6．3．1 建筑暖通空调设计
装配式建筑暖通空调设计原理、方法等与传统建筑暖通空调的设计一样，其主要不同点是利用BIM技术构建暖通空调的三维模型，并在设计阶段课进行自身碰撞检查和暖通空调与其他专业间的碰撞检查，然后对设计进行优化，最终将暖通空调设计图定位于建筑结构及其他专业图中形成三维模型，为后续建筑施工及管理服务。
本书在介绍暖通空调的设计基础后，介绍装配式建筑暖通空调设计的碰撞优化，对于暖通空调部分的定位等内容可参考6．1．1节中的“管道、设备定位”。
1）建筑暖通空调设计基础
（1）建筑供暖工程
供暖又称采暖，是利用人工的方法向室内供给热量，使室内温度保持某一恒定值，以创造适宜的生活条件或做功条件的技术。建筑供暖系统由热源、供热管网和散热设备3个基本组成部分：热源是供暖系统中生产热能的部分，例如锅炉房、换热站等；供热管网指的是热源与用热设备之间的连接管道，起热媒输送的作用；散热设备也就是用热设备，是将热量散发到室内，例如散热器、暖风机等。
根据供暖系统散热给室内的方式不同，可分为：对流供暖和辐射供暖。对流供暖是以对流换热方式为主的供暖，系统中的散热设备是散热器，因而这种系统也称为散热器供暖系统。系统中常利用的热媒有热水、热空气、蒸汽等。辐射供暖是以辐射传热方式为主的供暖，辐射供暖系统的散热设备主要采用盘管、金属辐射板或建筑物部分顶棚、地板或墙壁作为辐射散热面散热。
①热水供暖系统
用热水作为热媒的供暖系统，称为热水供暖系统。在室内供暖系统中，散热器与供、回水管道的连接方式称为热水供暖系统的形式。热水供暖系统的形式种类繁多，按照与散热器连接管道根数的不同分为单管系统和双管系统；按照供水干管敷设位置的不同分为上供下回式和下供下回式；按照热水在管路中流程的长短分为同程式系统和异程式系统等。
热水供暖系统的储热能力较大，系统热得慢，但冷得也慢，室内温度相对比较稳定，特别适用于间歇式供暖。热水供暖系统中，散热器表面温度较低，不易烫伤人，同时散热器上的尘埃也不易升华，卫生条件好。但要注意解决好两个问题：一是排气问题。在热水供暖系统中，如果有空气积存在散热器内，将减少散热器有效散热面积；如果积聚在管中就可能形成气塞，堵塞管道，影响水循环，造成系统局部不热。此外，钢管内表面与空气接触会引起腐蚀，缩短管道寿命。为及时排除系统中的空气，保证系统正常运行。供水干管应随水流方向设置上升坡度，使气泡沿水流方向汇集到系统最高点的集气罐，再经自动排气阀将空气排出系统。管道坡度0．003。二是水的热膨胀问题。热水供暖系统在工作时，系统中的水在加热过程中会发生体积膨胀，因此在系统的最高点设置膨胀水箱用来收纳这些膨胀的水量。膨胀水箱要与回水管连接，在膨胀水箱下部设置接管引至锅炉房，以便检查水箱内是否有水。
②蒸汽供暖系统
按照蒸汽压力的大小，蒸汽供暖可分为高压蒸汽供暖系统和低压蒸汽供暖系统。其中，高压蒸汽供暖系统：供汽的表压力＞70k Pa；低压蒸汽供暖系统：供汽的表压力≤70k Pa；真空蒸汽供暖系统：压力低于大气压力。按照立管的布置特点，蒸汽供暖系统可分为单管式和双管式。另外，按照回水方式不同，蒸汽供暖系统可分为重力回水和机械回水。
③辐射供暖系统
辐射供暖是一种利用建筑物内的屋顶面、地面、墙面或其他表面的安装的辐射散热器设备散出的热量来达到房间或局部工作点供暖要求的供暖方法。它是利用低温热水或高温水加热四周壁面、地面温度的辐射传热和空气的对流传热结合系统。
