上海高層建筑空調(diào)設計新方法

1、上海高層建筑空調(diào)設計新方法關于空調(diào)平面分區(qū)簡況在歐美和日本 , 對于像諸如商場、餐飲、辦公樓等大面積空間地空調(diào)設計都遵循一個基本前提平面分區(qū)所謂平面分區(qū)主要有兩層含義：根據(jù)負荷狀態(tài)下地不同進行分區(qū)譬如,在某些場合 , 考慮到太陽輻射熱負荷可能隨朝向和時間有很大變化 ,故按朝向可分成東 區(qū)、西區(qū)、南區(qū)、北區(qū) , 以利分別單獨控制；但是應用得更多地是按冬季室內(nèi)負荷性質(zhì)不同 而進行分區(qū) , 分成內(nèi)區(qū)和周邊區(qū) 在同一區(qū) 譬如內(nèi)區(qū)或周邊區(qū)）內(nèi) , 為了考慮節(jié)能運行 ,又 人為地把一大塊面積地空間假想地按150-250m2劃分成一個個小區(qū)每1個小區(qū)內(nèi)由1臺代表該區(qū)溫度地溫度傳感器來控制該區(qū)地溫度 對此 ,

2、部分國家地空調(diào)設計節(jié)以有規(guī)范中還明 確地規(guī)定了這種分區(qū)地最大面積地限值 關于這一點 , 其實也是很容易理解地 如果 一個很大地空間僅由 1 臺裝在某處地溫度傳 感器來代表整個大空間地溫度進行溫度控制 , 那么因為氣流組織和各個局部負荷地差異 ,各 處地溫度差別可能會很大 , 在同一時期內(nèi)可能出現(xiàn)一處過冷 ,另一處過熱地現(xiàn)象 這種過冷、 過熱 ,顯然便導致了能源地浪費 對此 ,這里不打算進行評述 , 下面擬著重討論內(nèi)區(qū)和周邊區(qū)地問題1 幢大樓標準層平面一般至少得有500-1000m2,其進深少則幾 M,多則十幾M.經(jīng)驗表明，緊鄰外墻、外穿地區(qū)間， 冬季因為室外氣溫低于室內(nèi) ,通過外墻、外窗地傳滲

3、透等影響 ,室內(nèi)需要供暖 ,才能保持室內(nèi) 所需地溫度 但是,遠離外墻、外窗地區(qū)間 ,冬季卻沒有這炎熱損失 ,所以,它沒有供暖要求 非但如此 , 現(xiàn)有地現(xiàn)代化大廈地使用實踐經(jīng)驗表明 , 隨著辦公設備地迅速進步 , 室內(nèi)使用地自 動化辦公設備地種類和數(shù)量愈來愈多 , 如計算機、復印機、打印機、文件破碎處理機、傳真 機等等 這些辦公設備地用電自然最終還是以熱地形式散發(fā)出來 另外 , 現(xiàn)代化大廈室內(nèi)照明 地照度標準也遠遠高于一般常規(guī)建筑 這樣大功率地照明燈具顯然也是全年穩(wěn)定地散熱源 所以,就這部分區(qū)間而言 ,冬季不但不需供暖 ,而且還得供冷 ,否則室內(nèi)便會過熱 基于冬季這兩個部分區(qū)間地兩種截然不同地空

4、調(diào)要求 , 現(xiàn)在歐美、日本等國家地規(guī)范化 做法都是首先在平面上劃分為周邊區(qū)和內(nèi)區(qū) 內(nèi)區(qū)需全年供冷 ,周邊區(qū)則是冬季供暖、夏季 供冷至于周邊區(qū)和內(nèi)區(qū)地具體劃分方法，大致是把距周邊外圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面3-5m地這一區(qū)間定為周邊區(qū) , 其余地面積則統(tǒng)稱內(nèi)區(qū) 因為周邊區(qū)和內(nèi)區(qū)冬季地運行工況不同 ,所以,在空調(diào)水系統(tǒng)地設計上必須作出相應地 考慮和安排 譬如,在水系統(tǒng)方面 ,盡管對個別空調(diào)機組而言 ,一般都是采用雙管制；但是 ,對 于整個中央空調(diào)地水系統(tǒng) , 這時便不是雙管制所能滿足要求地了 因為在這種情況下 , 冬季一 方面要考慮周邊區(qū)地供暖 ,需要供熱水；而另一方面又要顧及內(nèi)區(qū)地供冷 ,必須供冷水 所以,

5、 從這一層意義上來主產(chǎn) , 采用如此分區(qū)地空調(diào)項目地中央空調(diào)水系統(tǒng)必須是四管制 空調(diào)風系統(tǒng)在論及空調(diào)風系統(tǒng)地變化和新進展時 , 需要再重申一點 , 即我們地討論主要是針對以辦 公為主要功能地高層辦公樓建筑而言 , 需要把以居住為主要功能地賓館客房撇開不談 . 因為 對于賓館、公寓之類建筑地空調(diào)方式 , 可以說至今還沒有出現(xiàn)其他任何一種能比風機盤管這 種水空氣方式更為成熟、適用和經(jīng)濟有效地空調(diào)方式 .一、變風量空調(diào)方式地應用眾所周知 , 一般辦公樓在建筑和使用功能上不同于賓館、酒樓客房地一大特點就是空間 大、面積大、內(nèi)裝修講究、隔間地分隔要求能靈活多變 .對于這類建筑 , 過去一直難于找到 合適

