超高层建筑空调设计

1、2020/7/11,荆有印 ,1,超高层建筑空调设计,2020/7/11,荆有印 ,2,超高层建筑自然特性与空调的关系 超高层建筑冷负荷计算 超高层建筑水路系统设计 VAV系统在超高层建筑上的应用 超高层建筑特殊空调系统应用 超高层建筑冷热源的选择,超高层建筑空调,2020/7/11,荆有印 ,3,1. 超高层建筑自然特性与空调的关系,2020/7/11,荆有印 ,4,1. 超高层建筑自然特性与空调的关系,超高层建筑自然特性 风速随高度的变化 表面放热系数 热压和风压引起的空气渗透 高空风环境对进排风口的影响 室外温度与地面温度的差异,2020/7/11,荆有印 ,5,1.1 超高层建筑自然特

2、性 （1）超高层建筑,上海环球金融中心,深圳地王大厦,超高层建筑是指当时当地高度超过100m的高层建筑统称之为超高层建筑 1990年，建成深圳发展中心(160m)，便为当时深圳超高层建筑 1996年，地王大厦(325m) 上海环球金融中心（492m） 世界第一高楼哈利法塔(迪拜塔) 828米 随着建筑科技飞速发展，日本、美国拟建千米高建筑,2020/7/11,荆有印 ,6,世界第一高楼哈利法塔(迪拜塔) 828m,建设中的“华西增地空中新农村大楼”328m,2020/7/11,荆有印 ,7,随着建筑高度升高，大气透明度、太阳辐射强度亦增大。 高度增加，大气透明度提高，相对周围建筑比较高。 其他

3、建筑屋顶对超高层建筑的屋面反射也增加，0.30。,（2）太阳辐射强度,2020/7/11,荆有印 ,8,室外风速随着建筑高度递增，加上建筑高度升高，建筑周围旋祸气流加大，围护结构外表面的放热系数增加。 由于保温性能差，风速对传热的影响越显著，超高层建筑的窗玻璃的传热系数可增加15。 风速增加、负荷增加，在实际计算时，每10层作为一个竖向区域，对放热系数要进行修正。,（3）放热系数,2020/7/11,荆有印 ,9,建筑高度增加，本身由于热压造成的烟囱效应较大，对空调通风换气效果有影响。 大部分超高层建筑外围护结构为密闭型。有的玻璃幕墙上有1的开启率。冷空气就会从低层部分的门和窗渗入，从高层部分

4、的楼梯间井道渗出。 当室外风速加大时，在超高层建筑周围形成一个涡流，对排气、进风、排烟效果产生不可估计的影响。,（4）热压,2020/7/11,荆有印 ,10,传统空调水路系统方式是靠把冷热水逐级提升方式送至最高层。 由于开式系统水质容易受到严重污染，而且水泵耗电较大。现代超高层建筑大部分采用闭式循环的水路系统。 建筑高度升高到400500m，为了减少板式换热器梯级传递次数，需要提高水路系统承压能力。,（5）系统承压能力,2020/7/11,荆有印 ,11,近代超高层建筑自涎生开始，便不断被各种灾害事故所浸袭困扰，尤以火灾为大敌，持别是美国9.11世贸中心遭恐布主义袭击以来，由于楼层高，紧急疏

5、散人员成为最最首要问题 以人为本的消防概念得到了加强，为人员疏散设置具有防排烟措施的通道 在超高层建筑中，为人们提供更安全的环境显得比什么都重要,（6）防排烟的影响,2020/7/11,荆有印 ,12,2020/7/11,荆有印 ,13,高空环境下太阳辐射、反辐射、散射研究工作还仅在理论研究阶段。 工程上将通过围护结构的传热、透过玻璃窗的日射热量和人体、照明、用电设备的发热量借助传导、对流和辐射3种方式传递给空气调节房间的显热得热，以及由于进入室内的湿量带来的潜热得热，称为层间的得热量。 宜按不稳定传热方法计算确定，计算方法按民用建筑暖通空调设计技术措施进行。 按每100m选择一个标准层进行精

6、确计算，每升高100m由于风速、室外温度、围护结构外表面放热系统均不同而调整原始数据。,（7）冷热负荷的影响,2020/7/11,荆有印 ,14,由于当时制定各种“规范”、“措施”时，均想不到我国会盖这么高的楼，因此在设计时往往会出现“无规可循”、“无据可查”的境况。 特别是防火规范国内外设计人员也在摸索中。,（8）规范与措施,2020/7/11,荆有印 ,15,1.2 风速随高度的变化,在一般地面上的建筑群的高度范围内(20m以下)，风速变化不大，风速受高度影响可以忽略。 对超高层建筑则不可忽视其影响，必须对风速进行修正。 风速大，建筑物的渗透风和表面放热系数的增大，从而增加冷热负荷。,气象

7、台记录的风速一般是指在地面上1015m处测得的风速，如果高度再高，风速就会更大。,2020/7/11,荆有印 ,16,高度与风速的关系可按以下经验公式计算:,h0-基准高度。,基准高度处的风速，可根据当地气象站台取用。,2020/7/11,荆有印 ,17,1.3 表面放热系数,在计算通过围护结构的得热量或热损失时，为确定壁体的总传热系数，需先确定表面放热系数。 表面总放热系数是对流放热系数和辐射放热系数之和。,（1）对流放热系数,对流放热系数与气流流速、表面粗糙程度、表面与气流间温差、气流物理性质（导热系数、动力强度、密度、比热、热扩散系数和体积膨胀系数）等因素有关。,2020/7/11,荆有

