暖通专业设计深化思路讲析

摘要：深化设计，又称二次优化设计，是指在项目前期策划及实施过程中，结合项目技术、经济条件，进行的深化施工图设计、优化技术方案、完善设计遗漏功能、推广新材料及新工艺的技术工作。

设计深化的概念：

深化设计，又称二次优化设计，是指在项目前期策划及实施过程中，结合项目技术、经济条件，进行的深化施工图设计、优化技术方案、完善设计遗漏功能、推广新材料及新工艺的技术工作。

深化设计的目的：

通俗来讲，深化设计的目的很简单：为了能够将施工进行下去，为了确保项目指标顺利达成。作为项目总工，推动项目深化设计，是项目技术管理工作中的必要环节。

深化设计的流程：

深化设计一般在项目前期策划阶段进行，主要是项目专业技术人员对施工图纸全面熟悉，提出设计问题，完善施工图纸；拟定技术方案，编制施工组织设计。其一般流程如下：

暖通专业深化设计要点：

1.空调风系统设计优化

换气次数：首先要核算房间的换气次数是否偏大，设计院设计的时候一般都是按照规范的上限值设计，且在结果中一般还考虑10%~30%的富余量，换气次数推荐值见下表（摘自GB50073-2013）。

医药洁净厂房的洁净度划分与洁净厂房的划分有所区别，分为A、B、C、D四个级别。A级对应ISO4.8，B级（静态）对应ISO5，C级（静态和动态）分别对应ISO7和ISO8，D级（静态）对应ISO8。见下表（摘自GB50457-2019《医药工业洁净厂房设计标准》）。

3.2.1 医药洁净室的空气洁净度级别划分应符合表3.2.1的规定。

表3.2.1 医药洁净室空气洁净度级别

实际计算时，换气次数选取中间值计算即可。药厂D级按20次考虑，C级按30次考虑，B级按50次考虑。

2.空调冷水主机选型优化

主机优化可从余量和形式上入手。一般设计选型时与制冷量和风量有关，风量考虑10%~30%的余量后相当于制冷量也有这么多余量，厂家选型时的参数不可能完全对应图纸参数，一般要比图纸要求大一点，且厂家的参数是标准值，2种型号规格之间相差会较大。举例：如实际需要920kw制冷量（考虑余量之后），厂家标准值是900kw和997kw，这920kw如果是考虑了比较大的余量之后的值，选型时可以把余量放小一点，选型900kw的就可满足要求。

主机建议结合厂家综合分析，不同厂家参数也不同，需根据实际情况考虑调整参数。

形式上一般采用的是水冷螺杆机，风冷螺杆机，风冷模块机和直膨机。直膨机形式固定，不需要水管，一般不可变化。水冷螺杆机一般和冷却塔系统配套使用，这种形式在有冷却塔系统的前提下，且位置充裕的情况下使用较多。

风冷螺杆机是厂房没有冷热源，且屋顶不适合设置冷却塔的情况下，选用风冷螺杆机会比较方便。如果是有多个系统共用一个冷热源的时候，可以采用风冷模块化机组，这样可以根据实际使用情况，开启对应模块数，减少运行成本。

3.FFU优化

风量优化：主要是FFU的设计风量与实际风量的比较。

以石家庄旭新项目为例。检验间面积463m²，房间高度为3.5m，房间体积为1621m³。内包装间面积为334m²，房间高度为3.5m，房间体积为1169m³。

根据规范，千级房间换气次数要求为每小时50~60次。检验间每小时循环风量：1621*60=97230m³/h；内包装间每小时循环风量：1169*60=70140m³/h。原设计：

