8.超高层建筑空调设计

2020/1/22荆有印[e-mail]1超高层建筑空调设计2020/1/22荆有印[e-mail]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2020/1/22荆有印[e-mail]31.超高层建筑自然特性与空调的关系2020/1/22荆有印[e-mail]41.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2020/1/22荆有印[e-mail]51.1超高层建筑自然特性（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2020/1/22荆有印[e-mail]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”328m2020/1/22荆有印[e-mail]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。其他建筑屋顶对超高层建筑的屋面反射也增加，ρ＝0.30。（2）太阳辐射强度2020/1/22荆有印[e-mail]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2020/1/22荆有印[e-mail]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2020/1/22荆有印[e-mail]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400~500m，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2020/1/22荆有印[e-mail]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2020/1/22荆有印[e-mail]122020/1/22荆有印[e-mail]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2020/1/22荆有印[e-mail]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2020/1/22荆有印[e-mail]151.2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。气象台记录的风速一般是指在地面上10~15m处测得的风速，如果高度再高，风速就会更大。2020/1/22荆有印[e-mail]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。2020/1/22荆有印[e-mail]171.3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。2020/1/22荆有印[e-mail]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4~5.8W／(m2.℃)。2020/1/22荆有印[e-mail]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6~8层）作为一竖向区域，分区对传热系数进行修正。2020/1/22荆有印[e-mail]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、窗缝隙渗透的空气量可用下式计算：L=a△Pbm3／(h·m)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2020/1/22荆有印[e-mail]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。2020/1/22荆有印[e-mail]22所产生的风压值随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。2020/1/22荆有印[e-mail]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。2020/1/22荆有印[e-mail]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。2020/1/22荆有印[e-mail]252.超高层建筑冷负荷计算围护结构建筑热工计算负荷计算2020/1/22荆有印[e-mail]262.1围护结构建筑热工计算（1）围护结构温度波衰减倍数2020/1/22荆有印[e-mail]272020/1/22荆有印[e-mail]28（2）围护结构温度波延迟时间2020/1/22荆有印[e-mail]292.2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2020/1/22荆有印[e-mail]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。2020/1/22荆有印[e-mail]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2020/1/22荆有印[e-mail]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2020/1/22荆有印[e-mail]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。2020/1/22荆有印[e-mail]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2020/1/22荆有印[e-mail]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。2020/1/22荆有印[e-mail]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（6）室外计算温度2020/1/22荆有印[e-mail]372020/1/22荆有印[e-mail]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2020/1/22荆有印[e-mail]392020/1/22荆有印[e-mail]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2020/1/22荆有印[e-mail]412020/1/22荆有印[e-mail]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2020/1/22荆有印[e-mail]43（11）人体的散热量和散湿量2020/1/22荆有印[e-mail]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2020/1/22荆有印[e-mail]45（13）在常压下，由