖系统的设计时，必须认真仔细地进行水力计算，且不应采用等温降的计算方法，而是采用不等温降的水力计算方法，使设计水力工况与实际水力工况尽可能一致。在当前市场竞争极其激烈、设计周期日益紧张的情况下，同程式系统缺点日益凸显，因此对大多数民用建筑来说，应尽可能布置成异程式。对于供暖异程式各环路远近不一致造成不平衡的问题，可在设计时采用适当加大靠近末端的干管管径的方式予以解决，建议室内供暖管道末端的比摩阻可取经济比摩阻60～120 Pa/m的下限值，甚至可以更低，这样既有利于水力平衡，又可增加系统稳定性。同程式系统需要较长的回水干管，即便异程式系统末端增大供暖管径，其造价上仍具有一定的优势。

1.2 供暖系统水力计算中的重力水头

第5.9.14条规定：“热水垂直双管供暖系统和垂直分层布置的水平单管串联跨越式供暖系统，应对热水在散热器和管道中冷却而产生自然作用压力的影响采取相应的技术措施。” 其目的是为了防止或减少热水在散热器和管道中冷却产生的重力水头而引起的系统竖向水力失调。附加重力水头计算公式如下：

其中h-环路之间高差（m）；

ρg-设计供水温度下的密度（kg/m³）；

ρh-设计供水温度下的密度（kg/m³）；

g-重力加速度，取9.8m/s²。

由于在整个供暖期内，换热站会根据室外温度的变化对供暖系统供回水温度进行质调节，故重力水头是个变量，上述式中的2/3是取整个供暖期内附加重力水头的平均值。将相关数据带入上述公式，对95/70℃的供暖系统来说，重力作用大约是104Pa/m，对75/50℃的供暖系统来说，大约是86.2Pa/m，对60/45℃的供暖系统，重力作用大约是44.2Pa/m，对45/35℃的供暖系统，大约是26.7Pa/m。

除垂直双管供暖系统和垂直分层布置的水平单管串联跨越式供暖系统外，对住宅建筑常见的共用立管分户独立供暖系统来说，也应考虑重力作用的影响。住宅共用立管不应采用同程式，因为同程式立管无克服自然重力附加压力的有效手段。而对于异程式系统，楼层越高，其阻力损失越大，但同时重力附加作用也越大，且两者方向相反，正好可以互相抵消。当热媒温度为对75/50℃的散热器供暖系统，供回水立管平均比摩阻取83.1Pa/m，则沿程与局部与重力水头完全抵消，此时完全不存在竖向水力平衡问题。对45/35℃的低温辐射供暖系统，供回水立管平均比摩阻取13.4Pa/m，则沿程与局部与重力水头完全抵消，同样完全不存在竖向水力平衡问题。虽然上述比摩阻较资料推荐的经济比摩阻（60～120Pa/m）要大，但其完全消除了竖向水力失调，水力稳定性好，即便各户内调节频繁，也不会对其他户供暖质量产生影响[3]。

2 民用建筑新风系统设计

2.1 设置供暖设施或分体空调房间的新风设计

对于设置供暖或分体空调的房间，其是否需要设置有组织新风，一直未有明确依据。在严寒及寒冷地区，几乎所有经常有人停留的建筑物均需要设置采暖设置，如果供暖设施均需要设置有组织新风，则几乎会影响所有建筑物。而部分规模较小，投资较少，建设方对设计标准要求较低的建筑物，特别是工业建筑附属的办公用房，可能仅采用分体空调供暖，如需要设置集中新风，则投资明显偏大。

《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》第3.0.6条规定了建筑或场所的的最小新风量；第6.1.4条则规定：设有机械通风的房间，人员所需的新风量应满足第3.0.6条的要求。规定该条款的目的为了使住宅、办公室、餐厅等建筑的房间能够达到室内空气质量的要求。无论是供暖房间还是分散式空调房间，都应具备通风条件，满足人员对新风的需求。《民用建筑新风系统工程技术规程》中同样有类似规定，要求以下场所应设新风：居住建筑中为满足房间内空气品质要求，但条件限制不能采用自然通风时；公共建筑中有人员长期停留且未设置有组织集中送新风的空调房间。所谓“人员长期停留的房间”，一般是指连续使用超过3h及以上的房间。“未设置有组织集中送新风的空调区”，指这些区域或房间采用了对室内空气进行冷／热循环处理的末端设备(风机盘管、多联机系统的室内机、分体空调等)进行空气调节，但不设置经过冷热处理的集中新风系统，拟依靠门窗进行自然通风。这类工程的实际使用经验证明，空调房间依靠门窗进行自然通风的风量不确定性导致新风量过大或不能满足卫生要求，因此，工程设计不提倡空调时采用无组织的自然通风方式[4]。

根据上述要求，可见对于居住建筑来说，是可以采用自然通风的，除非条件所限无法设置外窗。对公共建筑来说，即便是设置分体空调的房间，规范也不建议采用无组织的自然通风，如建筑受限于经济条件未设置集中送风系统，此时可采用设置分散新风的方式，对各空调房间采取有组织新风。已有很多厂家可提供各种风量的无管道新风系统产品，且可带热回收装置，可以满足规范对节能的要求，其产品形式多种多样，能满足不同工程项目产品选型的需要。