低温地板辐射供暖是以不高于60℃的热水作为热媒，通过埋置于地下的盘管系统内循环流动而加热整个地板，从地面均匀地向室内辐射散热。根据系统热源的不同，低温地板辐射供暖系统可分为低温热水地板辐射供暖系统和低温电地板辐射供暖系统。因前者应用广泛，所以大多数情况将低温热水地板辐射供暖系统简称为低温地板辐射供暖系统或地暖系统。装配式建筑地暖系统的盘管需要预制在墙地板内，某住宅室内盘管安装示意图如图6．19所示。
图6．19 某住宅室内盘管安装示意图
与普通散热器供暖相比，地暖具有以下优点：提高了室内采暖的舒适度；有效地节约了能源；增大了房间的有效使用面积；提高了采暖的卫生条件；减少了楼层噪声；热源选择范围增大：供水≤60℃，供回水温差≤10℃的地方即可应用，如工业余热锅炉水、各种空调回水、地热水等。
（2）建筑通风工程
通风是指利用自然或机械的方法向某一房间或空间送入室外空气，并由某一房间排出空气的过程，送入的空气可以是经过处理的，也可以是不经过处理的。换句话说，通风就是利用室外空气（新鲜空气或新风）来置换建筑物内的空气（室内空气）以改善室内空气品质。通风包括从室内排出污浊空气和向室内补充新鲜空气两部分。前者称为排风，后者称为送风。为实现排风和送风所采用的一系列设备装置的总体称为通风系统。
①风道的布置与敷设
风道的布置应在进风口、送风口、排风口、空气处理设备、风机的位置确定之后进行。风道布置应服从整个通风系统的总体布局，并与土建、生产工艺和给排水等各专业互相协调、配合。风道布置设计原则包括：风道布置应尽量缩短管线、减少分支、避免复杂的局部管件；应便于安装、调节和维修；风道之间或风道与其他设备、管件之间合理连接以减少阻力和噪声；风道布置应尽量避免穿越沉降缝、伸缩缝和防火墙等；应使风道少占建筑空间并不得妨碍生产操作；对于埋地风道应避免与建筑物基础或生产设备底座交叉，并应与其他管线综合考虑，此外，尚需设置必要的检查口；风道在穿越火灾危险性较大房间的隔墙、楼板处，以及垂直和水平风道的交接处时，均应符合防火设计规范的规定。
②风管的敷设
风管有圆形和矩形两种。圆形风管适用于工业通风和防排烟系统中，宜明装；矩形风管利于与建筑协调，可明装也可暗装于吊顶内。空调系统中多采用矩形风管。风管多采用钢板制作，其尺寸应尽量符合国家现行《通风空调工程施工质量验收规范》的规定，以利机械加工风管和法兰，也便于配置标准阀门和配件。
装配式建筑的风管如果明装，需要在设计时预留风管安装空洞；如果暗装，需要在设计时明确在建筑、结构中的定位。
（3）建筑空调工程
空调系统是指需要采用空调技术来实现的具有一定温度和湿度等参数要求的室内空间及所使用的各种设备、装置的总称。若对建筑物进行空气调节，必须由空气处理设备、空气输送管道、空气分配装置、冷热源等部分来共同实现。
装配式建筑空调工程设计主要包括：准备阶段、冷热负荷及送风量估算阶段、空调系统设计阶段。在系统设计阶段，要利用BIM技术，做好空调及其管线布置与其他专业碰撞检查，在此基础上做空调工程在建筑、结构图中的定位。
2）建筑暖通空调设计的碰撞优化
