国内外高层建筑空调系统优化设计新方法分析.doc

1、1国内外高层建筑空调系统优化设计新方法分析摘要：本文主要介绍近几年来建筑空调设计单位在承接高层办公楼设计中所采用的一些新设计方法，并结合国外的最新空调工程设计节能规范和个人的心得体会予以综合评述。 关键词：建筑空调设计；节能；优化；新方法 中图分类号：TE08 文献标识码： A 1 空调风系统 在论及空调风系统的变化和新进展时，需要再重申一点，即我们的讨论主要是针对以办公为主要功能的高层办公楼建筑而言，需要把以居住为主要功能的宾馆客房撇开不谈。因为对于宾馆、公寓之类建筑的空调方式，可以说至今还没有出现其他任何一种能比风机盘管这种水空气方式更为成熟、适用和经济有效的空调方式。 1.1 变风量空调

2、方式的应用 现在有些高级办公楼的空调工程已决定摆脱风机盘管系统，取而代之的是变风量空调方式。这种系统的优点主要表现在如下几个方面：a.用全空气方式取代了水空气方式的风机盘管，从而从根本上杜绝了凝结水滴漏的可能性。b.它不同于一般的全空气方式的空调系统，前者利用吊顶空调作回风室，基本上可省去回风管，而且一次风可采用低温送风，温度可以较低，因而一次风量可减少，从而可缩小送风干管的截面尺寸。c.与一般全空气方式的多区系统不同，可实现各分区的独立的温2度控制，从而改善室内温度分布状态，并且可节能。d.可适应办公室隔间的变化，因为风机混合箱的安装部位及回风口的位置均与其下面的隔墙无关，即使要改变送风口位

3、置，也只需调整送风软接管的走向即可。 1.2 双风机的全空气式系统 加拿大 1995 年国家空调工程设计节能规范对非居住建筑空调系统的节能经济运行的相应规范条文是这样记述的：除用于公寓、旅馆、汽车旅馆之外的，风量在 1200l/s（4320m3/h） 、供冷容量在 20kW 以上的所有空调系统都应在设计中考虑按照下列途径，利用室外空气，以求减小机械供冷的能耗： (1)直接利用室外空气供冷（新风节能运行系统） 。a.直接利用室外空气以降低机械供冷能耗的系统。在采用新风与回风混合的过程中应能使室外空气取用量达到 100%的程度，以获得室内空调所需的进风温度。b.在如上所述的系统中应设有自动控制装置

4、以使当室外空气温度高于回风温度，或者当室外空气值大于回风空气值时，能自动地把新风量控制在满足室内空气品质要求的最小限度。c.除下述情况（即直接膨胀式系统，为避免因新风取用量过大而导致融霜的情况）外，在如上述各条文中规定的系统设计条件下，应能在即使机械供冷装置已准备妥当随时可用的情况下，也可做到使新风和回风混合后的温度尽可能接近室内空调所需的送风温度。(2)间接利用室外空气供冷（水侧节能运行系统） 。 1.3 置换式通风空调系统 置换式通风空调不同于通常的混合式空调方式，主要表现在如下几点：a.采取下送上回的送风方式，可使清洁的送风气流首先进入室内人3员呼吸带和有效活动区，形成有利于改善工作区的

5、空气品质。b.采用低速送风，导致气流缓慢扩散上升，形成垂直方向上的温度成层和温升梯度，提高了排风和回风温度，可节省夏季运行能耗。c.由于是下送风，送风温度相对较高，对于全空气式系统的运行，加大了过渡季利用新风自然供冷的潜力，延长了其节能经济运行的周期，从而可更加缩短全年机械供冷的时间，进一步增大了节能效益。 鉴于上述特点，置换式通风空调方式普遍适用于一切以舒适性为目的公共场所，如影响剧院、体育馆等。据悉，在建的上海大剧院建筑设计方案为法国建筑师的作品，其观众厅采用的即是座椅下送风的置换式空调方式。另外，据认为，置换式通风空调方式应用于一般被视作难题的中庭空调，可获得独特的效果。 总之，基于置换

