1、 好学力行 明德任责高层民用建筑空调设计结课论文 班级： 建环 13-1 姓名： 丁红杰 学号： 311307001409 高层建筑空调设计摘要：当代空调的发展离不开两个可说是永恒的主题：一个是室内空气品质；另一个则是节能运行。所以，涉及空调的几乎一切新技术、新方法均是围绕着这两个主题，力求创新。本文主要从空调系统的各种实际应用出发，对空调在实际应用中的问题提出了自己的分析与见解。关键词：空调系统 调节方式 空调设计空调风系统 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
2、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。 一、变风量空调方式的应用 众所周知，一般办公楼在建筑和使用功能上不同于宾馆、酒楼客房的一大特点就是空间大、面积大、内装修讲究、隔间的分隔要求能灵活多变。对于这类建筑，过去一直难于找到合适的空调方式。如果采用常规的全空气方式，一方面送风管、回风管截面积大，很难适应高层建筑层高低的状。另一方面，那么大的一个多区系统，各区的温度控制要求也实在是众口难调。因此，至今为止，不少办公楼还都不得不采用带独立新风的风机盘管系统这样的空调方式。 然而，风机盘管系统存在不少问题，其中最大的问题就是
3、滴水问题。引起滴水的原因很多，譬如冷冻水供、回水管和滴水管的保温不好，凝结不排水管安装坡度不够，滴水盘排水口积灰堵塞等等。这种种因素都会导致凝结水的滴漏并污染吊顶。另外，办公楼开间大，其隔间随用户的变换，需频繁改变，如果采用风机盘管机组，则其固定的送风口和回风口将很适应隔间的调整。 基于上述种种因素的考虑，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，这一系统具有一个很明显的特征，即系统的层次清楚。概括起来讲，可以归纳为 3 个层次：楼、层、区。其具体的含义是：第 1层起，全楼设一套中央新风处理机组，这是一个定风量式（CAV）系统，专门用于向各层送固定数量的新
4、风。第 2 层次，每层设 1 套或 2 套空气处理机组和相应的一次送风系统。这是一个变风量式（VAV ）系统，其送风量可根据送风干管内的静压传感器进行自动调节。另外，其送风温度可由 1 只温度传感器进行预先设定的定值控制。第 3 层次，每 1 个分区设 1 台风机混合箱，或其他类型的终端，后者也像风机盘管一样，暗装在吊顶内。风机混合箱根据所在分区的温度状况，由温度传感器控制一次风的风量，然后通过软管分别送到各个送风口。风机混合箱有两种：一种用于内区，其中只有 1 台风机和过滤器，不含任何热交换器；另一种适用于周边区，其中除风机和过滤器外，还装有一组加热器。另外，在一次风的接口风管上装有风量调节
5、阀，后者可根据各相应分区的温度控制器的指令动作，调节一次风的风量。对每一个分区或每个风机混合箱而言，尽管其一次风量根据温度控制的要求，随时都在变化，但其总的送风量却不会变化。 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
6、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置，也只需调整送风软接管的走向即可。 当然，这种系统也有其不足之处。首称，在冬季，由于内区需供冷，周边区需供暖，周边区的一次风需要冷却后再进行加热，这显然构成了能源的浪费。其次，在多数情况下，其造价要高于一般的风机盘管系统。 二、双风机的全空气式系统 在上海较早建成的一些高层办公大楼里，现在反映比较普遍的一个主要问题就是新鲜空气量不足，这引起了办公楼内的工作人员的投诉和抱怨，这个问题已被专门的实测结果所证实。造成这种室内空气品质问题的原因可能有多种，主要的还是空调系统设计上的毛病。这主要表现在以下几方面：