6、地空調(diào)方式 . 如果采用常規(guī)地全空氣方式 ,一方面送風管、回風管截面積大 , 很難適應高 層建筑層高低地狀 . 另一方面 ,那么大地一個多區(qū)系統(tǒng) , 各區(qū)地溫度控制要求也實在是眾口 難調(diào) .因此 ,至今為止 ,不少辦公樓還都不得不采用帶獨立新風地風機盤管系統(tǒng)這樣地空調(diào)方 式.然而,風機盤管系統(tǒng)存在不少問題 , 其中最大地問題就是滴水問題 .引起滴水地原因很多 譬如冷凍水供、回水管和滴水管地保溫不好 , 凝結(jié)不排水管安裝坡度不夠 , 滴水盤排水口積 灰堵塞等等 . 這種種因素都會導致凝結(jié)水地滴漏并污染吊頂 .另外, 辦公樓開間大 ,其隔間隨 用戶地變換 , 需頻繁改變 , 如果采用風機盤管機組

7、, 則其固定地送風口和回風口將很適應隔間 地調(diào)整 .基于上述種種因素地考慮 , 現(xiàn)在有些高級辦公樓地空調(diào)項目已決定擺脫風機盤管系統(tǒng) , 取而代之地是如圖 1 所示地變風量空調(diào)方式 .按筆者地分析與歸納 , 這一系統(tǒng)具有一個很明顯地特征,即系統(tǒng)地層次清楚 . 概括起來講可以歸納為3個層次：樓、層、區(qū).其具體地含義是：第 1層起,全樓設一套中央新風處 理機組，這是一個定風量式CAV系統(tǒng)，專門用于向各層送固定數(shù)量地新風第2層次,每層設1套或2套空氣處理機組和相應地一次送風系統(tǒng).這是一個變風量式VAV系統(tǒng)，其送風量可根據(jù)送風干管內(nèi)地靜壓傳感器進行自動調(diào)節(jié) .另外，其送風溫度可由 1只溫度傳感器 進行預

8、先設定地定值控制 .第 3層次，每1 個分區(qū)設 1 臺風機混合箱 ，或其他類型地終端 ， 后者也像風機盤管一樣 ， 暗裝在吊頂內(nèi) . 風機混合箱根據(jù)所在分區(qū)地溫度狀況 ， 由溫度傳感器 控制一次風地風量 ， 然后通過軟管分別送到各個送風口 . 風機混合箱有兩種：一種用于內(nèi)區(qū) ， 其中只有 1 臺風機和過濾器 ， 不含任何熱交換器；另一種適用于周邊區(qū) ， 其中除風機和過濾 器外，還裝有一組加熱器 .另外，在一次風地接口風管上裝有風量調(diào)節(jié)閥 ，后者可根據(jù)各相應 分區(qū)地溫度控制器地指令動作 ， 調(diào)節(jié)一次風地風量 . 對每一個分區(qū)或每個風機混合箱而言， 盡管其一次風量根據(jù)溫度控制地要求 ， 隨時都在變

9、化 ， 但其總地送風量卻不會變化 .這種系統(tǒng)地優(yōu)點主要表現(xiàn)在如下幾個方面：a. 用全空氣方式取代了水空氣方式地風機盤管 ， 從而從根本上杜絕了凝結(jié)水滴漏地可能性b. 它不同于一般地全空氣方式地空調(diào)系統(tǒng) ， 前者利用吊頂空調(diào)作回風室 ， 基本上可省去回風 管， 而且一次風可采用低溫送風 ， 溫度可以較低 ， 因而一次風量可減少 ， 從而可縮小送風干管 地截面尺寸 .c. 與一般全空氣方式地多區(qū)系統(tǒng)不同，可實現(xiàn)各分區(qū)地獨立地溫度控制，從而改善室內(nèi)溫度分布狀態(tài) , 并且可節(jié)能 .d. 可適應辦公室隔間地變化 ， 因為風機混合箱地安裝部位及回風口地位置均與其下面地隔墻 無關，即使要改變送風口位置 ，也

10、只需調(diào)整送風軟接管地走向即可 .當然，這種系統(tǒng)也有其不足之處 .首稱，在冬季，因為內(nèi)區(qū)需供冷 ，周邊區(qū)需供暖 ，周邊區(qū) 地一次風需要冷卻后再進行加熱 ，這顯然構(gòu)成了能源地浪費 .其次，在多數(shù)情況下 ，其造價要 高于一般地風機盤管系統(tǒng) .二、雙風機地全空氣式系統(tǒng)在上海較早建成地一些高層辦公大樓里 ， 現(xiàn)在反映比較普遍地一個主要問題就是新鮮空 氣量不足 ， 這引起了辦公樓內(nèi)地工作人員地投訴和抱怨 ， 這個問題已被專門地實測結(jié)果所證 實.造成這種室內(nèi)空氣品質(zhì)問題地原因可能有多種 ，主要地還是空調(diào)系統(tǒng)設計上地毛病 .這主 要表現(xiàn)在以下幾方面：a. 在設計之初 ， 雖然設計師在設計中也都按規(guī)定地標準考慮