1）检验间为143台FFU(每台设计风量为667m³/h)，每小时循环风量：143*667=95381 m³/h=58.5h。满足要求。

2）内包间为87台FFU(每台设计风量为730m³/h)，每小时循环风量：87*730=63510m³/h=54.3h。满足要求。

实际1200*600的FFU每台标准风量为1160m³/h。

每台FFU暂按1000 m³/h考虑（实际有损失，不能按样本数值计算）。换气次数按：60次/h。

检验间FFU数量只需布置：（1621*60）/1000≈98台。

内包间FFU数量只需布置：（1169*60）/1000≈70台。

4.负荷计算

负荷计算的标准计算方法采用逐时法，但结合项目实际情况，一般都采用经验值和指标校核。

设备冷负荷需要依据生产工艺所需设备的具体参数而定，不同设备发热量则相差很大。有些设备参数直接提供设备发热量，有些则只有功率，需要依据功率计算发热量。

冷负荷=结构冷负荷+照明负荷+人体负荷+设备冷负荷

热负荷=结构热负荷-照明负荷-人体负荷-设备冷负荷

冷负荷指标在实用供热空调设计手册第二版第20章有相关统计表。

经验指标一般只用作前期估算以及计算之后的核算比较用，不建议直接当做实际数据来计算负荷。

靠外墙不靠外墙结构冷负荷6050结构热负荷5040照明负荷2020

人体负荷：

电子厂房显热最大为：90；实验室显热最大为：93；机加工厂显热最大为：118；锻造、炼钢最大为：168。

此负荷仅为室内显热负荷，不考虑湿负荷，用来计算负荷风量，从而与洁净风量和新风量做比较实用。对于新项目刚开始所说的需要多少制冷量（很多业主会说成负荷的估算可以按300~500 W/㎡估算。

负荷计算：案例1

上海某工程，房间温湿度要求22℃±2，55%±5。房间面积20㎡，吊顶高度3m，洁净要求7级，房间压力为20pa。根据已知条件，列出相关参数：

房间内设备发热量为0.61kw，人员4个，经计算，室内冷负荷为2.37kw。

根据洁净度计算洁净风量=25*20*3=1500CMH

人员新风=4*40=160CMH

加压风量=180CMH（不同压力对应不同换气次数计算）

房间内无排风，故新风量=180CMH

室内要求22℃，可以选择17℃送风，经计算负荷风量=1385CMH

最终送风量=1500CMH

这种情况下，满足洁净度要求的风量大于负荷风量，可考虑减小换气次数，现在是按25次计算，减小到按20次计算

洁净风量=20*20*3=1200CMH

这样的话最终送风量=1385CMH即可。

自编案例。如果温度精度要求不高的情况下，可以考虑加大送风温差，即可考虑16℃送风，这样负荷风量会减小，同时洁净风量也可做适当调整，但不建议换气次数选取下限值计算。

负荷计算：案例2

南京某工程，洗瓶烘瓶间温湿度要求22℃±2，55%±10。房间面积58㎡，吊顶高度2.6m，洁净要求D级，房间压力为25pa。根据已知条件，列出相关参数：

房间设备发热量计算为3.91kw，人员4人，经计算，室内冷负荷为8.33kw；

根据洁净度计算洁净风量=25*58*2.6=3770CMH

人员新风量=4*40=160CMH；加压风量=603CMH

无排风时，新风量=603CMH

室内要求22℃，送风温度16℃，则负荷风量=4045CMH

这种情况下最终送风量=4045CMH，考虑增加排风系统，把设备发热量全部排走，经计算排风量=820CMH

负荷风量=2150CMH

故新风量=603+820=1423CMH

最终送风量=3770CMH

而这个洁净风量是按较高的换气次数计算而得，在此基础上还可继续优化。

南京圣和项目，设备发热量为自编（功率10.9kw，网上找的参数）

5.风管尺寸优化

根据《通风管道技术规程》JGJ141-2004，矩形风管尺寸宜选用常用规格，长短边之比不宜大于4：1。风速选择不宜过大或过小，过大导致风管内压力过大，过小导致风管尺寸较大，增加材料成本，末端风量达不到设计值。

6.空调水系统设计优化

流速直接影响管道内的压力和系统水利损失，对盘管（空调机组盘管、DCC）的寿命也有影响。对于大管径的管道，流速宜选择接近上限的数值，从而减小管道本身和阀门等配件的材料价格及安装费用。

7.阀组型式优化

暖通专业阀组一般是指空调机房阀组和DCC阀组。DCC阀组一般采用一套阀组控制1~3个干盘管，负责同一个房间负荷的，距离相近的建议采用一套阀组，减少阀组等配件的成本。空调机组阀组一般都是一对一，但遇到数台吊顶循环机负责同一房间负荷的情况时，也可参考DCC阀组型式。

电动阀一般设计在回水管路上，为防止管道中产生的气体排不出去造成管路气堵塞。回水管相对压力小一点，对阀门的使用寿命和调节作用就好一点，而且使用二通阀门，在关闭的状态下，如果在供水管道中，突然打开，流体对阀门后的热交换器冲击就很大，阀门安装在回水管就不会产生这种问题。但装在回水管上也不是必然的，也有装在供水管上的做法。