6、式通风空调方式的诸多优点，预计随着其送风分布器的逐步国产化，必将在我国为人们所广泛接受。 2 水侧节能运行系统室外空气供冷的间接途径 传统的空调水系统必须作出某些适应性的改变才行。这种改变可以举出如下几种： a.过渡期和冬季，利用大楼新风系统的鹇风冷空气对冷冻水的回水进行预冷却。上述方式确实可为系统运行提供一定的节能效果，如果结合上述节能规范来看，这一节能效应尚远远不能满足规范的要求，因为后者要求新风供冷应能承担预期的全部供冷负荷。 b.采用风冷式冷水机组的一种派生型带预冷却的机组。这一利用方式的缺点是，在平时（夏季）不利用室外空气预冷时，会加大风冷冷凝4器环路空气侧阻力，以致增大了相应的能耗

7、。但它的好处是，风冷冷凝器可与预冷盘管同时工作，不必相互排斥，必须切换使用。 c.利用制冷系统冷却系统冷却水的密闭式冷却塔进行室外空气供冷。在这一系统中是利用机械制冷系统中的冷却水冷却设备密闭式冷却塔，来实现冬季对自然冷源室外空气的利用。显然，在这里，机械供冷与自然冷源供冷两者是不能同时工作的，必须切换着使用。笔者以为，这一点也许就是在加拿大国家空调工程设计节能规范中规定，以室外空气干球温度 10或湿球温度 7为工况转换标准，并强调“能承担系统预期的全部供冷负荷”的道理所在。为使该装置能在低于 0的室外气温下正常运行，系统中需充以乙二醇溶液不冻液。按照这一图式，必须具备一个条件，即机械供冷系统

8、必须采用密闭式冷却塔。密闭式冷却塔价格虽然十分昂贵，但随着制泠系统对冷却水水质要求的提高，在不少场合下其应用是不可少的。随着新型高效、价廉的密闭式冷却塔的面世，并考虑到其冬季运行期间自然供冷节能的效益，其普遍推广应用的前景将更趋光明。 d.利用板式热交换器的节能运行方式。这一方式基本上与上述利用密闭式冷却塔的方式相类似，只不过在这里是把直接蒸发式（开式）冷地塔与板式换热器结合起来使用，以代替密闭式冷却塔的功能而已。但是，在功能上它却远逊于前者，因为后者在室外温度低于 0时是无法运行的。 3 变流量系统 在我国，目前空调水系统采用定流量式系统比较普遍。但是，由于5空调水系统的输送动力消耗量大，而

9、且空调负荷的特点又是绝大部分时间里处于低负荷状态，这就为空调水系统的节能运行提供了巨大的潜力。美国 ASHRAE/IES90.1-1989 的节能标准中明确提出：“水系统应设计成变流量系统。其所用控制阀应能根据系统负荷的变化自动地调节开度或逐级开启和关闭，系统应能将流量降低到设计流量的 50%或以下。改变流量的方法不仅仅限于采用变速传动泵一种，可有多种方案选择，如多台泵的台数分段控制或泵的特性控制等。 ” 采用三次泵的这一做法目前几乎已成为欧美和日本等国家通行的标准做法。其好处主要在于如下几个方面：a.改善子系统的水力工况和循环；b.减少二次泵的扬程；c.改善三通调节阀的运行条件。采用三次泵的

10、做法无疑会大大改善三通调节阀所赖以正常运行的水力工况，因为三次泵的特性可完全针对所在子系统（盘管、调节阀）的水力状况进行选定。 4 关于空调水系统的垂直分区 美国某设计单位在上海 88 层 420m 高的金茂大厦空调水系统的初步设计中本来是考虑设置一个统一的水系统。全部冷水机组均集中设于地下层内，全楼不作垂直分区。为此，所有冷水机组、空调器、阀门管件均按高静压承载能力作特殊订货。美方专家说明，这种处理手法在境外不少超高层建筑中已经有过多次实践经验，技术上是成熟的、可靠的。后来，在实施中，中方有关专家提出了修改方案，按高度和负荷性质，分别组成 3 个独立的系统，即高区系统、中区系统和低区系统。各区系统均是一竿子到底，不殖民地作垂直分区。这一作法的一个主要6好处是可降低中区和低区系统所有设备和管件的承载能力，但无疑这也使系统失去了不少功能，如 3 个系统不能统一步调供冷，不能互为备用；在低负荷时，3 个系统的冷水机组都要在低负荷下运行；另外，在管理上也增加了不少麻烦，因为各系统中的设备、阀门及管件的额定承压能力不同，不能互换使用。总之，一个方案的优劣并不是绝对的。