超高层建筑空调设计总结

超高层建筑空调设计2019/8/91VAV系统在超高层建筑上的应用超高层建筑冷热源的选择2019/8/92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。2019/8/93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2~3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。2019/8/94空调房间的送风量和余热量、余湿量的关系：2019/8/95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2019/8/96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。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。2019/8/97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。4.1VAV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)。2019/8/98如香港中环广场每个标准层仅设一台70RT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。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l4m3/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l6点两个值来选择AHU容量。2019/8/992019/8/910（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7000m3/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22~25℃，以此解决过渡季节空调问题。北京名人广场冷水机组吊装2019/8/911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。2019/8/912（5）VAV系统与螺杆式制冷机配合•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：2019/8/913（7）VAV系统进入室内末端装置由软管连接•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！2019/8/914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4.2VAV末端装置的控制2019/8/915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ø1.0mm细孔。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，背气流端细孔测静压），来控制调节器，由调节器控制电机调节风门开度。2019/8/916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。2019/8/917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。2019/8/918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。2019/8/919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。2019/8/920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2019/8/921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。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：2019/8/922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。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。2019/8/9236.超高层建筑冷热源的选择冷源板式换热器热、电、冷三联供2019/8/924螺杆式制冷机组离心式制冷机组吸收式制冷机组6.1冷源（1）水冷式制冷机2019/8/925制冷剂：HCFC-22、HFC-134a单机制冷量：350~7000kW空调工况COP：4.1~5.4最低供冷温度：-7℃~-12℃1）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。2019/8/926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。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。优点：--T0在0℃附近时，水不会冻结。缺点：--水侧存在泄漏问题，由于折流板外缘与壳体间一般有1~3mm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20％~30％，总的传热系数降低5％~15％。2019/8/927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。2019/8/928制冷剂：HCFC-123（低压）HCFC-22（中压）HFC-134a（中压）单机制冷量：350~8500kW空调工况COP：5.0~5.9最低供冷温度：单级为0℃，三级压缩低压及中压为-6℃2）离心式制冷机组2019/8/929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总制冷量的60％。2019/8/930制冷剂：H2O/LiBr双效单机制冷量：230~7000kW空调工况COP：为1.0~1.3最低供冷温度：6℃3）吸收式制冷机2019/8/931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。2019/8/932对于上海金茂大厦(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-4343.2×3台，单台制冷量为4220kW，19EXE-5052.2×1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。上海环球金融中心（460m），制冷机供水温度要求4℃，选用蒸汽热源吸收式制冷机1150RT×3台（用于低层裙房），电动离心式制冷机1450RTx3合（用于高层部分）。2019/8/933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。风冷制冷机以干球温度为基准，对于在一天之内干球温度变化大的地区，使用较为有利。当干球温度稍降时，制冷效果会更好。（2）风冷制冷机2019/8/934深圳、香港地区，每天湿球温度均在27℃左右，波动较小，而每天的干球温度变化较大，二者相差4~5倍。风冷制冷机只要干球温度降低就有利，而水冷制冷机必须湿球温