8、印 ,18,在工程计算时，对于垂直墙体表面的对流放热系数可用以下经验公式计算：,（2）辐射放热系,工程计算时，外围护结构的辐射故热系数可近似取45.8W(m2.)。,2020/7/11,荆有印 ,19,围护结构的传热系数不仅与表面放热系数有关，还与壁体本身的热阻有关，所以保温性能越差的围护结构，风速对传热的影响越显著。 对窗面积大，装有单层普通玻璃的建筑物，风速增加，负荷增加较大。 在实际工程计算时，可将若干层（如68层）作为一竖向区域，分区对传热系数进行修正。,2020/7/11,荆有印 ,20,（4）热压和风压引起的空气渗透,空气渗透是指由热压和风压引起的渗入室内的室外空气量。,通过门、窗

9、缝隙渗透的空气量可用下式计算： L=aPb m3(hm) 式中 P门、窗两侧的有效作用压差(Pa)； a，b与门、窗气密程度有关的系数,2020/7/11,荆有印 ,21,（5）高空风环境对进排风口的影响,超高层建筑（大楼）处于高空，无任何遮挡，周围的风力和风向随时变化，因而引起进排风口处的风压也随之不断变化，所以在考虑风机的压头时，除了克服空调(或通风)系统的内部阻力外，还要知道进风口和排风口处的压力。,在高空中一个圆形建筑物，其迎风面的正压面只有70 左右，其余是负压面，而且四面两端的负压值最大，180 处的负压值最小，如图1-4所示。,2020/7/11,荆有印 ,22,所产生的风压值随

10、着风速的增大而增大，与风速成平方的关系。 在进、排风口处设均压环是非常重要，而且有效的技术措施，它可以使得1/5的正压区和4/5的负压区相混合，产生一个在360的圆形环内风压系数基本一致的风环境，如图1-5。,2020/7/11,荆有印 ,23,（6）室外温度与地面温度的差异,空气温度与地面的加热或冷却有着直接的关系。 在夏季，空气与温暖的地面接触而被加热，加热的空气靠着对流又转移到较上层，因而空气温度就升高；在冬季或夜间，则与此相反使得空气变冷。 空气温度会随着高度的增加而降低(百米以上)。这是因为气团上升时，由较高的气压区流到较低的气压区，气团因膨胀而变冷。 一般来说，每升高100m温度就

11、下降1左右。 选取大楼冬季室外计算温度时，一定要考虑这一因素。,2020/7/11,荆有印 ,24,北京冬季空调计算(干球)温度为-12，若在500m高处，室外温度应按-17计算。 香港太平山海拔380m，春节期间有霜冻现象，证明其温度达到0以下。 冬季香港空调计算温度为5，400m高建筑室外温度按0计算也是较精确的。,2020/7/11,荆有印 ,25,2. 超高层建筑冷负荷计算,围护结构建筑热工计算 负荷计算,2020/7/11,荆有印 ,26,2.1 围护结构建筑热工计算,（1）围护结构温度波衰减倍数,2020/7/11,荆有印 ,27,2020/7/11,荆有印 ,28,（2）围护结构

12、温度波延迟时间,2020/7/11,荆有印 ,29,2.2 负荷计算,通过围护结构的传热，透过玻璃窗的得热量和人体、照明、用电设备等的发热量借助传导、对流和辐射三种方式传递给空调房间的显热得热，以及由于进入室内的湿量带来的潜热得热，称为房间的得热量。 为保持所要求的室内温度，必须由空气调节系统从房间带走的热量，称为房间冷负荷。,（1）房间的得热量与冷负荷,2020/7/11,荆有印 ,30,空气调节房间自热源得到的热量中辐射热与对流热的百分成分可参见表2-2。,2020/7/11,荆有印 ,31,空气调节房间的夏季冷负荷，应根据各项得热量的种类和性质以及房间的蓄热特性分别进行计算。 通过围护结

13、构进入室内的不稳定传热量、透过外玻璃窗进入室内的太阳辐射热量、人体散热量以及非全天使用的设备的散热量等形成的冷负荷，宜按不稳定传热方法计算确定。,（2）夏季冷负荷,2020/7/11,荆有印 ,32,通过围护结构传入室内的热量 通过外玻璃进入室内的太阳辐射热量 人体散热量 照明散热量 设备、器具、管道及其他室内热源的散热量（主要设备为计算机） 食品或物料的散热量 渗透空气带入室内的热量 伴随各种散湿过程产生的潜热量,（3）空调房间的夏季得热量,2020/7/11,荆有印 ,33,人体散湿量 渗透空气带入室内的湿量 各种潮湿表面、液面或液流的散湿量 食品或其他物料的散湿量 设备散湿量,（4）空调

14、房间的夏季散湿量,确定散湿量时，应根据散湿源的种类分别选用适宜的群集系数、负荷系数和同时使用系数。 有条件时，应采用实测数值。,2020/7/11,荆有印 ,34,在计算空气调节冷负荷时，宜考虑大气透明度的影响。 各地的大气透明度见表2-3。,（5）大气透明度的影响,2020/7/11,荆有印 ,35,由于各城市中各地段清洁和污染程度不一，在无当地气象部门的确切资料时，可乘以下列系数： 清洁区1.15； 市区1.00； 工业区0.87。,2020/7/11,荆有印 ,36,对于外窗，采用室外计算逐时温度 对于外墙和屋顶，舒适性空气调节房间（非轻型外墙）的室外计算温度可采用室外计算日平均综合温度

15、,（6）室外计算温度,2020/7/11,荆有印 ,37,2020/7/11,荆有印 ,38,在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传热引起的空气调节冷负荷,（7）外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷,2020/7/11,荆有印 ,39,2020/7/11,荆有印 ,40,（8）超高层建筑不管是裙房或标准层，有外区与内区之分， 中间有一条假设分界线，冬季内区应计算其冷负荷。 （9）在室内外温差作用下，玻璃窗瞬变传热引起的空气调节 冷负荷,2020/7/11,荆有印 ,41,2020/7/11,荆有印 ,42,（10）太阳辐射直接透过玻璃窗进入室内的热量引起的冷负荷,2020/7/11,荆有印 ,

