超高层建筑空调设计总结

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1、超高层建筑空调设计超高层建筑空调设计*1vVAV系统在超高层建筑上的应用v超高层建筑冷热源的选择*2香港的中环广场香港中银大厦上海环球金融中心vVAV系统在综合节能上 优于其他系统，全年可 节能20。v在价格方面由于近期 VAV系统的价格下调， 已经可以与风机盘管加 新风系统竞争。v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。*3v 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。 v - 室内的负荷主要来自人体、灯光等 v - 室外冷负荷主要是太阳辐射热 v - 室外太阳辐射热有时往往比人体、灯光热大出23倍

2、v - 室内冷负荷是固定的，室外的太阳辐射热是不断变化 vVAV系统随着负荷变化而送风量也不断变化。 v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 。*4空调房间的送风量和余热量、余湿量的关系：*5v 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

3、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*6v 由于冷水出水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。 v 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 v 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。*7v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。v此时，VAV系统南向或东向AHU开至最大值，北向或西

4、向 AHU开至最小值，使每一层维持在较佳工况下运行。vVAV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)。*8v如香港中环广场每个标准层仅设 一台70 RT 的AHU，风量L 50000m3/h。大楼呈三角形状， 太阳辐射热负荷用VAV末端装置 来调节。 v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。 v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，

5、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。*9*10（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L 15000m3/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 *11 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 。*12（5）VAV系统与螺

6、杆式制冷机配合 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：*13（7）VAV系统进入室内末端装置由软管连接 吊顶上没有

7、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！*14v 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 v 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 v 现以PRICE公司SEV8001产品为例说明4.2 VAV末端装置的控制*15v 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。v 原理：气流通过细孔，测 定其两端的微压差（即压 差传感器，迎气流端细孔 测全压，背气流端细孔

8、测 静压），来控制调节器， 由调节器控制电机调节风 门开度。*16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。*17 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。*18 界限线是预先提供温

9、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。*19v 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。v 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 。v 室内最小和最大气流界限，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

10、。v 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。*20v 1992年落成的亚洲最高的香港中环广场办公大 厦（78层，368m） v 1989年建成的香港中银大厦(73层，高315m) v 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 v 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*21v运行费用低- 香港没有能源，节能显得更重要，并得到法律保障。v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（

11、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：*22v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，只需移动VAV软接头就可以了。v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

12、楼、银行等业主欢迎 。*236. 超高层建筑冷热源的选择v 冷源 v 板式换热器 v 热、电、冷三联供*24v 螺杆式制冷机组 v 离心式制冷机组 v 吸收式制冷机组6.1 冷源（1）水冷式制冷机*25v制冷剂：HCFC-22、HFC-134a v单机制冷量：3507000kW v空调工况COP：4.15.4 v最低供冷温度：-7-121）螺杆式制冷机组螺杆式冷水机组：满液式蒸发器和干式蒸发器。满液式蒸发器：管内走的是水，制冷剂在管簇外面蒸发，传热面基本 上都与液体制冷剂接触。 特点： - 制冷系统蒸发温度低于0时，管内水易冻结，破坏蒸发器。 - 制冷刑充灌量大。 - 受制冷剂柱高度影响，简体

13、底部的蒸发温度偏高，会减少传热温差 。- 结构紧凑，操作管理方便，传热系数较高。*26v 非满掖式蒸发器：制冷剂在管内流动，水在管簇外流动 ，有几个流程。 v 由于制冷剂液体的逐渐气化，通程趋向上，其流程管数 越多。为了增加水侧换热，在筒体传热管的外侧设有若 干个折流板，使水多次横掠管簇流动。 v 优点：- T0在0附近时，水不会冻结。 v 缺点：- 水侧存在泄漏问题，由于折流板外缘与壳体间一般有 13mm间隙，与传热管之间有2mm左右的间隙，因而会 引起水的泄漏。由于泄漏引起水侧换热系数降低2030 ，总的传热系数降低515。*27对于超高层建筑，为了满足承压要求，制冷 机需要管内走水的满液

14、式蒸发器，但其蒸发器温度 低于0时，管内水易结冻。而干式壳管式蒸发器，其优点是蒸发温度在 0附近不会结冻，但其承压能力比之满液式蒸发 器要差。*28v 制冷剂：HCFC-123（低压） v HCFC-22（中压） v HFC-134a（中压） v 单机制冷量：3508500kW v 空调工况COP：5.05.9 v 最低供冷温度：单级为0，三级压缩低压及 中压为-62）离心式制冷机组*29v 优点：- 转速高- 单机制冷容量大- 重量轻、体积小- 易损件少、运转乎稳、振动小- 通常可在30%100%负荷范围内无级调节，易于实现自动化操作近年来在国内外集中式空调工程中，离心式制冷机组 的应用约占

15、总制冷量的60。*30v制冷剂：H2O/LiBr双效 v单机制冷量：2307000kW v空调工况COP：为1.01.3 v最低供冷温度：63）吸收式制冷机*31综上所述: 活塞式和涡旋式：由于单机制冷量较小，不宜在超高层空 调上应用。 吸收式直燃机：由于最低供冷温度仅为6，对于采用板 换梯级供热供冷系统要提供温度低于6冷水，这种制冷 机，超高层建筑也是不宜采用，但对于低层裙房空调仍可 使用。 超高层建筑只有螺杆式制冷机组和离心式压缩制冷机组可 供使用（容量大，供水温度4左右，其他制冷机均达不 到此目的）。 目前市场上螺杆式承压达2.45MPa，离心机加强型 2.1MPa。*32v 对于上海金

16、茂大厦(420.5m)工程，制冷机供水温度为 5.5，选用4台Carrier离心式冷水机组，19EX- 4343.23台，单台制冷量为4220kW，19EXE- 5052.21台，单台制冷量为1406kW。低区板式换热器ALFA-LAVALM30-FD，1台制冷量 3017kW，冷水侧工作压力2.2MPa，冷却水侧工作只力 为1.05MPa。 v 上海环球金融中心（460 m），制冷机供水温度要求4 ，选用蒸汽热源吸收式制冷机1150RT3台（用于低层 裙房），电动离心式制冷机1450RTx 3合（用于高层部 分）。*33v 水冷制冷机以湿球温度为基准，对于湿球温 度变化不大，而且较低的地区较为适用。 v 风冷制冷机以干球温度为基准，对于在一天 之内