8.空调机组选型优化

空调机组选型优化，可从组合式空调机组的功能段优化着手。

表冷段和电加热段：从夏季空气处理过程看，常规的一级表冷形式为先表冷，后加热到送风状态点，可以优化为二级表冷的形式，一个控温度，一个控湿度，充分利用回风温度，避免增加电加热段。

加热段和加湿段：加湿一般采用电加湿，加湿量大的可能采用湿膜加湿或喷雾加湿等。加湿段我们可以考虑把电加湿改为湿膜加湿，但同时加热段的加热量会相应增加，两者比较后可做相应优化。若有蒸汽源，则优先考虑干蒸汽加湿。

消声段：有些空调机组设置有消声段，不采用消声器，可将消声段优化为消声器，是否会降低成本，结合业主方降噪要求，综合考虑消声段的必要性。

风机段：风量根据系统风量确定，而余压设计院一般都采用估算值，一些特殊设备（如文丘里阀，BIBO等）的压力是否计算在内，综合校验风机段的风机压力。风机压头一般不会考虑设备本身的阻力，遇到设备本身阻力比较大的情况时，需要对该设备做单独考虑，比如B2生物安全柜加助力风机单独排风或接至主管。

风机功率以厂家实际选型为准，应多比较不同厂家的参数进行优化。风机形式是皮带轮传动还是直驱式，业主如果没有这方面的要求，可以选择成本较低且能满足要求的形式。

一种需要助力风机，一种不需要助力风机。助力风机排风如果是接至主管系统，压头太大可能出现在汇流处使其他管路出现逆流；太小则可能满足不了设备的阻力。

对湿度要求非常高的机组现在采用最多的是转轮除湿，但目前也有其他的除湿方式逐渐发展起来（比如热管技术），就除湿而言，可以进行比较后选择最优方案。

左边是传统转轮除湿机组图，右边是采用热管技术的2种形式机组。

9.暖通材料选型优化-阀门

管道专业阀门种类繁多，功能各异，优化阀门选型之前必须要清楚了解各种阀门的功能。空调水系统阀门按功能划分如下：

类别功能主要阀门形式截断阀类主要用于截断或接通介质流。闸阀、截止阀、隔膜阀、球阀、旋塞阀、碟阀、柱塞阀、球塞阀、针型仪表阀等。调节阀类主要用于调节介质的流量、压力等。调节阀、节流阀、减压阀、平衡阀等。止回阀类用于阻止介质倒流。各种结构的止回阀。分流阀类用于分离、分配或混合介质。各种结构的分配阀、三通四通旋塞阀、三通四通球阀、疏水阀等。安全阀类用于介质超压时的安全保护。各种类型的安全阀、溢流阀。

空调水系统常用阀门的分类与用途见下表：

空调水系统常用阀门特性对比如下：

1）蝶阀，启闭件是一个圆盘形的蝶板，围绕阀轴旋转来达到开启与关闭的一种阀；

优点：体积小，重量轻，结构简单，启闭迅速，调节和低压下密封性能良好，流体阻力和操作力矩较小。

缺点：使用压力和工作温度范围小，中高压下密封性较差。

2）闸阀，阐阀是指关闭件（阐板）沿介质通道轴线的垂直方向移动的阀门。

优点：流阻系数小，启、闭所需力矩较小，介质流向不受限制；

缺点：结构尺寸大，启闭时间长，密封面易损伤，结构复杂。

3）球阀，启闭件（球体）由阀杆带动，并绕球阀轴线作旋转运动的阀门；

优点：体积小，重量轻，结构简单，启闭快、密封性好、适用范围广、流体阻力小，介质流向不受限制；

缺点：大尺寸球阀加工精度高，造价昂贵，高温中不易使用，不能用作节流用。

4）截止阀：指关闭体（阀瓣）沿阀座中心线移动的阀门。

优点：制造容易，维修方便，密封性能好，使用寿命长；

缺点：启闭力矩大、启闭较费力，启闭时间校长，流体阻力大，调节性能较差，只能单方向流动，不能改变流动方向。

阀门选型：案例1

如图所示，旁通支路设计使用蝶阀，而蝶阀密闭性能不高，而且旁通支路不需要调节流量功能，可以优化为闸阀或截止阀。

电动调节阀前后使用蝶阀，可以起到初步调节流量作用，而且密封性能可以通过多道阀门得到保障，所以可以使用蝶阀。

阀门选型-平衡阀：

是附加了流量测试功能的一种手动调节阀。

平衡阀常见的可分为静态平衡阀与动态平衡阀，而动态平衡阀又可以分为动态流量平衡阀及动态压差平衡阀。

静态平衡阀：原理是系统工况变化时，通过改变系统的阻力，从而能够将新的水量按照设计计算的比例平衡分配，各支路同时按比例增减，仍然满足当前气候需要下的部份负荷的流量需求，起到热平衡的作用。

