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1.8 建筑的采暖、通风和空调系统

(1)供热工程与供暖系统

供热工程是指利用热媒(水、汽或其他介质)将热源输送给各热用户的工程技术,供热工程起源于19世纪,在1877年首先出现区域供暖,区域(集中)供暖系统通常由热源、热网、热用户等三部分组成,有区域热水锅炉房供热系统和区域蒸汽锅炉房供热系统两大类型。

冬季向建筑系统提供热量的工程设备称为供暖系统。热源与散热设备合并为一个整体分散设置于各个房间里的供暖系统称为局部供暖系统。热源远离供暖房间且其供热由热源、输热管道、散热设备构成的即为集中供热系统。人们也习惯根据热媒的不同将供暖系统分为热水供暖、蒸汽供暖、热空气供暖等三种类型。

布置供暖管道前应根据建筑物的使用特点及要求确定供暖系统的热媒种类、系统形式,应确定合理的引入口位置。系统的引入口可设置在建筑物热负荷对称分配的位置,一般应在建筑物长度方向的中点且应服从热力网的总体布局。布置供暖管道时应力求管道最短、维护管理便利、不影响房间美观,上供下回式系统干管一般应设在顶层顶棚以下,供暖系统的回水干管一般应敷设在首层地面下的地下室或地沟中,下供下回式系统的供水(蒸汽)干管、回水干管应敷设在管沟内或地下室的顶板下,立管应布置在窗间墙处,有利于向两侧连接散热器,管道穿过楼板或隔墙时应在楼板或隔墙内预埋套管,套管内径应稍大于管道外径。供暖系统中一个系统管道的金属管道要合理设置固定点并应在两个固定点间设置自然补偿或方形补偿器,以解决金属管道的热胀冷缩问题。上供下回式热水供暖系统的膨胀水箱常放置在顶棚内,在平顶房屋中则将膨胀水箱放置在专设的屋顶小室内;下供下回式热水供暖系统中的膨胀水箱常放置在楼梯间顶层的平台上,膨胀水箱外应有一保温小室以免水箱中水在停运时冻结。

散热器的作用是向房间供给热量以补充房间的热损失从而达到取暖目的。散热器中热水或蒸汽渡过时器壁被加热,当外壁面温度高于室内温度时即会形成对流及辐射(其中大部分热以对流方式传给室内空气)。散热器应热工性能好、经济、美观、卫生、表面光滑且不易积灰尘、制造安装方便。

(2)热源及热力网

锅炉是供热之源,锅炉及锅炉房设备的任务是安全、可靠、经济、有效地把燃料的化学能转化为热能,进而将热能传递给水以生产热水或蒸汽。锅炉生产的蒸汽或热水通过热力管道输送至用户以满足生产工艺、供暖、生活需要。

锅炉房的位置应恰当,以便占地最小、室外管网最短,锅炉房所在区域中除锅炉房本身的建筑物外通常还有其他相关建筑物及料堆等,这些都是与锅炉房密切相关的附属设施(如烟囱、烟道、煤堆、灰堆等),其布置原则是占地面积小、符合工艺流程、便于管理、运输方便、外形美观。

锅炉房的工艺布置,应尽可能地按工艺流程布置,使系统流程顺畅、管道短、阀门少且紧凑,设计应以近期为主并为扩建留有余地,确保扩建时不影响原有主体构件,应尽可能按单层布置且一定要避免小型炉上楼。

热网是用于输送热媒到各热用户的引入口并在热用户中放出热量,按热媒流动形式的不同可分为封闭式供热系统(用户只用热、不消耗质量)、半封闭式供热系统(用户既消耗部分热能又用部分热媒)、开放式供热系统(用户消耗全部热媒及所携带的热能)。

由于室内系统热媒参数常低于热网中参数,故应在每幢建筑物或几幢建筑物联合设立一个热力引入口,其中装有专门设备与自控装置(如热交换设备、凝结水回收器、监测仪表、等),应采用不同的连接方法来解决热媒参数间的矛盾问题。可采用各种连接方式,比如取暖直接连接方式;借助表面式水-水换热器的间接连接方式;室内热水供应系统与室外热力管网直接连接方式等。

