浅谈几种常见空调水系统管制适用场合

黄明强

（中建八局上海科技建设有限公司，上海，200000）

尽管现行《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012)(以下简称《民规》［1］) 对几种常见管制说明了适用范围，但实际在项目设计过程中，因各类项目体量大小和功能业态不一，设计人员在设计选择过程仍难以抉择，本文通过对空调供能分析，内外分区划分依据分析，不同建筑功能业态分析，讨论空调水系统三种常见管制适用情况，旨在帮助设计人员了解水系统管制形式与实际系统功能需求的联系，提高空调水系统设计的经济合理性。

1 常见空调水系统管制

目前常用的空调水系统有两管制、分区两管制、四管制，按照建筑体量，中小型建筑通常采用两管制，大体量建筑因进深较深，空调品质要求较高可采用四管制。除季节转换，有其他冷热转换要求的情况可采用分区两管制。

1.1 两管制

《民规》第8.5.3条规定：“当建筑所有区域只要求按季节同时进行供冷和供热转换时，通常采用两管制空调水系统”。该系统的优点：系统简单，水系统投资小。“两管制”顾名思义两管比四管少了两根管，总体系统管道总长度及阀门数量大致为四管制的一半，设备盘管相对于四管制仅有冷热共用盘管，少了热水盘管，设备投资小。节省机房管井面积，管井占用面积减少约1/3，对于某些超高层项目，管井减少的更为明显。主要缺点: 该系统仅能进行季节性切换，夏季供冷，冬季供热，不能同时提供空调冷、热水，在建筑进深较大，内、外区负荷或不同朝向负荷差异较大及冬季建筑内有局部供冷要求时无法满足空调要求。

图1 空调水系统两管制示意

1.2 四管制

同1.1《民规》规定：“当空调水系统的供冷和供热工况转换频繁或需同时使用时，通常采用四管制空调水系统。”该系统主要的优点：弥补了两管制在应对空调存在内外分区并需要同时供冷热的不足，有利于管理，不需要冷热转换，避免了空调冷热水在切换过程中出现冷热互掺的风险。冷热管路独立，不易出现冷热切换过程产生的失调现象，如夏季流量与冬季空调水流相差较大，两管制在切换过程中容易产生超调现象。而四管制冷水分管路设定输送水泵及阀门，则避免产生此种现象。主要缺点:加大系统初投资，运营管理相对复杂，实际运营过程管理人员到客户都习惯于冬季供热、夏季供冷，实际并未发挥四管制所特有的功能，实际投入与回报不成比例。

图2 空调水系统四管制示意

1.3 分区两管制

同1.1《民规》规定：“当空调水系统的供冷和供热工况转换频繁或需同时使用时，通常采用四管制空调水系统。”当建筑内一些区域的空调系统需全年供冷、其他区域仅要求按季节或较长一段时间进行供冷和供热转换时，通常可采用分区两管制空调水系统。该系统主要的优点：兼具两管制和四管制的特点，调节性能介于四管制和两管制之间，可实现分区冷热独立控制。如分区合理，其可调节性可接近于四管制。考虑内外区及朝向可考虑分2～3个分区。该系统主要缺点：相对于两管制，总的投资增加，但介于两管制与四管制之间，相对于四管制的每台系统均可实现冷热独立控制，分区两管制受空调分区及管路服务区域限制。关于分区两管制阀门切换的设定，本文暂以较大区域内空调负荷相对稳定的情况，将切换位置设于主机机房内［2］，并以此展开论述。

图3 空调水系统分区两管制示意

2 空调分区分区方式对空调水系统管制要求

2.1 空调分区定义

空调区域基本可分为内区（内部区）和外区（周边区）。外区的定义是：直接受到外围护结构日射得热、温差传热和空气渗透影响的区域。外区空调负荷包括外围护结构冷负荷或热负荷和内热冷负荷。由于地理位置和季节气候条件的因素，外区有时需要供热有时则需要供冷。外围护结构负荷主要来源于外窗和外墙内表面与人体及其他室内表面之间的辐射换热。内区的定义是：与建筑物外界相隔离，具有相对稳定的边界温度条件的区域，其不受来自外围护结构的日射得热、温差传热和空气渗透影响。内区全年仅有内热冷负荷，且随区内照明、设备和人员发热量变化，通常全年需要供冷。