动态流量平衡阀：原理是跟据系统工况变动而自动变化阻力系数，在一定的压差范围内，可以有效地控制通过的流量保持一个常值，即当阀门前后的压差增大时，通过阀门的自动关小的动作能够保持流量不增大，反之，当压差减小时，阀门自动开大，流量仍照保持恒定。注意：当压差小于或大于阀门的正常工作范围时，此时阀门打到全开或全关位置流量仍然比设定流量低或高时，不能控制。

动态压差平衡阀：原理是系统工况变化时，在一定的流量范围内，通过控制阀门的开度控制被控系统的压差恒定。也是有调节范围的。

动态电动平衡阀：在其工作压差范围内自动屏蔽掉一些系统波动的影响，从而使得通过阀门的水流量只会收到阀门开度的影响，而阀门开度只会被负荷需求所控制，这样就可以达到按照负荷需求对流量进行调节的目的了，多用于组合式空调机组、风机盘管和新风机组等的末端设备处。

平衡阀在空调水系统中的应用：

静态水力失调是指空调系统由最初的设计、材料设备的选用及连接安装等环节的因素，不可避免地导致系统在实际使用过程中各终端的流量与设计要求流量值在一定程度上不一致，从而产生水力失调，并潜于系统中。简而言之就是设计与实际使用有出入而产生的水利失调。

动态水力失调是指由于在空调系统运行过程中用户的使用状态发生变化（如设备的开关及阀门的开度变化），引起管道流量变化及压力的不规则波动，影响到其他用户终端的流量偏离要求流量而产生水力失调。系统的这种动态水力失调不是系统本身所固有的，它是变化的是在系统运行过程中产生的。动态水利失调变化频繁而且无规律可循。

静态平衡阀是用以平衡阻力的，动态流量平衡是平衡流量的，压差平衡是平衡压差的。就是一个公式，流量等于KV值与压差开方的乘积。这三个阀就是平衡这个公式中的三个因素。

动态流量平衡阀应用示例：

如图1所示，水泵与机组一对一连接，需要在制冷机的入口处安装动态流量平衡阀，以控制进入每台制冷机的水流量，保证每台机组及水泵都能工作在最佳工况点，特别是对于不同功率、不同流量的几台设备并联使用时，此种应用形式的优势更为明显。而对于如图2所示的连接方式，可以选择将动态流量平衡阀安装在水泵的出口处。

动态压差平衡阀应用示例：

如图所示，压差调节阀安装在风机盘管各层回水支管上，其另一个取压点接在水平供水管上，恒定两点的压差不变。使用这种安装方式，首先避免各层之间风机盘管水平支管间的流量相互干扰，其次，对于同层之间的风机盘管，由于其两端压差可以看做是恒定的，那么同层之间风机盘管流量调节也不会相互影响。但是对于盘管数量过多的环路，阻力变化较大，动态压差平衡阀的设定压差可能偏离各台风机盘管的实际需求压差较大，从而造成个别风机盘管的流量较大，控制精度较低。

对于同层盘管数量不多的环路并联中动态压差平衡阀的安装

施工细节优化：

细节决定成败，对于施工细节优化的好坏往往能决定一个施工项目整体效果的好坏。细节优化的基本原则：

（1）满足业主方使用要求；

（2）经济效益最大化；

（3）方便现场施工；

（4）效果美观。

施工细节优化实例：

1、管道出屋面防雨防水优化方案；

2、空调机新风口抽屉式过滤器优化方案；

3、空调机房降噪设计；

4、通风风管阀门优化；

5、文丘里阀门前段增加工作压力手动调节阀。

满足业主要求肯定是第一位的，然后是要经济利益最大化，方案优化不一定非得是以节省成本为目的，也可以是增加成本以后，可以向业主追加而业主也愿意同意追加，这就要看优化方案的优秀与否了。方便现场施工及效果美观也都是细节优化方案说要考虑的方面。总的来说，有好的施工细节的优化方案，不但能给项目创造更大的利润空间，也能是一个普通的项目提升为一个优秀的模范项目。

