黃明強

（中建八局上?？萍冀ㄔO有限公司，上海，200000）

盡管現(xiàn)行《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》(GB50736-2012)(以下簡稱《民規(guī)》［1］) 對幾種常見管制說明了適用范圍，但實際在項目設計過程中，因各類項目體量大小和功能業(yè)態(tài)不一，設計人員在設計選擇過程仍難以抉擇，本文通過對空調(diào)供能分析，內(nèi)外分區(qū)劃分依據(jù)分析，不同建筑功能業(yè)態(tài)分析，討論空調(diào)水系統(tǒng)三種常見管制適用情況，旨在幫助設計人員了解水系統(tǒng)管制形式與實際系統(tǒng)功能需求的聯(lián)系，提高空調(diào)水系統(tǒng)設計的經(jīng)濟合理性。

1 常見空調(diào)水系統(tǒng)管制

目前常用的空調(diào)水系統(tǒng)有兩管制、分區(qū)兩管制、四管制，按照建筑體量，中小型建筑通常采用兩管制，大體量建筑因進深較深，空調(diào)品質(zhì)要求較高可采用四管制。除季節(jié)轉(zhuǎn)換，有其他冷熱轉(zhuǎn)換要求的情況可采用分區(qū)兩管制。

1.1 兩管制

《民規(guī)》第8.5.3條規(guī)定：“當建筑所有區(qū)域只要求按季節(jié)同時進行供冷和供熱轉(zhuǎn)換時，通常采用兩管制空調(diào)水系統(tǒng)”。該系統(tǒng)的優(yōu)點：系統(tǒng)簡單，水系統(tǒng)投資小。“兩管制”顧名思義兩管比四管少了兩根管，總體系統(tǒng)管道總長度及閥門數(shù)量大致為四管制的一半，設備盤管相對于四管制僅有冷熱共用盤管，少了熱水盤管，設備投資小。節(jié)省機房管井面積，管井占用面積減少約1/3，對于某些超高層項目，管井減少的更為明顯。主要缺點: 該系統(tǒng)僅能進行季節(jié)性切換，夏季供冷，冬季供熱，不能同時提供空調(diào)冷、熱水，在建筑進深較大，內(nèi)、外區(qū)負荷或不同朝向負荷差異較大及冬季建筑內(nèi)有局部供冷要求時無法滿足空調(diào)要求。

圖1 空調(diào)水系統(tǒng)兩管制示意

1.2 四管制

同1.1《民規(guī)》規(guī)定：“當空調(diào)水系統(tǒng)的供冷和供熱工況轉(zhuǎn)換頻繁或需同時使用時，通常采用四管制空調(diào)水系統(tǒng)?！痹撓到y(tǒng)主要的優(yōu)點：彌補了兩管制在應對空調(diào)存在內(nèi)外分區(qū)并需要同時供冷熱的不足，有利于管理，不需要冷熱轉(zhuǎn)換，避免了空調(diào)冷熱水在切換過程中出現(xiàn)冷熱互摻的風險。冷熱管路獨立，不易出現(xiàn)冷熱切換過程產(chǎn)生的失調(diào)現(xiàn)象，如夏季流量與冬季空調(diào)水流相差較大，兩管制在切換過程中容易產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象。而四管制冷水分管路設定輸送水泵及閥門，則避免產(chǎn)生此種現(xiàn)象。主要缺點:加大系統(tǒng)初投資，運營管理相對復雜，實際運營過程管理人員到客戶都習慣于冬季供熱、夏季供冷，實際并未發(fā)揮四管制所特有的功能，實際投入與回報不成比例。

圖2 空調(diào)水系統(tǒng)四管制示意

1.3 分區(qū)兩管制

同1.1《民規(guī)》規(guī)定：“當空調(diào)水系統(tǒng)的供冷和供熱工況轉(zhuǎn)換頻繁或需同時使用時，通常采用四管制空調(diào)水系統(tǒng)?！碑斀ㄖ?nèi)一些區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)需全年供冷、其他區(qū)域僅要求按季節(jié)或較長一段時間進行供冷和供熱轉(zhuǎn)換時，通?？刹捎梅謪^(qū)兩管制空調(diào)水系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要的優(yōu)點：兼具兩管制和四管制的特點，調(diào)節(jié)性能介于四管制和兩管制之間，可實現(xiàn)分區(qū)冷熱獨立控制。如分區(qū)合理，其可調(diào)節(jié)性可接近于四管制。考慮內(nèi)外區(qū)及朝向可考慮分2～3個分區(qū)。該系統(tǒng)主要缺點：相對于兩管制，總的投資增加，但介于兩管制與四管制之間，相對于四管制的每臺系統(tǒng)均可實現(xiàn)冷熱獨立控制，分區(qū)兩管制受空調(diào)分區(qū)及管路服務區(qū)域限制。關于分區(qū)兩管制閥門切換的設定，本文暫以較大區(qū)域內(nèi)空調(diào)負荷相對穩(wěn)定的情況，將切換位置設于主機機房內(nèi)［2］，并以此展開論述。