(3)空气调节系统

空调的作用是采用技术手段把特定空间内的空气环境控制在一定状态下,使其满足产品的生产工艺要求,或人们的舒适要求。空调的控制参数主要包括温度( t )、湿度( d )、空气流速( v )、空气压力( p )、空气的清洁度、空气的组成成分、噪音等,上述参数受许多因素干扰,如室外气候的变化(热辐射、风等),室内人员的活动,机械设备的运转等。空调系统按作用不同可分为工艺性空调、舒适性空调两大类。空调系统的工作过程是将室外空气送到空气处理设备中进行冷却、加热、除湿、加湿、净化(过滤)使其达到所需参数要求后送到室内以消除室内的余热、余湿、有害物,从而得到新鲜的、所需的空气。冬季也有通过用超声波加湿器、红外加热器等来改变室内局部环境的方法。

空调系统按形式不同可分为集中式(所有设备均设置在空调机房内)、半集中式(空调机房处理风然后送到各房间,由分散在各房间的二次设备再进行二次处理)、分散式(如柜机、分体机均属此类);按介质可分为全空气系统(完全由处理过的空气作为承载空调负荷的介质)、全水系统(完全由处理后的水作介质)、空气-水系统(处理过后空气、水各担负一部分负荷)和制冷剂系统(如分体机、窗机等)。

(4)空调建筑

空调房间的建筑布置应符合要求,空调的热负荷、湿负荷与建筑布置及围护结构关系很大,布置上应远离产生大量污染物及高温高湿的房间,应远离噪音源。各房间应尽量集中且同参数要求的房间应尽可能相邻或上、下布置,应尽量在室温波动允许较大的房间布置空调。围护结构应满足热工要求,空调房间的外窗面积应尽量减少并应采取遮阳措施,窗缝应有良好的密封,以防室外风渗透,房间外门门缝应严密,以防室外风侵入。围护结构最大传热系数及对房间波幅有要求的房间应遵守相关规定(包括开窗、楼层、有无外墙等方面)。

(5)空气处理设备

空气处理应了解水蒸气、水相互转换时的能量变换关系,空气的处理方法主要包括热湿处理(加热、冷却、加湿、除湿)、净化处理两大类。典型的空气处理设备有表面式换热器、喷水室、加湿设备、除湿设备、电加热器、空气净化设备等。

空调机房是为安装集中式空调系统或半集中式空调系统的空气处理设备及送、回风机的地方。机房在大、中型建筑中的位置十分重要,既决定投资的多少又决定能耗的大小,还可能造成噪音、振动进而影响空调房间的正常工作和使用。空调机房位置应符合规定,尽可能地设置在负荷集中的地方,以缩短风管长度、节省投资、降低能耗、减少风管对空间的占用,远离对空调要求高的使用地点尽可能将机房布置在地下室、设备层。空调机房内部布置应符合规定,应有单独的出入口,设备旁边要有0.7~0.71m的检修与操作距离,经常调节的阀门应布置在便于操作的地方,空调箱、自动控制仪表等的操作面应有充足的光线且最好是自然光线。

(6)空气输配系统

空气输配系统通常由风机、风道、风阀、水泵、水管等组成。

风机是输送空气的动力设备,通常有离心式、轴流式、贯流式等几种形式,根据风向的不同可分吹风机、引(吸)风机两类。

风道是空气输配系统的主要组成部分之一,集中式、半集中式空调系统的风道尺寸对建筑空间的使用有很大影响,风道内风速的大小及风道的敷设也会影响电力消耗和噪音水平。风道的形状一般为圆形或矩形。

水管的常见公称直径DN50的焊接管或DN50的无缝管。通常情况下高层建筑内不可能在每层设空调机房,故必然应有铅直走向的风道,故需留有管井。管井内可设风管、水管及其他公用设施所需的管线(如电缆、电视线等),管井应设在每区的中心部位且应在机房附近,以减少分支的管路长度。管井应从下向上、不得拐弯。风阀一般装在风道或风口上,用于调节风量、关闭其支风道或风口、分隔风道系统的各个部分,还可启动风机或平衡风道系统的阻力,常用风阀有插板阀、蝶阀、多叶调节阀等三种。新风入口(即空调的新鲜空气入口)方式多种多样,可在墙上设百叶窗。亦可在屋顶上设置成百叶风塔的形式。室外排风口应设在屋顶或侧墙,侧墙形应加百叶风口,屋顶形应采用百叶风塔形且应加风帽。

