超高层建筑空调设计超高层建筑空调 v超高层建筑自然特性与空调的关系 v超高层建筑冷负荷计算 v超高层建筑水路系统设计 vVAV系统在超高层建筑上的应用 v超高层建筑特殊空调系统应用 v超高层建筑冷热源的选择 1. 超高层建筑自然特性与空调的关系 v超高层建筑自然特性 v风速随高度的变化 v表面放热系数 v热压和风压引起的空气渗透 v高空风环境对进排风口的影响 v室外温度与地面温度的差异
太阳辐射强度 v随着建筑高度升高，大气透明度、太阳辐射强度亦增大。 v高度增加，大气透明度提高，相对周围建筑比较高。 v其他建筑屋顶对超高层建筑的屋面反射也增加，ρ＝0.30。 放热系数 v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。 v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％。 v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。 热压 v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。 v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。 v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。 系统承压能力 v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。 v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。 v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。 防排烟的影响 v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 v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 v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 冷热负荷的影响 v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。 v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。 v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。 v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。 规范与措施 v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。 v特别是防火规范国内外设计人员也在摸索中。 风速随高度的变化 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。 u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。 u对超高层建筑则不可忽视其影响，必须对风速进行修正。 u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。 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。 室外温度与地面温度的差异 u空气温度与地面的加热或冷却有着直接的关系。 u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。 u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。 u一般来说，每升高100m温度就下降1℃左右。 u选取大楼冬季室外计算温度时，一定要考虑这一因素。 v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。 v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。 v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。
负荷计算 （1）房间的得热量与冷负荷 u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。 u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。