圖3 空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)兩管制示意

2 空調(diào)分區(qū)分區(qū)方式對空調(diào)水系統(tǒng)管制要求

2.1 空調(diào)分區(qū)定義

空調(diào)區(qū)域基本可分為內(nèi)區(qū)（內(nèi)部區(qū)）和外區(qū)（周邊區(qū)）。外區(qū)的定義是：直接受到外圍護結(jié)構(gòu)日射得熱、溫差傳熱和空氣滲透影響的區(qū)域。外區(qū)空調(diào)負荷包括外圍護結(jié)構(gòu)冷負荷或熱負荷和內(nèi)熱冷負荷。由于地理位置和季節(jié)氣候條件的因素，外區(qū)有時需要供熱有時則需要供冷。外圍護結(jié)構(gòu)負荷主要來源于外窗和外墻內(nèi)表面與人體及其他室內(nèi)表面之間的輻射換熱。內(nèi)區(qū)的定義是：與建筑物外界相隔離，具有相對穩(wěn)定的邊界溫度條件的區(qū)域，其不受來自外圍護結(jié)構(gòu)的日射得熱、溫差傳熱和空氣滲透影響。內(nèi)區(qū)全年僅有內(nèi)熱冷負荷，且隨區(qū)內(nèi)照明、設備和人員發(fā)熱量變化，通常全年需要供冷。

圖4 三種常見空調(diào)分區(qū)

2.2 分區(qū)依據(jù)

圍護結(jié)構(gòu)負荷對空調(diào)分區(qū)影響較大，而維護結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)是決定負荷大小的決定性因素，空調(diào)分區(qū)可根據(jù)空空調(diào)末端型式及外維護結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)分為三類［3］。

2.2.1 淺表進深型

在滿足《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189—2015）對各氣候分區(qū)建筑熱工設計規(guī)定的前提下，若選用熱工性能優(yōu)良的外圍護結(jié)構(gòu)并且采取圍護結(jié)構(gòu)負荷與內(nèi)熱冷負荷分別處理的方式,且采用窗邊風機盤管，外區(qū)進深可縮小到2 m。該種分區(qū)方式，維護結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為夏季為冷負荷及太陽輻射熱傳導冷負荷，冬季維護結(jié)構(gòu)冷負荷及冷輻射負荷，外區(qū)可采用冷熱共用的水管。冬季及夏季內(nèi)區(qū)受外區(qū)擾動小，僅處理內(nèi)部熱負荷或冷負荷，因內(nèi)外區(qū)冷熱負荷差異變化較大，可內(nèi)區(qū)單獨設定一路冷熱共用的管路及采用內(nèi)外分區(qū)的分區(qū)兩管制。

2.2.2 深度進深型

在滿足《公共建筑節(jié)能設計標準》要求的前提下,若采用普通熱工性能的外圍護結(jié)構(gòu)并且末端采取外圍護結(jié)構(gòu)冷/熱負荷和外區(qū)的內(nèi)熱冷負荷混合處理的方式,深度型外區(qū)進深要達到5 m。該種分區(qū)方式，外區(qū)末端設備除處理維護結(jié)構(gòu)冷熱負荷還應處理外區(qū)的冷熱負荷，因外區(qū)深度較大很有可能出現(xiàn)冷熱需求不一致的情況建議外區(qū)采用四管制，內(nèi)區(qū)因冬夏季相對負荷情況一致，可考慮采用兩管制。

2.2.3 中等進深型

中等進深型介于淺表型和深度型之間。選用了熱工性能優(yōu)良的外圍護結(jié)構(gòu)，如外區(qū)采用了維護結(jié)構(gòu)及外區(qū)負荷混合處理的末端型式，外區(qū)進深約3 m。該種分區(qū)維護結(jié)構(gòu)及外區(qū)負荷冷熱負荷一致，內(nèi)區(qū)負荷冬夏季變化一致。因維護結(jié)構(gòu)熱工性能較好，維護結(jié)構(gòu)熱傳導及對流對室內(nèi)負荷影響較小，如采用朝向分區(qū)時，可采用外區(qū)四管制內(nèi)區(qū)采用冷熱共用兩管制，如采用內(nèi)外分區(qū)可采用內(nèi)外分區(qū)的分區(qū)兩管制。