(7)空调系统消声防振

动力设备运行时会产生噪音与振动并通过风管及建筑结构传入空调房间,其源头主要有风机、水泵、压缩机、风管、送风末端装置等。

风道传递的噪声来源是风机、气流流动声,高风速系统中流动噪音不可忽视。根据消声原理的不同,消声器可分为阻性消声器、共振型消声器、膨胀型消声器、复合型消声器等类型。

各种介质(物质)都传递声音,固体尤其是刚性固体对声音的传递最为明显。声音在刚性物体中传播时其能量衰减最小、传递能量最大且传递也最快。刚性固体传声是将噪音源产生的振动通过围护结构传至其他房间的顶棚、墙壁、地板等构件,从而使其振动并向室内辐射噪音。消除方法是消除机器与基础之间的刚性连接改用柔性连接,即在两者之间安装减振构件,如弹簧、橡皮、软木等。

(8)空调建筑防火排烟

火灾发生时对人们安全的最大威胁是烟气,其中气体中毒而窒息为主要威胁,解决火灾发生时的防、排烟问题是建筑防火的主要问题。良好的防火排烟设施与建筑设计和空调通风设计密切相关。

空调系统防火设计,应避免风道成为火灾时烟气扩散的通道。应设置防火、防烟、排烟阀,防火阀上应装有易熔合金(熔断器),当管道内气温≥280℃时熔断器应能熔断并关闭阀门、切断气流,从而防止火焰的蔓延。防烟阀是指由烟感器信号控制自动关闭的风阀,可由电动机或电磁机构驱动以阻断烟对空调房间的侵入。排烟阀通常安装在排烟通道或排烟口,平时应处于关闭状态。

(9)制冷系统

对空气冷却、除湿处理均需要冷源。冷源有人工和天然两种,天然的有深井水、深海水、天然冰等,人工的则为制冷机(包括压缩式、吸收式、吸附式等)。

制冷是指将热量从某物体中取出来而使物体的温度低于环境温度的过程,即达到“冷”的目的。制冷通常需消耗一定的其他能量,这种制冷循环一般借助制冷剂来完成且通常使用压缩式循环。

常见制冷机组有冷水机组和热泵式制冷机组两大类。冷水机组是由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器组成的向外提供冷却水的设备。

冷却塔用于水冷式冷凝(却)器,适用于远离水源或用水紧张的地区。冷却塔主要以机械通风为主,用以降低冷却水的温度。

(10)建筑通风

建筑通风的目的是将被污染的空气直接或经净化后排出室外并把新鲜空气补充进来,使室内空气符合卫生标准或满足生产工艺要求。通风系统通常不使用循环回风,对送入室内的新鲜空气不作处理,或仅作简单的加热处理或净化处理,而排风需要先净化,或直接排出室内空间。对民用建筑以及发热量小、污染轻的工业厂房通常只要求室内空气新鲜清洁并在一定程度上要求改善室内空气温、湿度及流速。常用通风方式有自然通风、机械通风两大类。

工业与民用建筑中应充分利用自然通风来改善室内空气环境以尽量减少室内环境的能耗。进、排风口设置应得当。

在一般屋顶上架设通风间层即构成通风屋顶,间层的高度为20~30cm。这种屋顶有很好的隔热效果,同时间层内流动的空气会把屋顶积蓄的太阳能辐射热带走,南方地区的民用或工业建筑多采用这种通风屋顶。实测表明,该屋顶内表面比实体屋顶内表面温度低4~6℃,常见通风屋顶有不兜风屋顶和兜风式屋顶两种形式。

机械通风系统的功能是消除室内产生的余湿、余热和有害物,发生故障时可作事故通风用。通常由室内通风和排风口、风道风机、室外进(排)风装置等组成,需要时还应有除尘或吸收装置。机械通风设备大多与空调完全一致(比如风机、风道、风阀、风口等)。 f1OQ7rjM67OTnOyUbGnHtSacyM0psgLxcLgyhxjKy+65I3TDX6DW1FWZyflCVWbp

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