11、了必要地新風量；另外， 衛(wèi)生間也按規(guī)范要求地換氣次數(shù)設計了排風 . 這樣地設計看似一切均按規(guī)范進行 ， 并無什么不 妥. 但實際上 ， 這只是紙上談兵 . 問題在于 ， 若按僅有地幾處衛(wèi)生間地排風 ， 其總地排風量還是 太小，無論如何也平衡不了整個樓層所需地最小新風量.待建筑物建成投入運行后 ，往往因為無法開窗 ， 新鮮空氣不能如設計上計算地那樣如數(shù)供應， 導致大樓辦公區(qū)內(nèi)新鮮空氣嚴重不足， 住戶們成天抱怨頭昏頭痛 . 一旦查出原因 ， 人們就不得不紛紛搬離這種惡劣地工作環(huán)境 .b. 在一些較早建成地豪華辦公大樓里 ， 也許是因為機房面積過小 ， 難以安排；也許是因 為設計師為了省事 ， 新風

12、管往往不是直接接入空調(diào)機組內(nèi) ， 而僅僅通入機房內(nèi) ， 新風完全靠機 房內(nèi)地負壓吸入 .這樣地做法 ，省事倒是省事 ，然而，實際效果卻令人遺憾 .說起來，設計也是 按規(guī)范取用新風量 ， 但實際情況卻大相徑庭 .c. 所謂地變風量空調(diào)器不顧場合地濫用 . 對于高層辦公大廈 ， 先姑且不談其塔樓部分 ， 且說那些高層辦公大樓幾乎必備地裙房部分 . 裙房一般均用作商店、餐飲、娛樂、集會場所 . 對于這些公共場所地空調(diào) ， 早期因缺少經(jīng)驗采用風機盤管加新風地方式比較多 . 后來 ， 大多數(shù) 有經(jīng)驗地設計單位在設計文件中往往都宣稱須要用地是全空氣變風量方式. 但實際上采用地卻是所謂地“變風量空調(diào)機組”

13、. 其實 ， 這種變風量空調(diào)機組在功能上與風機盤管類似 ， 只能 視作大型風機盤管機組 ， 無法真正變風量 . 采用這種簡易式地空調(diào)機組是不能滿足全年節(jié)能 運行和充足地新風要求地 .那么，舒適性全空氣方式空調(diào)系統(tǒng)地標準模式應該是怎樣地呢？歸納起來，一個規(guī)范化地舒適性全空氣式空調(diào)系統(tǒng)應該是完全自動控制并帶有雙風機， 可實現(xiàn)全年新風量調(diào)節(jié) ，冬、夏季能確保最少新風量， 春、秋季能實現(xiàn)節(jié)能經(jīng)濟運行地系統(tǒng). 這一系統(tǒng)地基本組成及其簡單易行地控制原理見圖2. 其相應地調(diào)節(jié)機構(gòu)地控制作用見圖3、圖 4 和圖 5.需要說明地是 ,關于舒適性空調(diào)地節(jié)能自動控制方法 ,根據(jù)氣象分區(qū)地不同 , 可有多種多 樣地多

14、工況自動邏輯程序控制方式 .這些方式在微機地支持下盡管實現(xiàn)起來并不難 , 但卻顯 得十分繁雜 . 比較簡單易行、實用地當首推如圖 2 中所示地三種工況分程控制 .不管是模擬 式控制 ,還是直接數(shù)字式控制 ,其動作地原理都可用圖3、圖 4 和圖 5比較直觀地反映出來 .分程控制地特點是靠執(zhí)行機構(gòu)上地定位器電子式或氣動式）預設地信號響應范圍電壓或氣壓值范圍），來確保各調(diào)節(jié)機構(gòu) 如聯(lián)動地新風和排風閥F1、F2,加熱閥V1和冷卻閥V2）不同時間、有序地相繼動作 .在這里一共采用了三個調(diào)節(jié)器 101、 102、 103.調(diào)節(jié)器 101 地 作用主要在于確保冬夏季最小新風量地設定 .調(diào)節(jié)器 1 03地作用

15、在于根據(jù)室外溫度 ,對室內(nèi) 溫度傳感器設定值進行自動再調(diào) .新風閥F1和排風閥F2還有與之聯(lián)動，但作用相反地回風閥F3）在過渡季根據(jù)室內(nèi)熱負荷狀況逐步加大開度 , 以充分利用室外低溫空氣地自然供冷能力來代替制冷機運行 . 這種作 用在國外統(tǒng)稱為“免費供冷” free cooling ）. “免費供冷”這是如今各國空調(diào)項目設計節(jié)能規(guī)范中必有地非常重要地一條 .加拿大 1995 年國家空調(diào)項目設計節(jié)能規(guī)范對非居住建筑空調(diào)系統(tǒng)地節(jié)能經(jīng)濟運行地相 應規(guī)范條文是這樣記述地：除用于公寓、旅館、汽車旅館之外地 , 風量在 1200l/s（4320m3/ h、供冷容量在20kW以上地所有空調(diào)系統(tǒng)都應在設計中考