表1 不同分區(qū)情況下管制形式對比

3 幾種空調(diào)供能情況下的水系統(tǒng)管制需求分析

3.1 夏季內(nèi)外區(qū)均供冷，冬季外區(qū)供熱內(nèi)區(qū)供冷

當建筑樓層進深較深，外區(qū)受維護結(jié)構(gòu)外表面溫度、夏季太陽輻射熱傳導、冬季冷輻射影響，需夏季供冷冬季供熱。內(nèi)區(qū)受外部擾動小，主要含人員活動熱濕負荷及電子設備散熱負荷，理論上需常年供冷。理論上空調(diào)水系統(tǒng)管制需根據(jù)需求設外區(qū)冷熱兩管內(nèi)區(qū)單冷管。

除散熱量比較大的內(nèi)區(qū)設備機房，很多人員活動的內(nèi)區(qū)理論設備及人員負荷要求供冷的情況下，因?qū)嶋H設備開啟臺數(shù)及坐班人數(shù)不固定，實際運行按供熱設置空調(diào)，即可以理解為局部內(nèi)區(qū)供冷及供熱［2］?？照{(diào)水系統(tǒng)按實際設置為內(nèi)外區(qū)設置冷熱兩管，機房設備區(qū)采用單冷管。

3.2 夏季內(nèi)外區(qū)供冷，冬季內(nèi)外區(qū)均供熱

按照參考文獻2的說明，通常進深超過8 m的功能房間需要設置內(nèi)外區(qū)，但如果建筑進深接近于9 m時或者比較接近，該如何設置空調(diào)水系統(tǒng)管制呢？此種情況主要考慮是否能排除冬季供冷的可能。排除措施需要借助專業(yè)負荷軟件，根據(jù)室內(nèi)實際人員及設備確定室內(nèi)冷負荷與外圍護結(jié)構(gòu)、滲透熱風負荷的關系，如實際內(nèi)區(qū)冷負荷值小于或接近于外區(qū)熱負荷值，考慮冬季維護結(jié)構(gòu)冷輻射對人體溫感的影響，實際空調(diào)溫度應比計算溫度增加1～2 ℃，則可排除內(nèi)區(qū)供冷的可能。

3.3 夏季內(nèi)外區(qū)均供冷，冬季外區(qū)局部分時段供冷

隨全球溫度變暖，夏熱冬冷地區(qū)如上海地區(qū)空調(diào)供暖季，采用幕墻外圍護結(jié)構(gòu)的商業(yè)辦公建筑，某些南向的功能用房，太陽輻射得熱甚至可以補償維護結(jié)構(gòu)熱負荷，導致室內(nèi)空間實際為冷負荷，此情況下需要室內(nèi)空調(diào)供冷。因太陽輻射熱及人員空調(diào)冷熱舒適性難以準確根據(jù)固定時間設定，外區(qū)需保守設為冷熱四管制，內(nèi)區(qū)考慮空調(diào)預熱及人員活動性最基本需求設為冷熱兩管制。

3.4 過渡季空調(diào)深度除濕

過渡季采用全空氣的空調(diào)系統(tǒng)因新風濕負荷比空調(diào)季大幅增加，原選型盤管很難進行深度除濕到室內(nèi)設計狀態(tài)點，及時達到室內(nèi)設定溫度，實際達到室內(nèi)狀態(tài)點的濕度偏大，舒適性較差，需要增加再熱排管除濕，達到原室內(nèi)設計狀態(tài)點。在此種情況下，有新風接入的空調(diào)箱管路需考慮設置四管制。

圖5 空調(diào)季與過渡季空氣處理對比

4 建筑功能業(yè)態(tài)對對空調(diào)水系統(tǒng)管制要求

目前常見的夏熱冬冷地區(qū)的辦公商業(yè)公建項目業(yè)態(tài)通常有辦公、商業(yè)餐飲、酒店、超市、影院等。現(xiàn)就以上各建筑功能業(yè)態(tài)進行空調(diào)水系統(tǒng)管制需求分析。

4.1 辦公

對于體量小，進深小的某些低端辦公項目，通常會采用相對靈活的分散式空調(diào)系統(tǒng)，如采用水系統(tǒng)采用兩管制可滿足實際空調(diào)要求。定位中端辦公，對空調(diào)品質(zhì)有一定要求的大體量有空調(diào)內(nèi)外分區(qū)的項目，但對造價相對敏感時可采用分區(qū)兩管制，對于某些高端商務辦公樓，建筑進深較大，建筑空調(diào)使用標準較高，一些金融業(yè)或信息技術公司有數(shù)據(jù)機房降溫冷卻要求，在空調(diào)水管管路預留時，應考慮預留降溫冷卻的單冷凍水供回水管或24 h冷卻水管。