对设置供暖系统的公共建筑来说，有条件时宜设置有组织的集中或分散的新风系统。

2.2 集中新风系统的设置

除设置采暖及分体空调的房间外，其他设置集中或半集中空调的房间，均应设置有组织集中新风系统。为满足相关节能规范要求，还需要对排风进行热回收处理。至于是否要对全部排风进行热回收，要依据各地方的相关节能标准执行，如山东省，将工程或系统的规模界限定为人员所需总新风量20000m3/h，对大于上述规模的建筑物，人员密度相对较大的部分区域必须设置双向换气装置进行能量回收，其他区域宜设置双向换气装置进行能量回收。考虑到实施难度，只要求相当于全楼总新风送风量的40%的部分设置集中排风，并进行能量回收。

2.3 托儿所、幼儿园的新风设计

随着人们生活水平的提高，人们对环境标准的要求也越来越高，幼儿生活环境更是备受家长关注。当前，儿童患有白血病等恶性疾病较多，究其原因，一方面是由于幼儿身体抵抗能力较差；另一方面也与儿童受室内环境污染有关。对幼儿园建筑来说，其设计标准理应更高，室内空气质量理应无条件满足规范要求。特别是在北方地区，冬季室内有幼儿时，其门窗一般处于关闭状态，且活动室与寝室通常布置在一起，室内空气质量较差，必须设置新风。《托儿所、幼儿园建筑设计规范》对托儿所、幼儿园建筑通风设计提出明确要求，规定了房间的换气次数及人均最小新风量，设计中要对两者分别计算，取其较大值作为房间新风量。

幼儿园新风系统应以班级为单位布置，新风机的设置位置，可以布置在班级内的卫生间、衣帽间等区域，也可以布置在走廊内。新风机不宜设置在活动室及寝室内，一是避免因噪音过大影响幼儿休息；二是幼儿园寝室及活动室净高要求3.0m，如空调设备布置在活动室及活动室吊顶内，净高不宜满足要求。幼儿园的新风系统应考虑与卫生间排风结合，对卫生间排风进行热回收处理[5]。

3 通风系统设计

3.1 通风方式的选择

自然通风是指利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或室外大气运动引起的风压来引进室外新鲜空气达到通风换气作用的一种通风方式。它不消耗机械动力，同时，在适宜的条件下又能获得巨大的通风换气量，是一种经济的通风方式，在条件合适时应充分考虑对自然通风的利用。在夏季及过渡季，室外气温较高，应尽量采用自然通风；在冬季，当室外空气直接进入室内不致形成雾气和在围护结构内表面不致产生凝结水时，也应考虑采用自然通风。同时采用自然通风时，应考虑当地室外气象参数的限制条件。对于空气污染和噪声污染比较严重的地区，直接的自然通风会将室外污浊的空气和噪声带入室内，反而不利于室内空气质量。此时，可以采用机械辅助式自然通风的方式，通过一定空气处理手段机械送风，自然排风。

自然通风对房间的通风开口面积有一定的要求，现将部分规范的规定梳理如下：《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736）第6.2.4条规定：“采用自然通风的生活、工作的房间的通风开口有效面积不应小于该房间地板面积的5%；厨房的通风开口有效面积不应小于该房间地板面积的10%，并不得小于0.60平方米。”《饮食建筑设计标准》（JGJ64）第4.2.2条要求，用餐区域采光、通风应良好。天然采光时，侧面采光窗洞口面积不宜小于该厅地面面积的1／6。直接自然通风时，通风开口面积不应小于该厅地面面积的1／16。无自然通风的餐厅应设机械通风排气设施。上述规范第4.3.7条对厨房提出了明确要求：厨房区域加工间天然采光时，其侧面采光窗洞口面积不宜小于地面面积的1／6；自然通风时，通风开口面积不应小于地面面积的1／10。《民用建筑设计统一标准》（GB50352）第7.2.2条规定，采用直接自然通风的空间，通风开口有效面积应符合下列规定：生活、工作的房间的通风开口有效面积不应小于该房间地面面积的1/20；厨房的通风开口有效面积不应小于该房间地板面积的1/10，并不得小于0.6m2。

各规范标准对自然通风面积的要求基本一致，实际工程设计中应注意校核通风开口面积，特别是室内空气质量较差的餐厅、厨房等房间。如果自然通风口面积不满足要求，应增设通风口，尽量满足自然通风，仍不能满足要求，应设置机械通风装置。

3.2 无机房电梯的通风设计

建筑市场激烈的成本竞争压力下，业主越来越倾向于均采用无机房电梯。无机房电梯顾名思义未设置电梯机房，而是把轿厢、对重、驱动主机、控制柜、限速器等关键部件布置在电梯井道内，此时井道内通风该如何处理很容易被设计人员忽略[6]。

《电梯制造与安装安全规范》GB7588规定，“井道应适当通风，井道不能用于非电梯用房的通风。在没有相关的规范或标准情况下，建议井道顶部的通风口面积至少为井道截面积的1%。”对有机房电梯的井道来说，其顶部通常设有电缆导线、曳引钢丝绳、限速器绳等开口，其综合面积一般能达到井道断面面积的1%，可以满足通风要求，因此无需开设专用通风孔。而对无机房电梯来说，机房取消后，应在其顶部开设专用通风口，以满足《电梯制造与安装安全规范》的要求。此时机房可以与井道共用通风设施，以便顺利排出有害气体。

4 结语

随着建筑行业的不断发展，民用建筑项目越来越多，规模越来越大，人们对室内环境也提出了更高要求。暖通空调系统对保证健康舒适的工作和生活环境，有不可替代的作用。在工程项目设计中，除满足上述基本要求的前提下，还要合理利用资源和节约能源，保护环境。