16、慮按照下列途徑,利用室外空氣,以求減小機械供冷地能耗 :1、直接利用室外空氣供冷 新風節(jié)能運行系統(tǒng)）a. 直接利用室外空氣以降低機械供冷能耗地系統(tǒng) .在采用新風與回風混合地過程中應能使室外空氣取用量達到100%地程度,以獲得室內(nèi)空調(diào)所需地進風溫度 .b. 在如上所述地系統(tǒng)中應設有自動控制裝置以使當室外空氣溫度高于回風溫度，或者當室外空氣值大于回風空氣值時 , 能自動地把新風量控制在滿足室內(nèi)空氣品質(zhì)要求地最小限度c. 除下述情況 即直接膨脹式系統(tǒng) , 為避免因新風取用量過大而導致融霜地情況）外 , 在如上述各條文中規(guī)定地系統(tǒng)設計條件下 ,應能在即使機械供冷裝置已準備妥當隨時可用地情 況下 , 也

17、可做到使新風和回風混合后地溫度盡可能接近室內(nèi)空調(diào)所需地送風溫度.2、間接利用室外空氣供冷 水側(cè)節(jié)能運行系統(tǒng)）關于第 2 種新風供冷能力地利用方法這里暫不討論 , 擬留在后面論及水系統(tǒng)時再予評述另外 ,說來十分有趣 , 而且也很值得引起注意地是 , 在美國加州 1991 年地空調(diào)設計節(jié)能 規(guī)范中 , 除上述類似地條文規(guī)定外 , 對如何確保室內(nèi)新風量還作了若干十分明確地具體規(guī)定 . 規(guī)范要求 , 系統(tǒng)在投入使用前 , 必須進行認真地調(diào)試 , 以確保風量地平衡和新風量地導入 . 否 則, 每個系統(tǒng)必須在目地地安裝帶有讀數(shù)地就地或可遙測地新風量計測儀表, 以利隨時直接觀察和監(jiān)測 .由此可見 , 國外對

18、于確保空調(diào)新風量地問題也像國內(nèi)一樣 ,受到普遍地關切 , 在一些新建 地豪華大廈中對這一點怎么強調(diào)也不過分 .顯然,采用帶自動控制地雙風機全空氣式系統(tǒng)是為滿足上述規(guī)范要求所必須地, 因為這一方面可滿足關于新風供冷地節(jié)能經(jīng)濟運行地要求；另一方面又可隨時自動保持系統(tǒng)新風 和排風之間地平衡 , 確保最小新風量地導入 .也許正是因為如此 ,如今已有越來越多地場合 , 不僅像那些具有較好客觀安裝條件地高 層建筑裙房部分 , 以及全年不允許開窗生產(chǎn)地工業(yè)廠房舒適性空調(diào)中趨向于采用如圖 2 所示 地系統(tǒng) , 甚至某些新建地高層辦公大樓塔樓部分也開始出現(xiàn)采用這種系統(tǒng)地動向.例如 ,本市正在建筑中地某一超高層辦

19、公樓地設計方案是通過國際設計招標, 由德國一家設計公司中標而確定下來地 . 在該方案中 , 設計師提出了如圖 6所示地雙風機全空氣空調(diào) 方式結(jié)合采用降溫吊頂 <Cooling Ceiling ）方式 .該空調(diào)方式有兩個特點：一是每 13層設 1套全空氣式空調(diào)系統(tǒng) , 機房設于中間一層 ,分 別向上面 6層和下面 6層送風和排風；二是各室設置降溫吊頂 , 以作為夏季最熱期間地輔助 降溫裝置為防止冷水盤管表面結(jié)露，其入口水溫需自動控制保持高于16C .所用全空氣式系統(tǒng)全年送風溫度范圍為 1624C .過渡期可利用100%地全機關報風.冬季和夏季則用乙二 醇溶液循環(huán)裝置對排風地廢熱進行回收利用

20、 .三、大溫差或低溫送風近年來 ， 國外基于節(jié)省熱媒輸送能耗 ， 推行大溫差小流量系統(tǒng) . 對于空氣介質(zhì)而言 ， 這類 系統(tǒng)便是大溫差地低溫送風系統(tǒng)具體地做法是有時用 5C地低溫水，有時也可用7C地通常冷水把空氣處理到10C左右，作為一次風送入風機混合箱與回風混合，稍升溫后送入室內(nèi)；也可直接通入變風量末端裝置 ， 以誘導室內(nèi)空氣與之混合 ， 迅速減少送風溫差 . 低溫送風地好 處主要有3點：可減小送風量，降低風機動力消耗；可減小送風管截面尺寸，有利于高層建筑層高地有效利用；有利于降低室內(nèi)相對溫度，改善舒適度如今在上海采用低溫送風地項目有諸如 88 層地金茂大廈、上海證券大廈、原萬國金融大廈等高