16、43,（11）人体的散热量和散湿量,2020/7/11,荆有印 ,44,（12）在计算餐厅负荷时，需考虑食物的散热、湿量，包括 显热和潜热,2020/7/11,荆有印 ,45,（13）在常压下，由暴露水面或潮湿表面蒸发出来的水蒸气量,2020/7/11,荆有印 ,46,（14）有水流动的地面，其表面的蒸发水分,2020/7/11,荆有印 ,47,（15）空气调节房间的夏季冷负荷应按各项逐时冷负荷的综 合最大值确定。,空气调节系统的夏季冷负荷应考虑空气调节房间的同时使用情况、空气调节系统的类型及调节控制方式。 在空气调节系统设有完整的温湿度自动控制，以具有适应各房间冷负荷变化的调节能力，应采用各

17、房间逐时冷负荷的综合最大值。 否则，可采用各房间夏季逐时冷负荷最大值的累计值。 并应计入新风冷负荷以及通风机、风管、水泵、冷水管温升引起的附加冷负荷。,2020/7/11,荆有印 ,48,3. 超高层建筑水路系统设计,超高层建筑高承压水路系统 四管制水系统 超高层建筑标准层空调 冷水管道管径计算,2020/7/11,荆有印 ,49,3.1 超高层建筑高承压水路系统,随着建筑高度增高，空调水路系统承受水压就愈大，对于100m高建筑来说静水压力就达到1.0MPa左右。 目前我国超高层建筑中，上海静安希尔顿饭店（143m），中间不设设备层，膨胀水箱设在146m处，水泵扬程为37.5m H2O（水泵对

18、于蒸发器是压出式安装），系统内最大压力约1.9MPa。选用管材、部件、设备（蒸发器、末端装置）需要承压2.1MPa。 上海金茂大厦(420.5m)高区水系统承压达2.8MPa(不包括制冷机)。,2020/7/11,荆有印 ,50,提高空调水系统承压能力，有着巨大的经济效益和社会效益。超高层建筑盖在城市黄金地段，地价和楼价是当地最贵的，中间设置设备层经济上是不合算的，如果占用两个标准层为设备机房，会使好地段楼价达1亿人民币，业主得不到回报，同时也会影响建筑物立面景观和建筑物造型。 高承压水路系统设计从节能来考虑经济意义也是显著的，对于一幢150m高建筑，中间不设板式换热器，垂直一个系统供回水温度

19、是7/12，如果中间设板换，上层的供回水就是9/14 ，有一半建筑空调通过板换供冷，热效率至少下降20左右，而且末端装置换热面积要加大20，对于安装、设备投资、噪声均带来问题。,2020/7/11,荆有印 ,51,当然高承压设计设备压力增加，造价随之提高，但是相对于高承压系统整体效益还是比较小的。 - 按理论一幢500m高的建筑，最理想的空调水系统是中间不设任何转换设备垂直系统，最大静水压力为5.0MPa - 目前还没有发明减低静水压力装置，设备承压能力是有限的，只能采用一次板换，甚至二次板换来解决。 目前国内有的工程100m以下建筑中间设置一个转换层是没有必要的。,2020/7/11,荆有印

20、 ,52,（1）设备和管件承压能力 1）离心式冷水机组(国外或合资企业生产的) 普通型 PN1.0 MPa 加强型 PN1.7 MPa 特加强型 PN2.1 MPa 2）螺杆式制冷机（国外或合资企业） 蒸发器水侧压力2.45MPa，油分离器的设计压力为2.41MPa，冷媒侧的出口管上配有安全阀，其起跳压力为2.41MPa。,2020/7/11,荆有印 ,53,3）板式换热器 工作压力最高达2.5MPa压力，测试压力是1.5倍的工作压力。 有的工作压力可达到2.2MPa（使用时板式换热器是两侧均受压工况）。整体式板式换热器最大工作压力为3.0MPa。 4）末端设备承压 风机盘管：采用高纯度无缝紫

21、铜管与百叶式正弦形铝质散热片，经14MPa水压胀管，使铜管与铝片紧密结合。集水头采用黄铜锻造，水流设计分布均匀，能发挥最高之整体传热效果，承压可达6.4MPa。,2020/7/11,荆有印 ,54,另外一种采用无缝铜管，用铝翅片机械胀接，过冷处理，盘管的工作压力设计为3.1MPa。 空调箱的冷热盘管：采用纯铝质缠绕铝翅片，以10MPa以上水压紧密结合于5/8in紫铜管上承压可达6.4MPa。 冷却和加热盘管：采用铜管、铝翅片、翅片用机械加压胀接在铜管上。盘管试验压力3MPa，最大设计工作压力为1.5MPa。,2020/7/11,荆有印 ,55,5）VAV空调箱 冷热盘管类似上述空调箱，末端装置

22、设备经过二次试压，耐压能力高，标准水侧压力为2.5MPa。,低压管道 PN2.5MPa 中压管道 PN46.4MPa 低压阀门 PN1.6MPa,（2）管材和管件的公称压力(GBl04870),2020/7/11,荆有印 ,56,能同时在不同地方分别供冷与供热；能在过渡季或冬季提供内区供冷周边供暖，或北向房间供热，南向房间供冷； 适应房间负荷的各种变化，调节灵活，全天候维持室内温湿度为一个定值。 是否具备四管制水系统是衡量星级酒店的标准之一。 四管制水系统对于水质硬度大的地区，起到保护冷盘管寿命作用。 四管制水系统比起两管制水系统管道设备几乎增加一倍，造价增加。 运转费用也有所提高，既要开制冷