（2）夏季冷负荷 v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。 v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。 （3）空调房间的夏季得热量 v通过围护结构传入室内的热量 v通过外玻璃进入室内的太阳辐射热量 v人体散热量 v照明散热量 v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） v食品或物料的散热量 v渗透空气带入室内的热量 v伴随各种散湿过程产生的潜热量
超高层建筑高承压水路系统 u随着建筑高度增高，空调水路系统承受水压就愈大，对于100m高建筑来说静水压力就达到1.0MPa左右。 u目前我国超高层建筑中，上海静安希尔顿饭店（143m），中间不设设备层，膨胀水箱设在146m处，水泵扬程为37.5m H2O（水泵对于蒸发器是压出式安装），系统内最大压力约1.9MPa。选用管材、部件、设备（蒸发器、末端装置）需要承压2.1MPa。 u上海金茂大厦(420.5m)高区水系统承压达2.8MPa(不包括制冷机)。 v提高空调水系统承压能力，有着巨大的经济效益和社会效益。超高层建筑盖在城市黄金地段，地价和楼价是当地最贵的，中间设置设备层经济上是不合算的，如果占用两个标准层为设备机房，会使好地段楼价达1亿人民币，业主得不到回报，同时也会影响建筑物立面景观和建筑物造型。 v高承压水路系统设计从节能来考虑经济意义也是显著的，对于一幢150m高建筑，中间不设板式换热器，垂直一个系统供回水温度是7/12℃，如果中间设板换，上层的供回水就是9/14 ℃ ，有一半建筑空调通过板换供冷，热效率至少下降20％左右，而且末端装置换热面积要加大20％，对于安装、设备投资、噪声均带来问题。 v当然高承压设计设备压力增加，造价随之提高，但是相对于高承压系统整体效益还是比较小的。 -- 按理论一幢500m高的建筑，最理想的空调水系统是中间不设任何转换设备垂直系统，最大静水压力为5.0MPa -- 目前还没有发明减低静水压力装置，设备承压能力是有限的，只能采用一次板换，甚至二次板换来解决。 v目前国内有的工程100m以下建筑中间设置一个转换层是没有必要的。
另外一种采用无缝铜管，用铝翅片机械胀接，过冷处理，盘管的工作压力设计为3.1MPa。 空调箱的冷热盘管：采用纯铝质缠绕铝翅片，以10MPa以上水压紧密结合于5/8in紫铜管上．承压可达6.4MPa。 冷却和加热盘管：采用铜管、铝翅片、翅片用机械加压胀接在铜管上。盘管试验压力3MPa，最大设计工作压力为1.5MPa。
四管制水系统 （1）四管制水系统的特点 v能同时在不同地方分别供冷与供热；能在过渡季或冬季提供内区供冷周边供暖，或北向房间供热，南向房间供冷； v适应房间负荷的各种变化，调节灵活，全天候维持室内温湿度为一个定值。 v是否具备四管制水系统是衡量星级酒店的标准之一。 v四管制水系统对于水质硬度大的地区，起到保护冷盘管寿命作用。 v四管制水系统比起两管制水系统管道设备几乎增加一倍，造价增加。 v运转费用也有所提高，既要开制冷机又要开启锅炉。 （2）四管制应用中的问题及其原因分析 v改革开放以来，我国引进项目的大部分酒店设计成四管制水系统。 v如北京的西苑、香山、长城、昆仑等饭店，南京的金陵饭店等不少于20个工程。但从十多年的运行实践看，基本上按两管制运行，即冬季供热，夏季供冷，过渡季送新风，停止供热供冷。没有真正按四管制运行过。 分析其原因： v室外气象条件： 北京地区四季分明，有两个明显过渡季节。 一年中，4月初停止供暖，5月份供冷，11月初供暖。既要供暖又要供冷的时间很短。 即使出现这种情况，送部分室外新风也能消除室内余热。 夏季送风温度17℃左右，过渡季用10℃室外新风和25℃风对半混合送风温度也在17℃左右，因而很少按四管制运行。 v建筑内发热量不够： 在过渡季或冬季，内区人体发热量随着气温下降和人体衣着增加也有所下降。内区建筑面积通常被电梯占据，剩下的面积不多。经过计算内区余热均比较少。 在外区达到需供热温度时，内区往往余热不足，甚至于达不到单机容量10％的出力，以致制冷机难以连续运行。 冬季冷却塔启动也受到限制，致使在过渡季节或冬季供冷系统停止使用。在这种情况下，只能让内区温度升高，达不到设计要求工况。 v对舒适度的要求： 在春季无论中国人或外国人对室内温度要求并非是一个定值。美国ASHRAE的舒适健康指标是以有效温度25℃作为人体冷感觉测定尺度。在温度18~29℃，相对湿度30％~70％，风速0.15m/s左右时，一般人均会感到舒适。在这个温湿度范围内人们不一定要求供暖或供冷． 从空气质量来说，一年四季在10％~30％新风状态空调环境下，空气中会滞留很多细菌，对人体健康是不利的，容易产生“空调病”，往往需要一定时间进行全面换气，消除建筑物内各种气味，达到卫生标准。