图4 三种常见空调分区

2.2 分区依据

围护结构负荷对空调分区影响较大，而维护结构热工参数是决定负荷大小的决定性因素，空调分区可根据空空调末端型式及外维护结构热工性能参数分为三类［3］。

2.2.1 浅表进深型

在满足《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2015）对各气候分区建筑热工设计规定的前提下，若选用热工性能优良的外围护结构并且采取围护结构负荷与内热冷负荷分别处理的方式,且采用窗边风机盘管，外区进深可缩小到2 m。该种分区方式，维护结构表现为夏季为冷负荷及太阳辐射热传导冷负荷，冬季维护结构冷负荷及冷辐射负荷，外区可采用冷热共用的水管。冬季及夏季内区受外区扰动小，仅处理内部热负荷或冷负荷，因内外区冷热负荷差异变化较大，可内区单独设定一路冷热共用的管路及采用内外分区的分区两管制。

2.2.2 深度进深型

在满足《公共建筑节能设计标准》要求的前提下,若采用普通热工性能的外围护结构并且末端采取外围护结构冷/热负荷和外区的内热冷负荷混合处理的方式,深度型外区进深要达到5 m。该种分区方式，外区末端设备除处理维护结构冷热负荷还应处理外区的冷热负荷，因外区深度较大很有可能出现冷热需求不一致的情况建议外区采用四管制，内区因冬夏季相对负荷情况一致，可考虑采用两管制。

2.2.3 中等进深型

中等进深型介于浅表型和深度型之间。选用了热工性能优良的外围护结构，如外区采用了维护结构及外区负荷混合处理的末端型式，外区进深约3 m。该种分区维护结构及外区负荷冷热负荷一致，内区负荷冬夏季变化一致。因维护结构热工性能较好，维护结构热传导及对流对室内负荷影响较小，如采用朝向分区时，可采用外区四管制内区采用冷热共用两管制，如采用内外分区可采用内外分区的分区两管制。

表1 不同分区情况下管制形式对比

3 几种空调供能情况下的水系统管制需求分析

3.1 夏季内外区均供冷，冬季外区供热内区供冷

当建筑楼层进深较深，外区受维护结构外表面温度、夏季太阳辐射热传导、冬季冷辐射影响，需夏季供冷冬季供热。内区受外部扰动小，主要含人员活动热湿负荷及电子设备散热负荷，理论上需常年供冷。理论上空调水系统管制需根据需求设外区冷热两管内区单冷管。

除散热量比较大的内区设备机房，很多人员活动的内区理论设备及人员负荷要求供冷的情况下，因实际设备开启台数及坐班人数不固定，实际运行按供热设置空调，即可以理解为局部内区供冷及供热［2］。空调水系统按实际设置为内外区设置冷热两管，机房设备区采用单冷管。

3.2 夏季内外区供冷，冬季内外区均供热

按照参考文献2的说明，通常进深超过8 m的功能房间需要设置内外区，但如果建筑进深接近于9 m时或者比较接近，该如何设置空调水系统管制呢？此种情况主要考虑是否能排除冬季供冷的可能。排除措施需要借助专业负荷软件，根据室内实际人员及设备确定室内冷负荷与外围护结构、渗透热风负荷的关系，如实际内区冷负荷值小于或接近于外区热负荷值，考虑冬季维护结构冷辐射对人体温感的影响，实际空调温度应比计算温度增加1～2 ℃，则可排除内区供冷的可能。

3.3 夏季内外区均供冷，冬季外区局部分时段供冷

随全球温度变暖，夏热冬冷地区如上海地区空调供暖季，采用幕墙外围护结构的商业办公建筑，某些南向的功能用房，太阳辐射得热甚至可以补偿维护结构热负荷，导致室内空间实际为冷负荷，此情况下需要室内空调供冷。因太阳辐射热及人员空调冷热舒适性难以准确根据固定时间设定，外区需保守设为冷热四管制，内区考虑空调预热及人员活动性最基本需求设为冷热两管制。

3.4 过渡季空调深度除湿

过渡季采用全空气的空调系统因新风湿负荷比空调季大幅增加，原选型盘管很难进行深度除湿到室内设计状态点，及时达到室内设定温度，实际达到室内状态点的湿度偏大，舒适性较差，需要增加再热排管除湿，达到原室内设计状态点。在此种情况下，有新风接入的空调箱管路需考虑设置四管制。