23、机又要开启锅炉。,3.2 四管制水系统,（1）四管制水系统的特点,2020/7/11,荆有印 ,57,改革开放以来，我国引进项目的大部分酒店设计成四管制水系统。 如北京的西苑、香山、长城、昆仑等饭店，南京的金陵饭店等不少于20个工程。但从十多年的运行实践看，基本上按两管制运行，即冬季供热，夏季供冷，过渡季送新风，停止供热供冷。没有真正按四管制运行过。,（2）四管制应用中的问题及其原因分析,2020/7/11,荆有印 ,58,室外气象条件： 北京地区四季分明，有两个明显过渡季节。 一年中，4月初停止供暖，5月份供冷，11月初供暖。既要供暖又要供冷的时间很短。 即使出现这种情况，送部分室外新风也能

24、消除室内余热。 夏季送风温度17左右，过渡季用10室外新风和25风对半混合送风温度也在17左右，因而很少按四管制运行。,分析其原因：,2020/7/11,荆有印 ,59,建筑内发热量不够： 在过渡季或冬季，内区人体发热量随着气温下降和人体衣着增加也有所下降。内区建筑面积通常被电梯占据，剩下的面积不多。经过计算内区余热均比较少。 在外区达到需供热温度时，内区往往余热不足，甚至于达不到单机容量10的出力，以致制冷机难以连续运行。 冬季冷却塔启动也受到限制，致使在过渡季节或冬季供冷系统停止使用。在这种情况下，只能让内区温度升高，达不到设计要求工况。,2020/7/11,荆有印 ,60,对舒适度的要求

25、： 在春季无论中国人或外国人对室内温度要求并非是一个定值。美国ASHRAE的舒适健康指标是以有效温度25作为人体冷感觉测定尺度。在温度1829，相对湿度3070，风速0.15m/s左右时，一般人均会感到舒适。在这个温湿度范围内人们不一定要求供暖或供冷 从空气质量来说，一年四季在1030新风状态空调环境下，空气中会滞留很多细菌，对人体健康是不利的，容易产生“空调病”，往往需要一定时间进行全面换气，消除建筑物内各种气味，达到卫生标准。当然在全面换气时，一定要设置排风系统，否则房间正压过大是不可取的。,2020/7/11,荆有印 ,61,公共部分（裙房）为四管制，上部客房为两管制。 这种系统使用较多

26、，主要考虑到裙房内区发热量较大，而客房部分人员少，可随季节变化供冷或供暖维持室温。 裙房为四管制，上部办公室为两管制，在办公楼内区再加一套新风系统（不接冷热水）以此来调节写字楼内区过渡季节温度。 如上海四通国际商业城即以此方法设计。,（3）几种改进的系统形式,1）分区设置四管制、两管制,2020/7/11,荆有印 ,62,客房水系统可早些切换为供暖，其他公共部分可推迟一段时间才切换。 可以利用新风免费为公共部分供冷，以达到节能目的，而却能将分区供冷供热矛盾缩小。既满足了多用、早用新风的目的，也避免了目前两管制一次切换的毛病。 宜采用DDC系统自动切换。 注意：在切换过程中，防止冷热水串通的问题

27、。 当热水管切换为冷水管时中间需要一段冷却时间，反之亦然。否则能量耗费很大。,2）分区两管切换系统,2020/7/11,荆有印 ,63,采用两管制水系统，计算出内区过渡季总冷量，在内区空调机房内设置一至三台室内机，供过渡季或冬季使用，实现四管制功能，避免了采用冷水机组冬季冷却塔结冰问题。 这是一种简单而经济的办法。,3）两管制加一台大型分体机,4）两管制加独立周边供暖系统（北向客房暖气系统）,北京国际饭店采用这种系统，裙房部分为四管制，使用多年效果良好。,2020/7/11,荆有印 ,64,采用四管制或两管制是根据当地气象条件，建筑物内部使用功能以及建筑物档次而定。 特别对于建筑物内人员密集地

28、区，如超高层建筑办公楼、大型商场、超级市场、交易所等宜用四管制。 就地区而言，华东、上海一带宜用四管制。上海地区平均温度在8就有109天之久，加上在8上下的天数就更多。在这种温度状态下，内区有余热，周边外区需供暖。,（4）结论,2020/7/11,荆有印 ,65,既要供热又要供冷的时间均会比北方地区和深港地区要长，选四管制水系统是合理的。 近年来北京地区高级办公楼，内区普遍反映过热，原设计均为两管制，均要求进行工程改造。 上海地区气候和日本东京相近。东京许多大楼为四管制水系统，实际使用情况和设计考虑是一致的。,因此，四管制水系统仍有其使用价值。,2020/7/11,荆有印 ,66,3.3 超高

29、层建筑标准层空调,超高层建筑由于楼层高，底盘面积大，无论标准层和裙房均存在着内区和外区。 内区有余热，外区除了有余热还有围护结构的冷热负荷。 为了保证一年四季内外区维持人们工作所需的舒适温湿度，空调设计应是全天候的。无论什么时间内区、外区温湿度均应保证。,（1）全天候空调设计,2020/7/11,荆有印 ,67,超高层建筑标准层从内区至外区至少有8m以上距离。建筑设计时并没有分成内区和外区的隔墙。 空调设计时必须要有一条中间假设线，实际使用时这条假设线是会出现的。 当房间装修分割时往往公司的经理部门布置在沿窗口一侧，那么内区便是职员办公的大空间。内区只有冷负荷，外区有围护结构的冷热负荷和人体、

30、设备灯光的余热。 对于上海、北京地区来说，内外分区设计尤为重要，当外区供暖、内区有余热，仍需要供冷。,2020/7/11,荆有印 ,68,如果不采用四管制全天候空调设计，用户会投诉的。 北京地区高层建筑中内区过热现象造成空调设计修改也多次发生过。 深圳、香港地区由于冬季室外温度在5以下一年仅十几天。 - 香港中银大厦（315m）采用变风量(VAV)空调系统。 - 外区末端装置设有电加热器，当室外温度降至7时，电加热器开始工作，外区送风口加上电加热器，解决冬季（约半个月时间）供暖问题。,2020/7/11,荆有印 ,69,深港地区设计全天候空调比上海、北京地区要简单。 北京、上海等地为达到全天候

