大连理工大学网络高等教育
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目： 浅析暖通设计中存在的问题及解决措施
学习中心：
层 次： 专科起点本科
专 业： 建筑环境与能源应用工程
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2023年8月28日
随着人们对建筑条件的舒适度和安全度的要求更是越来越高，这就需要建筑的暖通设计过程中，加大人性化的设计理念，从人们的心理需求和生理需要出发，为大家提供更加优质的服务。本文首先分析了建筑暖通设计中热水采暖系统、空调系统、通风系统、冷热源、防火排烟系统的设计要点和设计中的常见问题，接下来针对这些问题提出了相应的解决措施。最后，以淄博市通乾拉菲项目的希尔顿酒店暖通设计为例，介绍了该酒店工程的暖通空调设计设计过程中应注意的问题，供以后类似工程设计参考。
关键词：暖通设计；问题；对策；案例分析
目 录
随着时代的飞速发展，各个国家的经济也在很大程度上的得到了提升，而伴随着经济与科技越来越进步，人们在生产生活的各个方面对能源的需求也越来越大，多年来，美国一直是世界第一能源消费大国，但从2009年开始，我国超过美国成为世界第一能源消费大国，并在自此之后双方一直保持了这一地位。2009年，我国一次能源消费总量为23.295亿吨标准油，美国为21.593亿吨标准油。2017年，我国一次能源消费总量增长到31.322亿吨标准油，比2009年增加了8.027亿吨标准油，约增长了34.46%；美国一次能源消费总量只略微增长到22.349亿吨标准油，比2009年只增加0.756亿吨标准油，只增长3.5%[1]。
要实现暖通空调系统更加高效运行，一方面，从设计更加智能的控制系统的角度出发，可以对组成控制系统的每一个单元进行优化，使每一个环节对电的需求都减少，此外可以从可再生能源入手，用风能，天然气等综合能源配合电能来提供服务；另一方面，从用户用电计价方式入手，可以改变对电价本身以及电费的收取形式进行改进，促使用户合理用电，从而减少电力的消耗。在目前的电力市场中，从电力销售价格体系来看，用户现行电价总体上可以分为单一制电价和两部制电价，其中，单一制电价是根据用户每个月实际用电量计算，而两部制电价则是分成了两个部分，一部分是基本电价，计算这部分用电费用时，以用户的电力设备容量或者用户用电的最大需量为计算依据，用户每个月需要交纳的基本电费是固定的，只与容量或者是最大的需量有关，与实际上消耗了多少电力并没有直接关系；另一部分是电度电价，这一部分的费用就是通俗意义上所说的电费，按照实际上电度表上显示的消耗的电量进行计算，因此是一部分可改变的费用。与单一制电价相比，两部制电价的优势在于，它不仅在计算电费时考虑到了消耗电量的因素，而且还考虑了有关负荷率的因素，这就促使电力相关的单位不得不采取有效的措施来提高电力公用设备。
本文首先分析了建筑暖通设计中热水采暖系统、空调系统、通风系统、冷热源、防火排烟系统的设计要点和设计中的常见问题，接下来针对这些问题提出了相应的解决措施。最后，以淄博市通乾拉菲项目的希尔顿酒店暖通设计为例，介绍了该酒店工程的暖通空调设计设计过程中应注意的问题，供以后类似工程设计参考。
1 绪论
暖通设计，是建筑工程设计中的重要组成部分，其内容包括空气调节、采暖以及通风三个方面。它也指建筑项目中所需的空气调节系统的集成设计，包括通风系统，冷却和加热系统以及排气系统。它涉及的学科是：空气调节，工程热力学，电气工程，基本机械设计，制冷技术，气体传输和分配以及热质交换原理和设备。暖通空调工程的设计是否合理，施工质量是否达到标准，将直接影响到建筑采暖通风工程的实现。采暖和通风工程是实现建筑物环境控制的基础。暖通空调系统可以使建筑物的环境满足人们的要求。该功能的实现将大大提高人们的舒适度，这对建设实用程度很重要。同时，以合理的设计和质量标准建造暖通空调项目可以大大提高建筑物的使用寿命和建筑物的安全系数。