4.2 商業(yè)及餐飲

對于某些大型商業(yè)項目，如設置在內(nèi)區(qū)的黃金珠寶眼睛店鋪因內(nèi)部燈光照明負荷較大，商場的美食街及大型餐飲店存在大量的熱濕負荷，可結(jié)合項目定位及成本要求設置空調(diào)水系統(tǒng)管制，如中端采用分區(qū)兩管制、高端可采用四管制空調(diào)水系統(tǒng)。

4.3 酒店

酒店空調(diào)要求通常根據(jù)酒店星級定位標準設定，通常五星級酒店因?qū)獮楦叨松虅湛蛻簦瑢照{(diào)品質(zhì)要求較高，為應對酒店入駐顧客不同時段對空調(diào)供冷熱需求，酒店客房、SPA、VIP會所等私人定制要求較高的空間區(qū)域采用四管制。酒店大堂及酒吧等人流流量大、人員密集場所空調(diào)負荷特性區(qū)域表現(xiàn)一致可采用兩管制。

4.4 超市及影院

超市及影院通常采用獨立式冷熱源系統(tǒng)，對于超市常設在地下室，受室外擾動相對小，因人員密集，人流量大，內(nèi)部負荷性質(zhì)主要體現(xiàn)在人員及照明負荷，因超市為整個敞開空間，區(qū)域內(nèi)空調(diào)負荷表現(xiàn)相對一致，不太會出現(xiàn)同時供冷熱的情況，則空調(diào)系統(tǒng)可采用兩管制。影院影廳因放映設備在專用機房內(nèi)可設分體降溫空調(diào)保證設備正常運行環(huán)境，影院內(nèi)部同超市類似主要為人員負荷，空調(diào)負荷特性也相對一致，空調(diào)水系統(tǒng)可采用兩管制。

表2 不同功能業(yè)態(tài)對應空調(diào)管制推薦

5 空調(diào)水系統(tǒng)管制選擇經(jīng)濟比選

隨著機電安裝費用在整個建筑工程總投資的逐年提升，產(chǎn)品客戶越來越關注系統(tǒng)效能及系統(tǒng)初投資，本文選擇一個典型的四管制高端辦公項目來說明采用不同管制系統(tǒng)造價情況的對比，三種系統(tǒng)管道閥門投資占比如圖6。

圖6 幾種管制管道閥門在空調(diào)系統(tǒng)總投資內(nèi)占比示意

合肥某超甲級辦公大樓，建筑面積12萬平，地上辦公60層與周圍裙房獨立，空調(diào)水系統(tǒng)采用四管制，經(jīng)向廠商詢價四管制空調(diào)水系統(tǒng)水管、管件及閥門單平米造價約250元/m2，當采用兩管制時，樓層立管及水平末端管路減少一路熱水管及管路閥門，空調(diào)箱及風機盤管減少熱水盤管，此時造價下降至150元/m2，當采用分區(qū)兩管制時，按各樓層內(nèi)外分區(qū)一致性，考慮在機房內(nèi)進行內(nèi)外分區(qū)冷熱切換，此時樓層主立管數(shù)同四管制但尺寸規(guī)格減小，樓層支路水管及空調(diào)箱、風機盤管同普通兩管制，單平米造價介于前兩者之間，粗略估算為200元/m2，具體估算內(nèi)容詳見空調(diào)系統(tǒng)分項投資估算表。那么整體造價影響相對比較大，至于如何抉擇，如項目定位較高，建議采用四管制，可以在系統(tǒng)運營過程中向用戶增收相關費用，補償初期過高的投資。如對造價比較敏感同時考慮用戶對空調(diào)品質(zhì)的需求，可考慮中端檔位的分區(qū)兩管制，因該系統(tǒng)很有可能存在冷熱切換過程中串水的可能，在采用過程中應加強運維人員的培訓管理。如本身項目定位不高，可采用常規(guī)的兩管制，只需要季節(jié)切換，節(jié)約成本最為明顯。

表3 空調(diào)系統(tǒng)分項投資估算

結(jié)語：通過以上幾種情況下的空調(diào)水系統(tǒng)管制適用分析，我們不難看出空調(diào)水系統(tǒng)管制同供能需求、分區(qū)形式、空調(diào)品質(zhì)要求有關聯(lián)。通常在大體量、分區(qū)形式復雜、業(yè)態(tài)多樣的工程中一般不會單一出現(xiàn)某種管制。為提高空調(diào)水系統(tǒng)設計的經(jīng)濟合理性，系統(tǒng)選擇時應通過供能需求、內(nèi)外分區(qū)、業(yè)態(tài)甄別、造價比選等多角度分析確定。