31、空调设计，必须采用许多措施。 - 首先是两管制满足不了内区外区同时供暖的要求。而且在同一系统内把60热水变成供7冷水。制冷机运行时要消耗大量能量，因此采用四管制是必要的条件。 - 另外末端装置不是采用单一的VAV或PC（风机盘管）所能解决的。必须是多种设备组合才能达到节能、又能满足内外区的功能要求。,2020/7/11,荆有印 ,70,采用小型水源热泵系统 可以把内区余热用来加热外区，但热泵系统很难使内区和外区热量一直保持平衡，且带有制冷机的热泵噪声，在室内运行会超过允许的噪声值。 北京地区冬季供冷存在冷却塔结冰的问题。 上海地区虽然稍好些，问题还是存在，一般在冷却塔水池内装置电加热器予以解决

32、。,为了满足全天候空调设计要求，同时又要节约能源，因此直接从室外引进新鲜空气供冷，对于有内区的办公楼来说减少四管制运行时间是有利的，对节能、对全天候空调空气质量均是有利的。,2020/7/11,荆有印 ,71,（2）上海金茂大厦标准层空调设计,2020/7/11,荆有印 ,72,夏季工况 新风空调机组为定风量L6210m3h，一次风空调机组为变风量L26482m3/h。 新风量占总风量19，当室内负荷减少时，一次风总风量变频调速随之减少时，而新风量则保持不变。 对于密闭的超高层建筑，室内空气品质不会降低。比之VAV系统当总风量减少时，新风量随之也减少有其优越性。,标准办公层空调运行特点及其存在

33、问题,2020/7/11,荆有印 ,73,过渡季工况 内区有余热，外区开始供暖，内区仍要供冷。 一次风空调机组供冷，对内区是适宜的，对外区既用热水供暖又进入一次风冷量，形成冷热互相抵消状态，运行不经济。 此时新风空调机组最好关闭冷热水阀门，即不供冷也不供暖，直接送室外新风。,2020/7/11,荆有印 ,74,冬季工况 当室外温度下降至5或5以下时，内区仍在供冷，一次风空调机组供冷，外区热水盘管供暖，供热量要承担一次风空调机组供冷所需的热量。 此时室外新风空调机组只能供暖运行（冷盘管此时要采取防冻措施）。 一次风空调机组供冷时要承担新风带来热量额外消耗部分冷量。,2020/7/11,荆有印 ,

34、75,上海地区冬季把室温提得太高，相对湿度就会很低，最好冬季室温维持在20为宜(原设计温度为24与夏季一样)，这样既节能又使人舒服。 末端串联型FPB一个风机带56个风口，存在着局部区域调节温湿度较困难，如果外区被公司经理部门隔成几个小房间、各房间温控就很难实现，调节起来不方便。,室外新风空调器可以不必设置加湿器，加湿由一次风空调机组承担。,2020/7/11,荆有印 ,76,（3）北京某工程超高层建筑标准层空调方案设计,- 四管制风机盘管：外区； - 冷盘管风机盘管：内区； - 新风空调机组：四管制冷热盘管L6000m3/h，带加湿器 - 新风机：L6000 m3/h。,2020/7/11,

35、荆有印 ,77,夏季工况：新风机组：冷盘管供冷，风阀2、3、4开启； 新风机：风阀1关闭； 内区外区：冷盘管开启。 冬季工况：新风机组：热盘管供热，加湿器加湿；,外区，风机盘管的热盘管供热； 内区：风机盘管的冷盘管供冷（新风机组供暖，加热空气至1820送入）； 新风机：关闭。,2020/7/11,荆有印 ,78,过渡季工况： 外区：风机盘管供热； 内区：风机盘管供冷； 新风空调机组：关闭； 新风机：开启。,过渡季尽量利用室外新鲜空气免费提供一些冷量，使制冷机推迟甚至不启动，既可节省能量，又可提高室内空气质量。,2020/7/11,荆有印 ,79,当室外干球温度低于15时，机械制冷运行模式停止，

36、此时进入冷却塔供冷运行模式。 板式换热器接管上的电动阀打开，由冷却塔来的6.6冷却水（上海冬季冷水温度）进入板式换热器，经换热后以9.8冷却水抽回冷却塔处理； 同时，空调系统中的13.3冷水回水经过板式换热器时被冷却至7.7，随后由冷水泵送往空调器用冷处。,（4）冬季与过渡季节利用冷却塔供冷,上海金茂大厦空调中，其中一组冷却塔在过渡季利用冷却水供冷。,2020/7/11,荆有印 ,80,上海和北京地区，冬季与过渡季直接利用冷却塔向室内空调机组供冷可能会带来两个问题。 - 冷却塔仍存在结冻可能 - 空调水路系统复杂化（由原来四管制改为六管制）,超高层建筑中标准层的空调面积约占整幢大楼70左右，如

37、果标准层空调空气处理不合理，尽管在节能方面采用DDC直接数字控制系统，虽然其控制软件很先进，但空调系统硬件部分并不节能，形成整个空调系统并不是一个节能系统。,这对于超高层建筑由多种末端装置组合空调器来说不是很理想的方法。,难怪有人指出“金茂大厦”一天要运行管理费用花100万人民币，这其中可能与空调系统有密切的关系。,2020/7/11,荆有印 ,81,3.4 冷水管道管径计算,2020/7/11,荆有印 ,82,4. VAV系统在超高层建筑上的应用,2020/7/11,荆有印 ,83,香港的中环广场,香港中银大厦,上海环球金融中心,VAV系统在综合节能上优于其他系统，全年可节能20。 在价格方

