暖通系统设计 / HVAC System Design
将部件集成为系统。涉及负荷计算、输配设计、系统选型、能效与控制集成。
11.1 冷热负荷计算 Cooling & Heating Load Calculation
- 冷负荷构成 Cooling Load Components：围护结构传热 + 太阳辐射 + 室内热源（人员、设备、灯光）+ 新风负荷 + 散湿潜热 Latent Load
- 热负荷构成 Heating Load Components：围护结构热损失 + 冷风渗透 Infiltration + 通风热损
- 方法：静态估算法（简便）、动态模拟 Dynamic Simulation（DeST / EnergyPlus，准确）
- 专业软件：HVACPRO、博超 HvacDraw、鸿业、Trace 700、IES VE、Revit MEP
Q_冷 = Q_围护 + Q_太阳 + Q_人员 + Q_设备 + Q_新风 - Q_散湿潜热
Q 单位 W 或 kW。新风负荷常占冷负荷 20-40%，是节能重点。
11.2 水系统设计 Hydronic (Water) System Design
- 开式系统 Open Loop：冷却塔敞口水池，水质差但易排气
- 闭式系统 Closed Loop：冷冻水循环，水质好但需膨胀水箱 Expansion Tank 定压
- 同程式 vs 异程式 Reverse-Return vs Direct-Return：同程式水力平衡好，但管路长
- 水力失调 Hydraulic Imbalance：末端流量偏差 > 15% 需加动态平衡阀 Dynamic Balancing Valve
- 一次泵 / 二次泵 Primary-Secondary Pumping：解耦主机与末端侧负荷波动
- 定压方式：膨胀水箱 + 定压阀 / 气压罐 / 变频定压
11.3 风系统设计 Air Distribution Design
- 送风方式 Air Supply Modes：上送下回、上送上回、侧送侧回 Side Supply Side Return、置换通风 Displacement Ventilation
- 风量计算：
L = Q / (ρ × cp × ΔT)，ΔT = 8-10℃（空调）/ 6-8℃（恒温恒湿） - 风口布置：散流器 Diffuser（顶送）、百叶风口 Grille/Register（侧送）
- 风压要求：舒适性空调 ≥ 75 Pa（接 0.5 m 软管）；工艺性 ≥ 150 Pa
- 防结露 Anti-Condensation：风管保温 + 防潮层 Vapor Barrier
11.4 系统选型匹配 System Sizing & Matching
- 水冷冷水系统：冷水机组+冷却塔+冷却水泵+冷冻水泵+末端容量：通常按 1.0:1.2:1.1:1.1:1.0 比例
- VRF 多联机 Variable Refrigerant Flow：内机容量之和 × 同时使用系数 (0.7-1.0) ≥ 外机容量
- 热泵选型 Heat Pump Sizing：按冬季最冷工况选，夏工况复核
- 同时使用系数 Simultaneity Factor / Diversity Factor：多台并联时设备容量小于负荷总和
11.5 蓄能系统 Thermal Energy Storage (TES)
- 水蓄能 Chilled Water Storage：大型开式/闭式水罐，蓄冷温差 5-10℃
- 冰蓄能 Ice Thermal Storage (ITS)：冰盘管 / 冰球 / 共晶盐，相变换热密度高
- 应用：削峰填谷、配合分时电价、应急冷源、电力需量响应 Demand Response
11.6 新风与净化 Ventilation & IAQ
- 新风量 Fresh Air Rate：GB/T 50033 → 30 m³/h·人（办公室）
- 全热交换器 Energy Recovery Ventilator (ERV)：回收排风能量，效率 60-85%
- 显热交换器 Sensible Heat Recovery (HRV)：仅回收显热，冬季防结霜
- DCV 需求控制 Demand-Controlled Ventilation：CO₂ 反馈调节新风阀
- 过滤等级 Filter Class：G3-G4（粗效）、M5-F9（中效）、H10-H14（HEPA 高效）、U15+（ULPA 超高效）
研发应用
- 末端选型 Terminal Sizing：根据房间冷负荷选 FCU / AHU 容量 + 风量
- 水泵扬程 Pump Head：H = 设备阻力 + 管路阻力 + 几何高差 + 5-10% 余量
- 输配能耗优化 Distribution Energy Optimization：水泵/风机变频 + 冷却塔风机变频，节能 30-50%
- 系统集成 Integrated System Design：冷热源 + 输配 + 末端 + 控制四位一体
- 模拟优化 Simulation-Based Design：使用 EnergyPlus / DeST / TRNSYS 进行全年能耗模拟，验证设计指标
Concepts Referenced
Entities Referenced
Notes
系统设计的核心是匹配 + 平衡：容量匹配、温度匹配、压力匹配、流量匹配、同时使用系数匹配。任何一个失配都会导致系统能效、寿命或舒适度显著下降。
2024-2026 标准提示:ASHRAE 90.1-2025 / EU F-Gas 2024/573 / AIM Act 2025 / GB 19576。详见 暖通-2026更新 与 hvac-quick-ref。