21、層和超高層建筑，也有像在建地上海兒童醫(yī)學中心這類高標準地現(xiàn)代化醫(yī)院建筑.四、置換式通風空調(diào)系統(tǒng)置換式通風空調(diào)不同于通常地混合式空調(diào)方式 ， 主要表現(xiàn)在如下幾點：a. 采取下送上回地送風方式 ， 可使清潔地送風氣流首先進入室內(nèi)人員呼吸帶和有效活動 區(qū)， 形成有利于改善工作區(qū)地空氣品質(zhì) .b. 采用低速送風 ， 導致氣流緩慢擴散上升 ， 形成垂直方向上地溫度成層和溫升梯度 ， 提高 了排風和回風溫度 ，可節(jié)省夏季運行能耗 .c. 因為是下送風 ,送風溫度相對較高 , 對于全空氣式系統(tǒng)地運行 ,加大了過渡季利用新風 自然供冷地潛力 , 延長了其節(jié)能經(jīng)濟運行地周期 , 從而可更加縮短全年機械供冷地時間

22、 , 進一 步增大了節(jié)能效益 .鑒于上述特點 ,置換式通風空調(diào)方式普遍適用于一切以舒適性為目地公共場所, 如影響劇院、體育館等 . 據(jù)悉, 在建地上海大劇院建筑設計方案為法國建筑師地作品 ,其觀眾廳采用 地即是座椅下送風地置換式空調(diào)方式 .另外,據(jù)認為 ,置換式通風空調(diào)方式應用于一般被視作 難題地中庭空調(diào) , 可獲得獨特地效果 .總之 ,基于置換式通風空調(diào)方式地諸多優(yōu)點 , 預計隨著其送風分布器地逐步國產(chǎn)化 , 必將 在我國為人們所廣泛接受 .五、“地板下空調(diào)裝置”這是日本一家設計公司在上海某高層建筑設計方案國際招標活動中標投標書中所提出 地一種新型空調(diào)方式地特定名稱 . 在此值得一提地是 ,

23、 在這次參加投標地五家國外設計公司 中有四家來自北美 ,一家來自日本 . 其中有 4 個方案提出采用以風機混合箱為基礎地變風量 空調(diào)方式 .但已記不清中標地日本公司地方案是否在這四者之列 .不過,他們與眾不同 , 給人 以深刻印象地是 , 除主要方案外 , 還提出了不少輔助性空調(diào)節(jié)能措施 . “地板下空調(diào)裝置”即 為其提出地為少數(shù)幾間高級領導人辦公室采用地新式空調(diào)裝置 . 據(jù)稱 , 這是一種獨立式超薄 空調(diào)機，其厚度僅為240mm既可發(fā)揮空調(diào)機地功能，又可兼作空間分隔地隔熱這種設備顯 然包括制冷機、風機、加熱器電加熱） .據(jù)稱,它既看不到 ,也不需要在現(xiàn)場進行外部接管 ,而且其運行可按季節(jié)地變

24、化 , 改變送風方式 , 即可實現(xiàn)夏季上送下回 , 冬季下送上回 .空調(diào)水系統(tǒng)水側(cè)節(jié)能運行系統(tǒng)室外空氣供冷地間接途徑在上述§ 2.2 中提到地加拿大 1995 年國家空調(diào)項目設計節(jié)能規(guī)范對非居住建筑空調(diào)系 統(tǒng)地節(jié)能經(jīng)濟運行地條文中 , 只著重討論了直接利用室外空氣供冷新風節(jié)能運行系統(tǒng)）地節(jié)能方式 , 對于另一種間接利用新風供冷地方法未能涉及 , 現(xiàn)在此展開討論 .1 有關條文地引述在加拿大地國家空調(diào)項目設計節(jié)能規(guī)范相關條文地后續(xù)部分 間接利用室外空氣供冷 水側(cè)節(jié)能運行系統(tǒng)）是這樣規(guī)定地：a. 利用室外空氣通過直接蒸發(fā)、間接蒸發(fā)或兩者相結(jié)合地方式來冷卻供冷流體, 以減少機械供冷能耗地系

25、統(tǒng)，應能在室外空氣濕球溫度等于或低于7C地情況下，為冷卻送風空氣承擔系統(tǒng)預期地全部供冷負荷 .b. 利用室外空氣通過顯熱交換途徑冷卻供冷流體 ， 以減少機械供冷能耗地系統(tǒng) ， 應能在室外空氣干球溫度等于或低于 10C地情況下，為冷卻送風空氣承擔預期地全部供冷負荷.2 個人地見解根據(jù)筆者地理解 ,結(jié)合近年來從各方面得來地信息 ,筆者以為 ,要遵守上述規(guī)定 ,傳統(tǒng)地 空調(diào)水系統(tǒng)必須作出某些適應性地改變才行 . 這種改變可以舉出如下幾種：a. 過渡期和冬季，利用大樓新風系統(tǒng)地鷴風冷空氣對冷凍水地回水進行預冷卻如圖 8 所示地空調(diào)冷凍水系統(tǒng)是如今北美設計公司在國同人承接地某些高層建筑空調(diào) 項目設計中常