38、面由于近期VAV系统的价格下调，已经可以与风机盘管加新风系统竞争。 北京名人广场、香港中环广场、香港中银大厦、上海环球金融中心（95层460m）都是采用VAV系统。,2020/7/11,荆有印 ,84,超高层建筑一般以办公写字楼为主，其次也常作为公寓、客房、观光等用途。 - 室内的负荷主要来自人体、灯光等 - 室外冷负荷主要是太阳辐射热 - 室外太阳辐射热有时往往比人体、灯光热大出23倍 - 室内冷负荷是固定的，室外的太阳辐射热是不断变化 VAV系统随着负荷变化而送风量也不断变化。 在负荷变化的情况下，用调节风量的办法来保证空调房间温、湿度的要求不但可行，而且还能节约不少运行费。,2020/7

39、/11,荆有印 ,85,空调房间的送风量和余热量、余湿量的关系：,2020/7/11,荆有印 ,86,在Q与D发生变化的情况下，要想保持室内参数tn和dn。,在送风量不变的情况下，调节送风参数ts、ds，称为质调节。 在送风参数ts、ds不变的情况下，调节送风量，称之为量调节。,- 维持允许的送风温差不变，靠减少风量的措施来适应负荷的变化，这在有变风量的风机情况下，就能节省运行电费，而且在负荷减少时，也不会浪费再热量。,- 由于不能充分地利用允许的送风温差，不论多大负荷均送同样大小的风量，结果造成了再热器的加热量(因而也有制冷量)和电能上的浪费,2020/7/11,荆有印 ,87,由于冷水出水

40、温度受到制冷机和水水热交换限制，不能任意调节，因而送风温差基本上是固定的，依靠质调节是困难的，只能依靠水路系统量调节和风路系统量调节。 水路系统的量调节也有局限性，总水量在制冷机中蒸发器水量一般保持不变，节省水泵电量收效较少 只有风路系统量调节VAV系统才能既节省风机耗电，又节约制冷冷量。,2020/7/11,荆有印 ,88,当南向或东向太阳辐射热加大时，北向和西向负荷均处在低值（一般办公建筑均以太阳热为主），反之亦然。 此时，VAV系统南向或东向AHU开至最大值，北向或西向AHU开至最小值，使每一层维持在较佳工况下运行。 VAV系统呈线性调节，比风机盘管系统更节能。,4.1 VAV在超高层建

41、筑上的优点,（1）超高层主要冷负荷来自太阳辐射热，标准层南北方向 或东西方向，一般设计南北或东西各为一台空调机组 (AHU)。,2020/7/11,荆有印 ,89,如香港中环广场每个标准层仅设一台70 RT 的AHU，风量L50000m3/h。大楼呈三角形状，太阳辐射热负荷用VAV末端装置来调节。 当上午东南向VAV末端装置开到最大值时，其北向与西南向均处在最小值。 一台l 4m3/s风机，大部分时间处在10m3/s运行，既节约AHU冷量，又节省风机功率。,（2）当标准层仅设一台AHU时，负荷计算仅选上午9点 与下午l 6点两个值来选择AHU容量。,2020/7/11,荆有印 ,90,2020

42、/7/11,荆有印 ,91,（3）VAV空调系统同其他全空气系统一样，在室 外气温较低时(如过渡季)，可以停用制冷 机，利用新风自然冷源。,例如北京名人广场，每层两台L15000m3/h空调机并配备两台7000 m3/h风量排风机。 两者是连续的变频调节风机，当过渡季节冷源停用时，随室外气温变化，调节新风量维持室内2225，以此解决过渡季节空调问题。,北京名人广场冷水机组吊装,2020/7/11,荆有印 ,92,北京名人广场使用VAV系统，一次投资与风机盘管加新风系统差不多。,（4）VAV系统价格下调，为VAV系统应用提供了可能性。,2020/7/11,荆有印 ,93,（5）VAV系统与螺杆式

43、制冷机配合,当全年大部分时间处在非设计工况下运行时，螺杆机在低负荷运行时总能耗指标比其他机组要低。 采用VAV系统不仅节约了整个系统冷量，而且也节约了制冷机与风机的电量，达到整个系统最佳运行工况。,当冬季使用空调风量变小时、层高超过4m时，热气流会有上浮的可能。 在超高层建筑上有裙房地方，风口不能设置太高。 冬季当室内人员增加，照明、设备发热也增加，热负荷变少时，风量亦变少，但此时由于人员增加却需要加大风量，与要求正相反、风量反而减少。所以有外区地方不宜采用VAV系统。,（6）VAV系统用在超高层建筑可能会产生下述现象：,2020/7/11,荆有印 ,94,（7）VAV系统进入室内末端装置由软

44、管连接,吊顶上没有冷热水管出现 更不存在像风机盘管必须进行试压 没有凝结水和空气排除问题 因此顶棚上绝无产生滴水之虑 有利于使用，便于用户搬迁后进行室内重新装修,这种系统深受像办公、银行的业主们的欢迎！,2020/7/11,荆有印 ,95,传统的机械控制末端装置已被淘汰，取代的是气流自身控制方法 这种方法利用气流自身控制比以往采用压力控制较为先进，至少末端压力损失不会那么大 现以PRICE公司SEV8001产品为例说明,4.2 VAV末端装置的控制,2020/7/11,荆有印 ,96,气流控制的敏感元件是塑料制的十字毕托管，内径为4mm管上开1.0mm细孔。 原理：气流通过细孔，测定其两端的微