装配式建筑暖通空调工程管线主要包括综合布线、燃气供应、通风空调、防排烟和采暖供热等，这些管线错综复杂、设备种类数量繁多，各预制构件搭接处钢筋密集交错，如果在施工中发现各种管线、设备自身或与其他专业发生碰撞，将给施工现场的各种管线施工、预埋和现场预制构件吊装、预制安装带来极大的困难。因此，在施工前的设计阶段，就应用BIM技术对管线、设备密集区域进行综合排布设计，虚拟各种施工条件下的管线布设、预制连接件吊装的模拟，提前发现施工过程中可能存在的碰撞和冲突，有利于减少设计变更，提高施工现场的工作效率。
碰撞检查是指在电脑中提前预警工程项目中各不同专业（结构、暖通、消防、给排水、电气桥架等）在空间上的碰撞冲突。建筑工程管线种类多、各专业管线相互交叉，施工过程很难完成紧密配合，相互协调。利用BIM软件平台的碰撞检查功能，根据各专业管线发生冲突时，有压管让无压管，小管线让大管线，施工容易的避让施工难度大的，再考虑管材厚度、管道坡度、最小间距以及安装操作与检修空间，最后结合实际综合布置避让原则，完成建筑结构与设备管线图纸之间的碰撞检查，提高各专业人员对图纸问题的解决效率。
总的来说，利用BIM软件平台碰撞检查功能，预先发现图纸管线碰撞冲突问题，进行施工方案优化等，减少由此产生的工程施工变更，避免后期施工因图纸问题带来的停工以及返工，不仅提高施工质量，确保施工工期，还节约大量的施工和管理成本，也为现场施工及总承包管理打好基础，创造可观的经济效益。建筑暖通空调管道与其他管道碰撞检查图如图6．20所示。
图6．20 风管、空调管道与其他管道碰撞检查
6．3．2 建筑暖通空调工程施工
1）暖通空调工程施工流程
装配式建筑暖通空调工程的施工流程与传统建筑施工流程不同，主要区别在于有相当一部分的暖通空调管线（道）、设备与预制墙板等构件一起在装配式建筑预制工厂内制作、安装，然后经与预制构件一起运至施工现场进行吊运安装。预制装配式建筑暖通空调工程的施工流程如图6．21所示。
图6．21 暖通空调工程的施工流程
装配式建筑暖通空调工程施工流程中，预埋管线与设备的定位、安装、成品保护等环节施工与建筑给排水、建筑电气相似，在此不再赘述。本章主要阐述装配式建筑暖通空调施工中的常见问题及对策。
2）暖通空调工程施工常见问题及处理
（1）设备噪声问题
暖通空调系统设备噪声超标与空调末端设备运转噪声超标，是暖通空调工程中经常碰到的设备噪声问题。由于风机盘管技术比较成熟，国内许多厂家的风机盘管产品噪声指标都能达标。而大风量空调机组的情况却不尽如人意，往往噪声实测值比厂家提供的产品样本参数高出不少。对设计时采用大风量空调机组应考虑隔声措施。当空调设备进场时应及时开箱检查，大风量空调机组未安装前最好进行通电试运行，发现噪声超标应及时更换、退货或修改完善消声措施，避免进入调试阶段才发现空调机组噪声超标而造成返工情况。另外，在设备、水管、风系统安装过程中要做好噪声处理。
①设备安装噪声处理
新风机、空调机安装采用弹簧阻尼减振器，风机与风管连接采用软连接，新风机组与水管采用软接头连接，风机盘管采用弹簧吊钩，风机盘管与水管采用软管连接。对空调机房进行吸音处理，比如在空调机房内采用隔声材料做成围护结构，以防止设备噪声外传，或在机房贴吸声材料。机房应尽量减少设置门窗，且设置门窗应采用吸声门窗或吸声百叶窗，尽量减少设备噪声外传。
②水管安装噪声处理
水管安装要严格执行国家规范，冷冻水主干管及冷却水管吊架要采用弹簧减振吊架，而且吊架不能固定在楼板上，应尽量固定在梁上，或在梁与梁之间架设槽钢横梁固定。水管穿过楼板或墙必须采用套管，且套管与水管之间要用阻燃材料填封。