26、見地一種節(jié)能方法 . 圖中所示為全樓共用地一套中央集中供新風系統(tǒng)中地新風 空氣處理機組 . 因為一直未有機會與北美國家地設計專家們作面對面地交流 ，所以 ， 只能根據(jù) 其示意圖與功能 ， 按筆者本人地理解對這一方式作出相應地剖析 . 筆者以為圖中地前置換熱 器 1 和后置換熱器 2，主要用于過渡期和冬季地室外空氣“免費供冷”用 . 圖中地 3 只三通 調(diào)節(jié)閥只作工況轉(zhuǎn)換閥 ， 不作調(diào)節(jié)用 . 利用這 3只電動三通調(diào)節(jié)閥和聯(lián)動地切換閥 3 地共同 作用 ， 便可實現(xiàn)冬季、過渡期和夏季 3 種工況地轉(zhuǎn)換 .例如，在冬季 當室外低于10C）時，切換閥3置于下方通路.冷凍水先后依次通過各層 空調(diào)器 4

27、和板式換熱器之后 ，進入新風空氣前置換熱器和后置換熱器 2，在此與低溫地新風 空氣連續(xù)進行二次熱交換 . 一方面利用室外地低溫空氣使冷凍水回水在進入機械制冷之前 ， 先行“免費”預冷至某一稍低地溫度,例如13.9 C ,則15.6- 13.9=1.7 C ,即為新風供冷地節(jié)能效益.與此同時 ，低溫新風經(jīng)與相對較高溫度地冷凍水回水換熱后 ，得以加熱 ，從而節(jié)省了 這部分新風加熱所必須地外部供熱量 , 這顯然可為系統(tǒng)地冬季運行提供雙重地節(jié)能效益 .夏季,利用切換閥 3, 開通上方通路 ,使冷凍水先經(jīng)三通閥7、后置換熱器 2 和三通閥 8后, 進入各層空調(diào)器 4、板式換熱器 5, 最后再通過前置換熱

28、器 1 與三通閥 6, 返回冷水機組 . 在此過程中 , 高溫、高濕地新風空氣先后通過二次降溫、去濕換熱處理 , 可獲得所需地進風 參數(shù) .在過渡期 , 切換閥 3 開通下方通路 , 冷凍水則不經(jīng)后置換熱器 2, 不與新風空氣進行熱交 換,直接到達前換熱器 1 .顯然,這時水與室外進風空氣之間地溫差已大大減小 ,但仍可在不 同程度上獲得部分預冷效果 .筆者以為 , 上述方式確實可為系統(tǒng)運行提供一定地節(jié)能效果 , 如果結(jié)合上述節(jié)能規(guī)范來 看, 這一節(jié)能效應尚遠遠不能滿足規(guī)范地要求, 因為后者要求新風供冷應能承擔預期地全部供冷負荷 .b. 采用風冷式冷水機組地一種派生型帶預冷卻地機組這種機組地工作

29、原理示于圖 9. 這一利用方式地缺點是 , 在平時 夏季）不利用室外空氣 預冷時 , 會加大風冷冷凝器環(huán)路空氣側(cè)阻力 , 以致增大了相應地能耗 . 但它地好處是 , 風冷冷 凝器可與預冷盤管同時工作 , 不必相互排斥 , 必須切換使用 .c. 利用制冷系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)冷卻水地密閉式冷卻塔進行室外空氣供冷圖 10 所示即為這一方式地工作原理圖 . 在這一系統(tǒng)中是利用機械制冷系統(tǒng)中地冷卻水 冷卻設備密閉式冷卻塔 ,來實現(xiàn)冬季對自然冷源室外空氣地利用.顯然,在這里 ,機械供冷與自然冷源供冷兩者是不能同時工作地 , 必須切換著使用 .筆者以為 , 這一點也許就是 在加拿大國家空調(diào)項目設計節(jié)能規(guī)范中規(guī)定，以

30、室外空氣干球溫度10C或濕球溫度7C為工況轉(zhuǎn)換標準 , 并強調(diào)“能承擔系統(tǒng)預期地全部供冷負荷”地道理所在 . 為使該裝置能在低于 0C地室外氣溫下正常運行，系統(tǒng)中需充以乙二醇溶液不凍液.顯然，按照這一圖式 ，必須具備一個條件 ，即機械供冷系統(tǒng)必須采用密閉式冷卻塔 .密閉 式冷卻塔價格雖然十分昂貴 ， 但隨著制泠系統(tǒng)對冷卻水水質(zhì)要求地提高 ， 在不少場合下其應 用是不可少地 . 隨著新型高效、價廉地密閉式冷卻塔地面世 ， 并考慮到其冬季運行期間自然 供冷節(jié)能地效益 ， 其普遍推廣應用地前景將更趨光明 .d. 利用板式熱交換器地節(jié)能運行方式如圖 11 所示地這一方式基本上與上述利用密閉式冷卻塔地方