随着生活变得愈来愈智能化，对能源的消耗也越来越大，为了实现经济和能源的可持续发展，应该从多个方面入手去减少能源的消耗量。在实际生产生活中暖通空调系统耗能占工厂等建筑物总能耗的55%，而在这部分能耗中空调系统耗能占有较大的比重，尤其是到了炎热的夏季，考虑到工厂内部工作人员等用户的热舒适性，对空调制冷的需求直线上升，因此如果对暖通空调系统中的空调系统采取一些节能的措施，对减少暖通空调系统耗能能够起到积极地作用。暖通空调系统的子系统包括三个部分，分别是供暖系统、通风系统和空调系统，其中供暖系统主要分为热水取暖和蒸汽采暖这两种形式，热水取暖通常用于大多数建筑物，该系统的基本组件包括：锅炉、循环泵、二次热交换器、管道系统和室内末端。通风是指将新鲜空气输送到建筑物内部并排出废气的过程。通风主要是对室内的空气进行优化，降低室内的温度，提高用户舒适度。通风包含两种类型：自然通风和机械通风(强制通风)两种形式。空调系统是不同材料的部件的组合，并在人工控制下来调节建筑内部的空气以达到需要条件。它的主要功能是在一定条件下处理送入建筑物的空气，以消除室内的热量和水分残留，从而保持人体可接受的舒适的室内温湿度。中央空调作为空调系统中最重要的设备之一，是承载辅助系统的重要资源，例如削弱电气系统的高峰，这是因为它承载能力强，中央控制能力强，对社会生产的影响也很小。美国在1974年制定新建建筑物的节能设计与评价标准。1975年美国采暖、制冷、空调工程师学会ASHRAE制定了更加具体完整的新建建筑物节能规范与已建建筑物节能规范[1]。在之后，亚洲的日本，欧洲的英国和德国等国家也相继成立了相关组织并颁布了相关的建筑节能管理、设计标准、经济分析等规范或标准，如：日本的能源技术协会，英国颁布的《英国建筑能效实施标准》、德国颁布的《建筑节能法》及《采暖设备规范》等[2]。
我国的暖通空调具备很大的市场潜力，这一行业有着远大的发展前景。暖通空调是消耗不可再生能源的大户，对生态环境也会产生直接的影响。因此暖通空调的发展无论是设计、施工还是新技术的发展都要考虑可持续性和节能环保性。我国的建筑节能工作起步比较晚，1986年颁布了第一部正式的标准—《居住建筑节能设计标准》，之后我国对于建筑节能的关注根据建筑物的发展、地域的不同，气候的不同在不断完善，不断改进[3]。建设部和各省市都相继推出了相关的建筑节能规范和节能标准等，《民用建筑节能管理规定》，《公共建筑节能设计标准》等等[4]。而在2015年2月发布2015年10月1日实施的《公共建筑节能设计标准》（PGB50189---2015）包含了公共建筑的新建和改扩建项目的节能设计[5]。它包含了建筑物、建筑热工、供暖通风与空气调节、给水排水工程、电气工程等方面的节能设计标准，还将可再生能源的应用列在其中。
但是，当前大型建造和超高层建筑不断出现，使得暖通的设计面临着新的问题。同时，随着节能环保标准的提升，对绿色设计的要求越来越高，这些都是暖通设计研究中具有重大意义的问题，需要在研究中不断探索。
2 建筑暖通设计内容要点
2.1 热水采暖系统设计要点
热水采暖系统是使用水作为加热介质的采暖系统。它广泛用于住宅和公共建筑以及工业企业车间。根据热介质参数分为低温热水（供水温度在100℃以下）和高温热水；根据系统循环功率自然循环和机械循环；根据系统各组主管的数量，选择单管和双管；根据系统的管道铺设方式，它分为两个方式:垂直和水平。热水采暖通常布置在整个建筑物施工的后期阶段，并将为实现建筑物的基本功能提供支持。暖通工程的全称是供热和通风工程。在当前的建筑结构中，以空气为热媒的空调器、通风管道、控制设备及锅炉、水暖的管道、散热器等与暖通相关的设备安装与施工都是暖通工程的施工范围。随着人们对建筑要求的不断提高，暖通工程作为为人们提供优质室内环境的保证性工程，其重要性也在不断的凸显。
首先，热水供暖系统的设计要和建筑设计相结合，通盘考虑。酒店和办公楼等大型建筑在暖通系统上的工作量比普通建筑大，这是因为建筑物中的人流众多。同时，这些建筑物对暖通系统的设计和建造有更高的质量要求。在建筑物的设计中，必须考虑在后期建造的暖通项目。在当前建筑项目的总体框架中，热水采暖应该位于整个建筑施工的末尾，整个暖通系统的构造均根据建筑对暖通的要求进行设计。为了满足设计要求，在施工过程中必须严格控制工程质量。