③风系统安装
风管制作安装要严格按照国家规范进行施工，在风机进出口安装阻抗消声器，新风进口处采用消声百叶，风管适当部位设置消声器，风管弯头部位设置消声弯头，空调和新风消声器的外部采用优质保温材料，其内贴优质吸音材料。由于送回风管均采用低风速、大风量以降低噪声，风管截面积比较大，如果风管安装强度及其整体刚度不够就会产生摩擦及振动噪声。建议风管吊架尽可能采用橡胶减振垫，确保风管不产生振动噪声。
（2）空调水系统水循环问题
水系统是中央空调施工中最关键的环节，施工出现问题会直接影响系统正常运行。中央空调冷冻水系统最常见的问题是冷冻水系统管道循环不畅。造成管道循环不良的原因之一是管道因各专业管线交叉，施工中没有协调处理好，造成管网出现许多气囊，影响管网循环。二是空调水系统管道清洗不干净，直接造成空调水系统堵塞。
针对管线交叉问题的处理方法就是加强施工前管理，合理安排管线标高和坡度，尽量避免出现气囊现象，同时在不可避免出现气囊部位设置排气阀并将排气管出口接至利于系统排气处。针对管道清洗不干净问题，在施工过程中要做好几方面的预防工作：首先是在焊接钢管安装前必须用机械或人工清除污垢和锈斑，当管内壁清理干净后，将管口封闭待装。管道施工过程中未封闭的管口要做临时封堵，以免污物进入，管道连接时要及时清理焊渣和麻丝等杂物。第二，管网最低处安装一个比较大的排污阀。如果排污阀太小，排污效果差，则清洗次数要多，如果排污口不在最低处，则排污不彻底。管网安装中应适当增设临时过滤器和旁通冲洗阀门，在连接设备之前，结合通水试压进行分段清洗设备。清洗工作完成以后，还要进行水系统循环试运行，其目的是将管网中的污物冲洗集中到过滤器，然后再拆洗过滤器清除污物。
（3）结露滴水问题
造成空调系统在调试和运行中结露滴水的原因归纳起来主要是管道安装和保温问题。管道安装问题主要表现为：
①道与管件、管道与设备之间连接来严密，管道安装没有严格遵守操作规程施工。
②管道、管件材料质量低劣，进场时没有进行认真检查。
③系统没有严格按规范进行水压试验。
④冷凝水管路太长，在安装时与吊顶碰撞或坡度难保证甚至冷凝水管倒坡，造成滴水现象；空调机组冷凝水管因没有设水封（负压处）而机组空调冷凝水无法排除。
保温问题主要表现为：
①保温材料容重不足或保温材料厚度不够，运行时保温材料外表温度达到露点温度而产生结露。
②保温材料与管道的外壁结合不紧密，空调水管道末端未做封闭处理，造成潮气侵入保温层导致结露滴水。
③保温不严密或保温材料的防潮层破损造成穿墙处冷冻管滴水。
④风机盘管滴水盘排水口被保温材料等杂物堵住，且安装后没有及时清理并做冷凝水管的灌、排实验。
⑤吊式柜机、风机盘管滴水盘的保温材料受损造成滴水盘结露。
针对上述问题的解决办法主要有：一是加强保温材料、管件、管道材料进场检查。要加强施工前技术交底和施工中的检查，严禁用大保温套管套小管道，加大对弯头、阀门、法兰及设备接口处等细部的保温质量控制力度。二是严格按照操作规程进行管道的安装施工和水压试验。三是穿墙部位冷冻管加设保温保护套管，确保穿墙部位保温层的连续性和严密性。四是加强吊顶封板前，对风机盘管滴水盘等处的杂物清理检查。五是加强对设备滴水盘的保护，特别是吊顶封板前的检查。
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