31、式相類似，只不過在這里是把直接蒸發(fā)式 開式）冷地塔與板式換熱器結(jié)合起來使用， 以代替密閉式冷卻塔地功能而已但是，在功能上它卻遠遜于前者，因為后者在室外溫度低于0 C時是無法運行地.變流量系統(tǒng)在我國 ， 目前空調(diào)水系統(tǒng)采用定流量式系統(tǒng)比較普遍 ， 其主要原因是它要求地地控制技 術較簡單 . 但是 ， 因為空調(diào)水系統(tǒng)地輸送動力消耗量大， 而且空調(diào)負荷地特點又是絕大部分時間里處于低負荷狀態(tài) ， 這就為空調(diào)水系統(tǒng)地節(jié)能運行提供了巨大地潛力 . 所以 ， 在上述地空調(diào) 項目設計節(jié)能規(guī)范中對此均有相應地明確地條文規(guī)定.例如，美國 ASHRAE/IES90.1-1989 地節(jié)能標準中明確提出：“水系統(tǒng)應設計

32、成變流量系統(tǒng).其所用控制閥應能根據(jù)系統(tǒng)負荷地變化自動地調(diào)節(jié)開度或逐級開啟和關閉 ， 系統(tǒng)應能將流量降低到設計流量地50%或以下 . 改變流量地方法不僅僅限于采用變速傳動泵一種 ， 可有多種方案選擇 ， 如多臺泵地臺數(shù)分段控制 或泵地特性控制等 . ”上述條文地規(guī)定是十分有道理地 . 一味追求變速傳動控制 如變頻控制） ， 初次投資很大 特別是在水系統(tǒng)規(guī)模比較大、并聯(lián)水泵臺數(shù)較多時 ， 比較經(jīng)濟地方法還是多臺水泵并聯(lián)運行 中地臺數(shù)控制 . 圖 12 所示即為典型地二次泵系統(tǒng)臺為九控制原理圖 .在該圖中 ， 一次泵系統(tǒng)采用負荷控制原理 ， 根據(jù)瞬時供、回水量及溫差地乘積 ， 計算出實 際地負荷量

33、. 當負荷量減小到一臺冷水機組地容量時 ， 便停開一臺機組及相應地水泵 . 在二次 泵系統(tǒng)中 ，因為系統(tǒng)負荷 ，也即流量地變化引起地供、回水干管中壓差地變化 ，由壓差傳感器 感測到后 ，通過壓差調(diào)節(jié)器控制旁通閥地開度 ，以保持系統(tǒng)地穩(wěn)定壓差 .同時 ，當流量計測得 地流量減少到一臺二次泵地流量時 ， 便停開一臺二次水泵 .關于“三次泵”地應用 這里“三次泵”地名稱是筆者為敘述方便而采用地 , 相對于上述典型地二次泵圖式所作地一 個非正式命名 .實質(zhì)上 ,它是指裝在某些空調(diào)換熱器 冷卻器、加熱器）前用于系統(tǒng)循環(huán)地水 泵. 三次泵地典型連接方式應用原理示于圖 13.采用三次泵地這一做法目前幾乎已成

34、為歐美和日本等國家通行地標準做法 .但是, 這一 技術在我國卻不為人們所理解 ,往往會被經(jīng)手人員取消 . 與之對應地傳統(tǒng)地三通調(diào)節(jié)閥接管 方式示于圖 14. 比較兩者不難看出 , 其間一個最大地區(qū)別在于前者可使子系統(tǒng)內(nèi)保持恒定地 水流量 , 適用于變流量地水系統(tǒng) . 而后者地作用在于使子系統(tǒng)內(nèi)地流量隨負荷而變化 , 適用于 定流量地水系統(tǒng) .按筆者地分析 , 采用三次泵決不是可有可無、徒添麻煩地事 , 其好處主要在于如下幾個方 面：a. 改善子系統(tǒng)地水力工況和循環(huán)；b. 減少二次泵地揚程；c. 改善三通調(diào)節(jié)閥地運行條件 .關于這最后一點：筆者不得不多費此筆墨 . 在關于三通調(diào)節(jié)閥地運行方面,

35、筆者曾有兩次難忘地親自經(jīng)歷 一次是約10年前在對 國外某公司）1只DN80地三通調(diào)節(jié)閥進行調(diào)試 時,發(fā)覺其閥芯會不停地旋轉(zhuǎn) ,過不多久便被磨損不堪 .供貨單位認為是因為系統(tǒng)壓力太大 , 以致閥前后壓差超過了允許地限度所致其實，水系統(tǒng)中水泵地揚程尚屬常規(guī)，僅只0.25-0.3Mpa，基本上為克服系統(tǒng)阻力所必須.另外一次則是去年上海博物館空調(diào)項目地調(diào)試.所見也是一只較大規(guī)格地自動控制閥 ， 結(jié)果控制閥難正常運行 ， 以致冬季時常過熱 ， 夏季又過冷 . 外 方供貨單位也是堅持認為閥前后壓差太大 ， 超出了調(diào)節(jié)閥地允許限度 大口徑閥地允許限度 小） ， 以致閥門無法關閉 . 這種種現(xiàn)象表明 ， 我們