其次，热水采暖系统设计中要考虑热平衡的问题。可以采用设热交换器的分区式系统高区水与外网水间接连接，高区水通过热交换器与外网水进行热交换。该热交换器可以用作高区域中的热源。高区还配备了循环水泵和膨胀水箱，使其与室外热网的压力隔离并独立。完整的系统热交换器可以用作高区热源，而高区配备了循环水泵和膨胀水箱，使其成为独立于外热网压力的独立且完整的系统。这种形式的高区域和外网的水力条件互不影响，其优点是可以很好解决高区水静压力对低区散热器造成超压的问题，同时也可以解决上下不同楼层的垂直失调该系统是高层供暖最常用的形式之一[6]。
再次，要注意热水采暖和其他采暖的配合使用。结合高大空间建筑的结构特点和结构条件，在改善其服务功能的过程中，还必须考虑供暖系统的相关设计要点。具体包括：①设计者应根据高大空间建筑所在地区的气候条件和供暖系统的应用价值，注意辅助供暖方式的组合使用，例如空调供暖和地板供暖或散热器。当温度较高时，为了能够达到节能的目的，应该减少高层建筑供热系统运行的能耗，在必要的时候应关闭主系统，以免影响设计方案的有效性。 ②提高大空间地板采暖系统的利用效率。在这样的系统的构造中，管道之间的距离从中间到外围逐渐增大，这提高了高层建筑中的地板采暖系统的工作效果，并达到了完成相应设计工作的目的。
图2.1是太阳能热水采暖系统工作原理示意图，从中可以看到水泵P1带动从太阳能集热器到蓄热水箱之间的水力循环，太阳能集热器与蓄热水箱分别用来进行热量收集和储热；水泵P2带动从蓄热水箱到板式换热器之间的水力循环，该循环是用于将蓄热水箱内的热量向末端热用户传递；水泵P3带动从板式换热器到末端热用户之间的水力循环。当蓄热水箱中的热量不能满足末端热用户的热量需求时，由补热锅炉提供辅助热量。末端热用户可近似为一个蓄热体，其热负荷只受环境温度的影响。
图2.1 太阳能热水采暖系统工作原理示意图
2.2 空调系统设计要点
2.2.1暖通空调系统规划设计要点
在对建筑内部的暖通空调系统做出规划研究时，我们需要从两个个方面进行考虑:①优化夏季制冷系统，做好节能设计。设计节能的冷却水、冷热水和风系统。首先是选择一泵到顶的设计方法，这样可以有效的节省建筑成本，从而大大降低建筑物的能耗，并减少后续的维护工作。第二个是设计合理的冷却水系统，以使冷水供应与空调系统的回风之间的温差有效来减少系统的能耗。同时，选择了闭环模式可以大大增加系统的使用寿命，并采取了有效措施来减少系统的能耗。第三，对于水资源较少的地区，通过冷却塔进行循环运行该模式减少了循环水泵的扬程，降低了空调系统的能耗，并应更加关注冷却塔位置的通风效果。
在设计暖通空调风系统时，必须设计一定的可变风量，不仅可以控制空调系统的总风量，还可以准确调节风量负荷，从而进一步减少风力发电机的能耗和运行能力，以达到节能的效果。 ②增加通风设计。尤其是在高层建筑的暖通空调系统中设计通风系统时，大多数高层建筑设计中都缺乏通风系统的规划。这是为了增加制冷机的工作量，因此在实施暖通空调系统在规划时，不仅必须增加通风系统的设计，而且必须确保通风系统的安全性和可靠性，并且必须充分发挥通风系统的作用。
例如某工程由7栋独立的2-3层建筑组成。该工程采用热泵空调系统，分布于土壤中，地下埋管换热器采用垂直埋管法。由于冬夏两季全年总冷、热负荷不平衡，本工程采用冷热源复合系统，即有辅助散热设备（冷却塔）。室内空调采用分布式供水热泵机组，每个空调末端单独收费，便于运行管理，为节能运行提供条件。冷却塔和循环水泵的电费分别计量和分摊。图2.2为示范工程地下水热泵示意图。
图2.2 示范工程地源热泵原理图
（1）冷暖负荷：根据计算，夏季高峰负荷为1550kw，冬季高峰负荷为960kw，埋管承载基本负荷为960kw。
（2）冷热空调系统：采用地源热泵。地下管道冷却侧进出水温度为35℃；夏季和冬季分别为7℃和45℃。冷却塔夏季完工，冷却塔冷却水进出口温度为37℃。冬季和夏季采用手动转换。
（3）地下耦合管：根据地下水热物性测试结果，钻孔深度60m，井数267口，井径130~150mm，布置单管U型，管径D32，实际长度32000米（如图2.3所示）。