45、压差（即压差传感器，迎气流端细孔测全压，背气流端细孔测静压），来控制调节器，由调节器控制电机调节风门开度。,2020/7/11,荆有印 ,97,气流通过调节器PTA224V来控制风门位置，直到与室温传感器PTA228RL实际输入信号相一致时为止。 从室温传感器PTA228RL来的信号要求气流维持室温在室温传感器所要求的温度位置上。,2020/7/11,荆有印 ,98,气流控制线和温度控制线两者工作在串级类型和按PI比例直线叠加一起来控制特性。这样消除任何温度单独控制的影响。 在消除温度因素外，最小和最大气流界限是可以调节的，必要时对进入顶棚空间或室内通道上风量进行调整。调整的目的是找出来自屋顶

46、面覆盖内部温度的影响，以防止未经许可的气流影响整个调节。,2020/7/11,荆有印 ,99,界限线是预先提供温度设定值范围，无需打开温度传感器的盖子可以进行调节。 温度设定值可以用遥控外部信号来设置。 外部信号超过最大或最小，或全开全关也是可能的。,用PTA228RL温度传感器来调节温度设定点，供冷设定点温度值等于温度值或温度值加上超过SPC部分的任何值之和。,2020/7/11,荆有印 ,100,由于加热负荷下降，当室内温度达到供冷设定值，室温传感器使用PI控制作用，将控制气流维持到室温达到供冷控制线上。 当气流已达到它的最小界限时，如果热负荷继续下降，室温也就继续下降。 室内最小和最大气

47、流界限，通常与最小和最大热负荷相一致，选择室温PTA228RL传感器按PI控制作用，预期能维持室温正好在供冷设定值上。,如果加热负荷比最高气流的负荷高些，气流将维持最大气流，且室温将升高至供冷设定值。,2020/7/11,荆有印 ,101,1992年落成的亚洲最高的香港中环广场办公大厦（78层，368m） 1989年建成的香港中银大厦(73层，高315m) 1991年竣工的40万m2香港太古城广场上部港岛香格里拉和万豪酒店 I991年建成的香港渣打银行总行,4.3 近期香港使用VAV系统的主要工程,2020/7/11,荆有印 ,102,运行费用低 - 香港没有能源，节能显得更重要，并得到法律保

48、障。 一次投资接近定风量风机盘管系统 - 由于大量采用VAV系统，使得VAV末端装置和变风量空调器生产成本降低。并且多采用传统的气动控制方法，比采用直接数字式（DDC）的系统要便宜。因而使一次投资接近定风量风机盘管系统。,香港地区工程中采用VAV系统的原因：,2020/7/11,荆有印 ,103,最主要原因是这种系统适合香港建筑行情。 - 香港任何工程均有后期装饰装修设计问题。 - 建筑设计时只得计算出末端装置数量，而其位置由装修人员按房间面积安排，末端装置软管接头是可以移动的（而风机盘管就比较麻烦，涉及水管问题）。 - 这对于装修房间任意分隔及搬家频繁而每迁一次室内得重新装修的香港来说，只需

49、移动VAV软接头就可以了。 顶棚上绝无产生滴水之虑 - VAV系统风管与室内末端装置由软管连接，吊顶上不设冷热水管，不存在试压、凝水排除问题，因此顶棚上绝无产生滴水之虑。因而这种系统深受办公楼、银行等业主欢迎。,2020/7/11,荆有印 ,104,5. 超高层建筑特殊空调系统应用,帘式空调器空调系统 水源热泵空调系统 组合型风管系统,2020/7/11,荆有印 ,105,美国Edwards (爱德华 )工程公司最近推出一种构造简单的新式空碉器称为帘式空调器（ VALANCE）作为空调系统末端装置。 - 既没有风机盘管的风机，又没有诱导器的喷嘴，仅有一个高效热交换器。 - 既可安装在窗户上部，

50、顶棚下部的墙角上，也可以沿内墙角敷设。 - 其外部装饰像窗帘盒，把换热器藏在其中，底部带有一个滴水盘。 夏季盘管内通过冷水借对流作用达到制冷；冬季热交换器通过热水，依靠辐射作用提高室温。,5.1 VALANCE空调系统,2020/7/11,荆有印 ,106,我国深圳南海酒店于1989年引进美国Edwards工程公司VALANCE产品，用在酒店客房内。,2020/7/11,荆有印 ,107,加热循环时，热水通过盘管，房间内空气与热交换器接触受热上升，从帘式空调器罩内向上流出并遍布顶棚，热流产生一个热空气层，将顶棚加热，被加热的顶棚又反过来向下住室内辐射热量。 冷却循环时，冷水通过盘管，将附近的空

51、气冷却使之下降，并向下从帘式空调器罩边流出。在空气流动过程中，冷空气使沿着帘式空调器罩下方的墙壁向下作对流运动。通过地板，沿着对面的墙壁向上，又通过顶棚返回到空调器的上部。在710分钟之内，房间内的全部空气就都会以这种方式通过帘式空调器。,加热循环,冷却循环,2020/7/11,荆有印 ,108,帘式空调器由盘管串片和滴水盘组成。 盘管：双管（冷热共用）、四管（冷热分开）,2020/7/11,荆有印 ,109,帘式空调器最大优点：由于没有机械传动气流装置，完全靠自然对流，运转时安静。 适用于有噪声控制要求的建筑，特别是高级旅馆客房、广播电视演播室、医院病房等使用效果更好。 由于没有气流传动装置

52、，可以节省风机能量。据统计，大约3年节省下来的运转费就可以补偿帘式空调器本身造价。 此外由于没有机械传动部件与过滤设备，用不着像风机盘管的风机轴承每年需加润滑油和更换过滤器，因此维护管理就比较简单。,2020/7/11,荆有印 ,110,没有吹风感，在进行冷却循环时室内空气通过串片盘管，翅片上便形成凝结水，凝结水集中在滴水盘上排走。因为空气通过冷却器流动缓慢，所以得到充分除湿。 空气的缓慢流动，管子上的凝结水起到过滤作用，在空气中悬浮的颗粒物质与翅片接触后，就附着在上面，这些颗粒就随着凝结水被冲到排水管中去，起着洁净过滤空气的作用。 房间温度由恒温器控制电动阀来调节冷、热水流量。 需独立新风空