36、過去通常習慣地設計手法不是沒有問題地 . 采用三次泵地做法無疑會大大改善三通調(diào)節(jié)閥所賴以正常運行地水力工況， 因為三次泵地特性可完全針對所在子系統(tǒng) 盤管、調(diào)節(jié)閥）地水力狀況進行選定 .在述及三次泵及其與三通閥組成地子系統(tǒng)控制方式時 ， 不能不提及最近出現(xiàn)地另一種更 簡化地采用變頻調(diào)速型三次泵代替三通閥與定流量型三次泵地組合型圖式圖 15） . 這種方式較之于圖 1 3控制方式地優(yōu)點是不言自明地 .關于空調(diào)水系統(tǒng)地垂直分區(qū)考慮到標準型冷水機組、空調(diào)器中地熱交換器以及閥門、管配件對水靜壓地承載能力，迄今國內(nèi)對于高層和超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)地常規(guī)做法,基本上都是按60m或100m地高度作垂直分區(qū)處理，

37、即每隔60m或100m設置一個獨立地水系統(tǒng)，在適當高度地樓層上分別設置 板式換熱器或者冷水機組 ， 實現(xiàn)水力隔離 . 采用板式換熱器一方面加大了造價 ， 另一方面也增 大了冷量和可供利用地溫度損失 . 按高度分區(qū)設置冷水機組 ， 結(jié)果將是機房分散 ， 管理不便 ， 加之系統(tǒng)各自獨立 ， 冷水機組不能互為備用 ， 部分負荷下地運行效率比起統(tǒng)一地系統(tǒng)更低 ， 能 耗費用增大美國某設計單位在上海 88層420m高地金茂大廈空調(diào)水系統(tǒng)地初步設計中本來 是考慮設置一個統(tǒng)一地水系統(tǒng) .全部冷水機組均集中設于地下層內(nèi) ,全樓不作垂直分區(qū) .為此 , 所有冷水機組、空調(diào)器、閥門管件均按高靜壓承載能力作特殊訂貨

38、 .美方專家說明 , 這種處 理手法在境外不少超高層建筑中已經(jīng)有過多次實踐經(jīng)驗 ,技術上是成熟地、可靠地 . 后來,在 實施中 ,中方有關專家提出了修改方案 , 按高度和負荷性質(zhì) , 分別組成 3 個獨立地系統(tǒng) ,即高 區(qū)系統(tǒng)、中區(qū)系統(tǒng)和低區(qū)系統(tǒng) .各區(qū)系統(tǒng)均是一竿子到底 ,不殖民地作垂直分區(qū) . 這一作法地 一個主要好處是可降低中區(qū)和低區(qū)系統(tǒng)所有設備和管件地承載能力 , 但無疑這也使系統(tǒng)失去 了不少功能 , 如 3 個系統(tǒng)不能統(tǒng)一步調(diào)供冷 , 不能互為備用；在低負荷時 ,3 個系統(tǒng)地冷水機 組都要在低負荷下運行；另外 , 在管理上也增加了不少麻煩 , 因為各系統(tǒng)中地設備、閥門及 管件地額定承

39、壓能力不同 , 不能互換使用 . 總之 , 一個方案地優(yōu)劣并不是絕對地 , 仁者見仁嘛 .大溫差、小流量地冷凍水系統(tǒng)迄今為止，我國空調(diào)項目中空調(diào)用冷凍水系統(tǒng)地供、回水溫度地標準取值都是7/12 C ,溫差 t=5 C ,這也許可以說是幾十年一貫制了但是，隨著境外設計單位，特別是北美國家設計公司在上海建筑市場上地成功進取 ， 隨著蓄冷系統(tǒng)、低溫送風技術以及冬季水側(cè)經(jīng)濟運行 技術地發(fā)展 ， 給上海也帶來了大溫差、小流量地空調(diào)冷凍水系統(tǒng) . 大溫差、小流量水系統(tǒng)看 來主要源自于美國和加拿大 . 日本近年來也在從事這方面地基礎性研究 ， 并相繼發(fā)表了一系 列論文報告 ， 對該項技術作出了肯定性地結(jié)論

40、.一般大溫差、小流量地冷凍水系統(tǒng)對供、回水水溫度和溫差大致是取5/15 C ,溫差At=10C ,.為了獲得5C地低溫和10C地溫差,一般有3種做法：利用冰蓄冷系統(tǒng)提供低溫 水與之混合；采用溴化鋰吸收式制冷機與離心式冷水機組串聯(lián)運行供冷；是采用大溫 差、低溫出水地離心式冷水機組 .冷凍水系統(tǒng)采用大溫差、小流量地好處主要在于：a. 減小系統(tǒng)地循環(huán)流量 , 降低水系統(tǒng)地輸送動力消耗 .b. 減小管道截面尺寸 , 降低管道造價 .c. 可減小管井截面積 , 減小敷設管道所需空間 .d. 減小管道供冷時地沿程傳熱損失 .e. 提高回水溫度 , 為冬季和過渡期實現(xiàn)新風空氣供冷擴大了利用地潛力 .另據(jù)日本地實驗研究，采用大溫差、小流量地冷水系統(tǒng)后，即使是把全部10C