当然在全面换气时，一定要设置排风系统，否则房间正压过大是不可取的。 （3）几种改进的系统形式 1）分区设置四管制、两管制 v公共部分（裙房）为四管制，上部客房为两管制。 这种系统使用较多，主要考虑到裙房内区发热量较大，而客房部分人员少，可随季节变化供冷或供暖维持室温。 v裙房为四管制，上部办公室为两管制，在办公楼内区再加一套新风系统（不接冷热水）以此来调节写字楼内区过渡季节温度。 如上海四通国际商业城即以此方法设计。 2）分区两管切换系统 v客房水系统可早些切换为供暖，其他公共部分可推迟一段时间才切换。 可以利用新风免费为公共部分供冷，以达到节能目的，而却能将分区供冷供热矛盾缩小。既满足了多用、早用新风的目的，也避免了目前两管制一次切换的毛病。 宜采用DDC系统自动切换。 v注意：在切换过程中，防止冷热水串通的问题。 当热水管切换为冷水管时．中间需要一段冷却时间，反之亦然。否则能量耗费很大。 3）两管制加一台大型分体机 v采用两管制水系统，计算出内区过渡季总冷量，在内区空调机房内设置一至三台室内机，供过渡季或冬季使用，实现四管制功能，避免了采用冷水机组冬季冷却塔结冰问题。 这是一种简单而经济的办法。 4）两管制加独立周边供暖系统（北向客房暖气系统） 北京国际饭店采用这种系统，裙房部分为四管制，使用多年效果良好。 （4）结论 v采用四管制或两管制是根据当地气象条件，建筑物内部使用功能以及建筑物档次而定。 v特别对于建筑物内人员密集地区，如超高层建筑办公楼、大型商场、超级市场、交易所等宜用四管制。 v就地区而言，华东、上海一带宜用四管制。上海地区平均温度在8℃就有109天之久，加上在8℃上下的天数就更多。在这种温度状态下，内区有余热，周边外区需供暖。
3.3 超高层建筑标准层空调 （1）全天候空调设计 ·超高层建筑由于楼层高，底盘面积大，无论标准层和裙房均存在着内区和外区。 ·内区有余热，外区除了有余热还有围护结构的冷热负荷。 ·为了保证一年四季内外区维持人们工作所需的舒适温湿度，空调设计应是全天候的。无论什么时间内区、外区温湿度均应保证。 v超高层建筑标准层从内区至外区至少有8m以上距离。建筑设计时并没有分成内区和外区的隔墙。 空调设计时必须要有一条中间假设线，实际使用时这条假设线是会出现的。 v当房间装修分割时往往公司的经理部门布置在沿窗口一侧，那么内区便是职员办公的大空间。内区只有冷负荷，外区有围护结构的冷热负荷和人体、设备灯光的余热。 v对于上海、北京地区来说，内外分区设计尤为重要，当外区供暖、内区有余热，仍需要供冷。 v如果不采用四管制全天候空调设计，用户会投诉的。 北京地区高层建筑中内区过热现象造成空调设计修改也多次发生过。 v深圳、香港地区由于冬季室外温度在5℃以下一年仅十几天。 -- 香港中银大厦（315m）采用变风量(VAV)空调系统。 -- 外区末端装置设有电加热器，当室外温度降至7℃时，电加热器开始工作，外区送风口加上电加热器，解决冬季（约半个月时间）供暖问题。 v深港地区设计全天候空调比上海、北京地区要简单。 v北京、上海等地为达到全天候空调设计，必须采用许多措施。 -- 首先是两管制满足不了内区外区同时供暖的要求。而且在同一系统内把60℃热水变成供7℃冷水。制冷机运行时要消耗大量能量，因此采用四管制是必要的条件。 -- 另外末端装置不是采用单一的VAV或PC（风机盘管）所能解决的。必须是多种设备组合才能达到节能、又能满足内外区的功能要求。
l过渡季工况 内区有余热，外区开始供暖，内区仍要供冷。 一次风空调机组供冷，对内区是适宜的，对外区既用热水供暖又进入一次风冷量，形成冷热互相抵消状态，运行不经济。 此时新风空调机组最好关闭冷热水阀门，即不供冷也不供暖，直接送室外新风。 l冬季工况 当室外温度下降至5℃或5℃以下时，内区仍在供冷，一次风空调机组供冷，外区热水盘管供暖，供热量要承担一次风空调机组供冷所需的热量。 此时室外新风空调机组只能供暖运行（冷盘管此时要采取防冻措施）。 一次风空调机组供冷时要承担新风带来热量额外消耗部分冷量。
冬季与过渡季节利用冷却塔供冷 上海金茂大厦空调中，其中一组冷却塔在过渡季利用冷却水供冷。 v当室外干球温度低于15℃时，机械制冷运行模式停止，此时进入冷却塔供冷运行模式。 v板式换热器接管上的电动阀打开，由冷却塔来的6.6℃冷却水（上海冬季冷水温度）进入板式换热器，经换热后以9.8℃冷却水抽回冷却塔处理； v同时，空调系统中的13.3℃冷水回水经过板式换热器时被冷却至7.7℃，随后由冷水泵送往空调器用冷处。
v 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2~3倍 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。