7、a.在设计之初，虽然设计师在设计中也都按规定的标准考虑了必要的新风量；另外，卫生间也按规范要求的换气次数设计了排风。这样的设计看似一切均按规范进行，并无什么不妥。但实际上，这只是纸上谈兵。问题在于，若按仅有的几处卫生间的排风，其总的排风量还是太小，无论如何也平衡不了整个楼层所需的最小新风量。待建筑物建成投入运行后，往往由于无法开窗，新鲜空气不能如设计上计算的那样如数供应，导致大楼办公区内新鲜空气严重不足，住户们成天抱怨头昏头痛。一旦查出原因，人们就不得不纷纷搬离这种恶劣的工作环境。 所谓的变风量空调器不顾场合的滥用。对于高层办公大厦，先姑且不谈其塔楼部分，且说那些高层办公大楼几乎必备的裙房部分
8、。裙房一般均用作商店、餐饮、娱乐、集会场所。对于这些公共场所的空调，早期因缺少经验采用风机盘管加新风的方式比较多。后来，大多数有经验的设计单位在设计文件中往往都宣称须要用的是全空气变风量方式。但实际上采用的却是所谓的“变风量空调机组” 。其实，这种变风量空调机组在功能上与风机盘管类似，只能视作大型风机盘管机组，无法真正变风量。采用这种简易式的空调机组是不能满足全年节能运行和充足的新风要求的。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，其主要原因是它要求的的控制技术较简单。但是，由于空调水系统的输送动力消耗量大，而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
9、的节能运行提供了巨大的潜力。所以，在上述的空调工程设计节能规范中对此均有相应的明确的条文规定。例如，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。 ” 上述条文的规定是十分有道理的。一味追求变速传动控制（如变频控制） ，初次投资很大。特别是在水系统规模比较大、并联水泵台数较多时，比较经济的方法还是多台水泵并联运行中的台数控制。关于空调
10、水系统的垂直分区 考虑到标准型冷水机组、空调器中的热交换器以及阀门、管配件对水静压的承载能力，迄今国内对于高层和超高层建筑空调水系统的常规做法，基本上都是按 60m或 100m 的高度作垂直分区处理，即每隔 60m 或 100m 设置一个独立的水系统，在适当高度的楼层上分别设置板式换热器或者冷水机组，实现水力隔离。采用板式换热器一方面加大了造价，另一方面也增大了冷量和可供利用的温度损失。按高度分区设置冷水机组，结果将是机房分散，管理不便，加之系统各自独立，冷水机组不能互为备用，部分负荷下的运行效率比起统一的系统更低，能耗费用增大。美国某设计单位在上海 88 层 420m 高的金茂大厦空调水系统
11、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
12、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，仁者见仁嘛。 大温差、小流量的冷冻水系统 迄今为止，我国空调工程中空调用冷冻水系统的供、回水温度的标准取值都是7/12，温差 t=5，这也许可以说是几十年一贯制了。但是，随着境外设计单位，特别是北美国家设计公司在上海建筑市场上的成功进取，随着蓄冷系统、低温送风技术以及冬季水侧经济运行技术的发展，给上海也带来了大温差、小流量的空调冷冻水系统。大温差、小流量水系统看来主要源自于美国和加拿大。日本近年来也在从事这方面的基础性研究，并相继发表了一系列论文报告，对该项技术作出了肯定性的结论。一般大温差、小流量的冷冻水系统对供、回水水温度和温差大致是取 5/15，温差t=10， 。为了获得 5的低温和 10的温差，一般有 3 种做法：利用冰蓄冷系统提供低温水与之混合；采用溴化锂吸收式制冷机与离心式冷水机组串联运行供冷；是采用大温差、低温出水的离心式冷水机组。 冷冻水系统采用大温差、小流量的好处主要在于： a.减小系统的循环流量，降低水系统的输送动力消耗。 b.减小管道截面尺寸，降低管道造价。c.可减小管井截面积，减小敷设管道所需空间。 d.减小管道供冷时的沿程传热损失。 e.提高回水温度，为冬季和过渡期实现新风空气供冷扩大了利用的潜力。