施工细节优化-出屋面风管防雨防水优化：

风管由预留洞口出屋顶以后，先用水泥砂浆将风管与屋面孔洞将的缝隙封填，再用镀锌钢板做一个伞翼状防雨罩，拼接安装在风管与土建屋顶上，再在连接处打防水防晒密封胶。

风管出屋顶防水密封优化方案

先用水泥砂浆将风管与屋面孔洞将的缝隙封填，然后用镀锌钢板做一伞翼状防雨罩，拼接安装在风管与土建屋顶上，再在连接处打防水防晒密封胶。

上图所示为施工现场实际安装效果图，右图为管道防水密封的简便方案，同理于前面的风管。

施工细节优化-空调机新风口抽屉式过滤器优化

空调机房降噪设计：

在项目前期策划过程中，如在空调机房、动力站附近设置有办公室、值班室等人员停留较长时间的房间，而又未见隔音降噪设计的，可以向业主方提出机（站）房隔音降噪优化设计。

通风风管阀门优化：

原设计空调送风风管每个支管安装电动风阀，房间压差靠电动阀调节，且电动阀要求断电复位。

优化后在每个电动阀前面增加一个手动调节阀，调试时用手动调节阀进行最大风量调节，锁定，再由电动风阀进行微调，可以保证自控出现问题时手动调节阀任然能够保证正负压差正常，大大提高运行稳定性。

文丘里阀门前段增加工作压力手动调节阀：

文丘里原理的定变风量阀门压降在150～750Pa范围内流量与压力无关（保证流量的准确性），而一般设计院设计时都不考虑调节文丘里阀门工作压力用的手动阀门。优化时，考虑在文丘里风阀远离房间风口一段，增加手动调节阀以调节文丘里阀工作压力。

调试时通过调节所有文丘里阀门前段手动阀，平衡管网压力，保证每个文丘里阀门两端的压力在150-750Pa，从而确保文丘里阀门正常工作，大大提高的调试进度，同时也提供了系统的稳定性。

空间管理优化：

空间管理优化涉及到空调风管、排烟风管、检修马道、桥架、二次钢构等众多系统，是需要项目总工整体考虑的工作之一，空间管理优化既要考虑系统管线走向优化，减少或避免风管与马道、装修吊杆冲突现象，减少返工。

序号要点解决措施备注1综合动力站房空间管理优化，包含冷冻机、水泵、空压机等布置，站房管线布置等。对空间管理较为复杂的动力站房、建议采用BIM技术搭建三维模型，进行空间管理优化。可找技术部BIM工程技术中心进行技术支持。2风管综合布置优化，要求风管整体走向平整、美观，并不得与其他管线、设备冲突，阀门操作便利。根据各楼层空调通风平面图、消防排烟及送风平面图等，并结合其他专业，对风管的标高及平面定位等进行空间管理。
3检修马道布置优化，吊顶夹层内管线较为复杂，考虑到检修马道的功能作用，检修马道布置必须合理，人员易通行，且便于检修。建议采用BIM技术对吊顶夹层内管线搭建三维模型，合理考虑检修马道位置。
4Sub-Fab技术夹层管线空间管理优化，技术夹层里工艺管线较多，合理布置其管线走向，对管线系统进行分层布置，利于系统检修。结合管线系统布置原则，采用标高控制法或者BIM技术搭建三维模型，对sub-fab技术夹层进行空间管理。套图法或BIM三维技术

BIM技术应用优化：

BIM技术的主要特点及价值体现：BIM技术应用具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点，能够有效减少管线干涉冲突，优化施工作业流程、提高施工效率、减少材料浪费，降低项目建设成本。

核心建模软件Autodesk Revit2014模型整合、应有平台Navisworks Manage2014施工模拟、效果图动画制作3Ds Max Degin2014二维绘图软件AutoCAD2014文档生成软件Microsoft office2010

BIM技术应用优化-案例：

案例项目：华东医药项目。

案例简介：提炼车间为项目最大洁净厂房，为四层框架结构建筑，一楼（+0.00m）、三楼（+11.00m）为洁净室，二楼（+7.00m）、四楼（+18.00m）为空调机房，空间较为局促。施工过程中时要同时考虑经济性、美观性、实用性等一系列因素，这样就为空调机房的施工带来了一定难度。