53、调系统来补充室内新鲜空气。 金属耗量大，如果装饰不雅，显得有些庞大，仅适用于冷负荷不是很大的房间。,2020/7/11,荆有印 ,111,5.2 水源热泵空调系统,将众多小型水冷式空调机集中起来，由中央冷却塔和水泵集中提供循环冷却水，冬、夏共用系统，称之为水源热泵中央空调系统。,超层层建筑的裙房、出租商店，由于使用时间与计费关系均可以采用水源热泵中央空调系统。 上海金茂大厦部分商店采用此系统。,(1)系统形式,2020/7/11,荆有印 ,112,水源热泵中央空调系统,1-电子处理仪 2-冷却水泵 3-软接头 4-过滤器 5-闸阀 6-冷却塔 7-水冷分离卧式暗装风机盘管机组 8-水冷分离壁挂

54、式空调机 9-水冷离卧式明装风机盘管机组 10-水冷整体明装方型风机盘管机组（前回风前出风） 11-带独立冷源的卧式明装风机盘管机组 12-水冷离立式明装风机盘管机组 13-水冷分离卡式双出风型风机盘管机组 14-水冷分离立柜式空调（侧出风） 15-水冷分离式空调机外机组 16-带独立冷源的明装底部回风底部出风型风机盘管机组 17-带独立冷源的卡式双出风型风机盘管机组 18-带独立冷源的卧式暗装风机盘管机组 19-水冷立柜式空调机（顶出风，单进风） 20-水冷整体式立柜式空调机（顶出风，单进风） 21-水冷整体式立柜式空调机（侧出风，单进风） 22-带独立冷源的立式暗装风机盘管机组 23-带独

55、立冷源的立式暗装风机盘管机组 24-带独立冷源的吊挂式风柜,2020/7/11,荆有印 ,113,利用冷却塔与空气进行热交换，吸取空气中低品位能量，存在于大气中的无限能量，具有较好的节能效果。,对于华南地区（广东、广西、海南）可选用开放式冷却塔作为冬季大气吸热体，此时冷却塔容量应相应放大3040，冷却水管应适当保温。 对于长江沿线或长江以南地区，可选用风冷热泵作为大气吸热源，其制热能力按系统总制冷量为40选配（此时可称之为空气源热泵中央空调系统） 对于长江以北地区冬季可配以辅助加热。热源亦可用燃油、燃气、热水锅炉或土壤热等。,2020/7/11,荆有印 ,114,该系统最近在上海得到了大量推广

56、，已经有50余个项目正在施工和使用，其中有： - 新建或改建办公楼酒店、学校和医院工程 - 特别对于医院建筑，水源热泵系统，不会像集中空调那 样造成空气互相干扰 水源热泵中央空调系统之所以能得到用户信赖，关键是选用了涡旋式压缩机 - 热效率高 - 噪声能维持在40dB以下,以往任何压缩机是很难做到的,2020/7/11,荆有印 ,115,1）高效节能,（2）系统特点,选用高效旋转式或涡旋式压缩机，容积效率比活塞式高25以上。 水侧换热器采用高效换热技术。 冷凝温度大大下降，压缩机能效比EER比风冷式高出7095%。 若考虑室内风机功耗，小型水冷空调机单机能效比EER高达3.55.0。 当多台机

57、组组成一个空调系统时，空调机组可单独开停，系统能量调节比冷水机组更接近于无级调速，其运行费用比一般空调系统下降3040。 如若采用变频式空调机组，系统节能将更可观。,能效比是在额定工况和规定条件下，空调进行制冷运行时实际制冷量与实际输入功率之比。,2020/7/11,荆有印 ,116,2）工程相关投资下降,不需主机房及冷冻水泵间，节省土建费用。 当室内机选用明装式或挂壁式或侧出风立柜机时，房间内可不用顶装修，节省装修费。 由于系统能效比高，单相电源空调机组功率因数高(cos0.96)，空调系统变压器容量可下降30左右，节省配电工程安装费及增容费。,2020/7/11,荆有印 ,117,空调机组

58、为微电脑智能化控制，机组可遥控、线控或面板操作，可设置时间、温度。 当机组电脑板上配置通信口时，通过中央计算机可对系统集中监控，与楼宇控制系统接口，实现设备管理自动化及能量管理自动化。,3）智能化控制，操作方便，易实现计算机集中监控,2020/7/11,荆有印 ,118,热泵机组，冬季采暖时，水回路水温保持1525，辅助热源可采用各种工业废热、余热、或锅炉，或风冷热泵，或地热，或者太阳能供热系统。 当建筑物分内外两区时，内外区之间可用水回收热能，大量节约能源。空调机供热能力稳定，不随外界环境气温变化（风冷热泵机组则不同)。 对华南地区，用户可采用开放式冷却塔直接进行热泵采暖。 对于双盘管机组，冬季采暖时，压缩机停用，在机组热水盘管内通热水（水温4560）直接采暖。 选用适当的热水源，就可达到冬夏两季均节能的目的。,4）采暖形式多样,2020/7/11,荆有印 ,119,系统中各台机组相互独立，单台机故障不会影响到其他区域的机组运行，系统安全性高。 机组压缩机具有高低电压保护，高低压力保护，过电流过热保护，压缩机长期在水冷工况下工作运行条件良好，工作负荷低，压缩机组采用特殊吸声、隔振设计，噪声大幅度下降，寿命大大延长。,5）机组运行可靠性高，寿命长，噪声低,2020/7/11,荆有印 ,120,冷却水管不需保温施工，省去了冷冻水泵的安装调试，工