图5 空调季与过渡季空气处理对比

4 建筑功能业态对对空调水系统管制要求

目前常见的夏热冬冷地区的办公商业公建项目业态通常有办公、商业餐饮、酒店、超市、影院等。现就以上各建筑功能业态进行空调水系统管制需求分析。

4.1 办公

对于体量小，进深小的某些低端办公项目，通常会采用相对灵活的分散式空调系统，如采用水系统采用两管制可满足实际空调要求。定位中端办公，对空调品质有一定要求的大体量有空调内外分区的项目，但对造价相对敏感时可采用分区两管制，对于某些高端商务办公楼，建筑进深较大，建筑空调使用标准较高，一些金融业或信息技术公司有数据机房降温冷却要求，在空调水管管路预留时，应考虑预留降温冷却的单冷冻水供回水管或24 h冷却水管。

4.2 商业及餐饮

对于某些大型商业项目，如设置在内区的黄金珠宝眼睛店铺因内部灯光照明负荷较大，商场的美食街及大型餐饮店存在大量的热湿负荷，可结合项目定位及成本要求设置空调水系统管制，如中端采用分区两管制、高端可采用四管制空调水系统。

4.3 酒店

酒店空调要求通常根据酒店星级定位标准设定，通常五星级酒店因对应为高端商务客户，对空调品质要求较高，为应对酒店入驻顾客不同时段对空调供冷热需求，酒店客房、SPA、VIP会所等私人定制要求较高的空间区域采用四管制。酒店大堂及酒吧等人流流量大、人员密集场所空调负荷特性区域表现一致可采用两管制。

4.4 超市及影院

超市及影院通常采用独立式冷热源系统，对于超市常设在地下室，受室外扰动相对小，因人员密集，人流量大，内部负荷性质主要体现在人员及照明负荷，因超市为整个敞开空间，区域内空调负荷表现相对一致，不太会出现同时供冷热的情况，则空调系统可采用两管制。影院影厅因放映设备在专用机房内可设分体降温空调保证设备正常运行环境，影院内部同超市类似主要为人员负荷，空调负荷特性也相对一致，空调水系统可采用两管制。

表2 不同功能业态对应空调管制推荐

5 空调水系统管制选择经济比选

随着机电安装费用在整个建筑工程总投资的逐年提升，产品客户越来越关注系统效能及系统初投资，本文选择一个典型的四管制高端办公项目来说明采用不同管制系统造价情况的对比，三种系统管道阀门投资占比如图6。

图6 几种管制管道阀门在空调系统总投资内占比示意

合肥某超甲级办公大楼，建筑面积12万平，地上办公60层与周围裙房独立，空调水系统采用四管制，经向厂商询价四管制空调水系统水管、管件及阀门单平米造价约250元/m2，当采用两管制时，楼层立管及水平末端管路减少一路热水管及管路阀门，空调箱及风机盘管减少热水盘管，此时造价下降至150元/m2，当采用分区两管制时，按各楼层内外分区一致性，考虑在机房内进行内外分区冷热切换，此时楼层主立管数同四管制但尺寸规格减小，楼层支路水管及空调箱、风机盘管同普通两管制，单平米造价介于前两者之间，粗略估算为200元/m2，具体估算内容详见空调系统分项投资估算表。那么整体造价影响相对比较大，至于如何抉择，如项目定位较高，建议采用四管制，可以在系统运营过程中向用户增收相关费用，补偿初期过高的投资。如对造价比较敏感同时考虑用户对空调品质的需求，可考虑中端档位的分区两管制，因该系统很有可能存在冷热切换过程中串水的可能，在采用过程中应加强运维人员的培训管理。如本身项目定位不高，可采用常规的两管制，只需要季节切换，节约成本最为明显。

表3 空调系统分项投资估算

结语：通过以上几种情况下的空调水系统管制适用分析，我们不难看出空调水系统管制同供能需求、分区形式、空调品质要求有关联。通常在大体量、分区形式复杂、业态多样的工程中一般不会单一出现某种管制。为提高空调水系统设计的经济合理性，系统选择时应通过供能需求、内外分区、业态甄别、造价比选等多角度分析确定。