v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。 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)。 v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。
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。 VAV系统用在超高层建筑可能会产生下述现象： ·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。
VAV末端装置的控制 v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
香港地区工程中采用VAV系统的原因： v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（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。 v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楼、银行等业主欢迎。
VALANCE空调系统 v美国Edwards (爱德华 )工程公司最近推出一种构造简单的新式空碉器称为帘式空调器（ VALANCE）作为空调系统末端装置。 -- 既没有风机盘管的风机，又没有诱导器的喷嘴，仅有一个高效热交换器。 -- 既可安装在窗户上部，顶棚下部的墙角上，也可以沿内墙角敷设。 -- 其外部装饰像窗帘盒，把换热器藏在其中，底部带有一个滴水盘。 v夏季盘管内通过冷水借对流作用达到制冷；冬季热交换器通过热水，依靠辐射作用提高室温。
v 帘式空调器最大优点：由于没有机械传动气流装置，完全靠自然对流，运转时安静。 v适用于有噪声控制要求的建筑，特别是高级旅馆客房、广播电视演播室、医院病房等使用效果更好。 v由于没有气流传动装置，可以节省风机能量。据统计，大约3年节省下来的运转费就可以补偿帘式空调器本身造价。 v此外由于没有机械传动部件与过滤设备，用不着像风机盘管的风机轴承每年需加润滑油和更换过滤器，因此维护管理就比较简单。 v没有吹风感，在进行冷却循环时室内空气通过串片盘管，翅片上便形成凝结水，凝结水集中在滴水盘上排走。因为空气通过冷却器流动缓慢，所以得到充分除湿。 v空气的缓慢流动，管子上的凝结水起到过滤作用，在空气中悬浮的颗粒物质与翅片接触后，就附着在上面，这些颗粒就随着凝结水被冲到排水管中去，起着洁净过滤空气的作用。 v房间温度由恒温器控制电动阀来调节冷、热水流量。 v需独立新风空调系统来补充室内新鲜空气。 v金属耗量大，如果装饰不雅，显得有些庞大，仅适用于冷负荷不是很大的房间。 水源热泵空调系统 · 超层层建筑的裙房、出租商店，由于使用时间与计费关系均可以采用水源热泵中央空调系统。 ·上海金茂大厦部分商店采用此系统。 (1)系统形式 u将众多小型水冷式空调机集中起来，由中央冷却塔和水泵集中提供循环冷却水，冬、夏共用系统，称之为水源热泵中央空调系统。
v利用冷却塔与空气进行热交换，吸取空气中低品位能量，存在于大气中的无限能量，具有较好的节能效果。 ·对于华南地区（广东、广西、海南）可选用开放式冷却塔作为冬季大气吸热体，此时冷却塔容量应相应放大30％~40％，冷却水管应适当保温。 ·对于长江沿线或长江以南地区，可选用风冷热泵作为大气吸热源，其制热能力按系统总制冷量为40％选配（此时可称之为空气源热泵中央空调系统） ·对于长江以北地区冬季可配以辅助加热。热源亦可用燃油、燃气、热水锅炉或土壤热等。 v 该系统最近在上海得到了大量推广，已经有50余个项目正在施工和使用，其中有： -- 新建或改建办公楼酒店、学校和医院工程 -- 特别对于医院建筑，水源热泵系统，不会像集中空调那 样造成空气互相干扰 v水源热泵中央空调系统之所以能得到用户信赖，关键是选用了涡旋式压缩机 -- 热效率高 -- 噪声能维持在40dB以下
工程相关投资下降 ·不需主机房及冷冻水泵间，节省土建费用。 ·当室内机选用明装式或挂壁式或侧出风立柜机时，房间内可不用顶装修，节省装修费。 ·由于系统能效比高，单相电源空调机组功率因数高(cosΦ＞0.96)，空调系统变压器容量可下降30％左右，节省配电工程安装费及增容费。 智能化控制，操作方便，易实现计算机集中监控 v空调机组为微电脑智能化控制，机组可遥控、线控或面板操作，可设置时间、温度。 v当机组电脑板上配置通信口时，通过中央计算机可对系统集中监控，与楼宇控制系统接口，实现设备管理自动化及能量管理自动化。 采暖形式多样 v热泵机组，冬季采暖时，水回路水温保持15~25℃，辅助热源可采用各种工业废热、余热、或锅炉，或风冷热泵，或地热，或者太阳能供热系统。 v当建筑物分内外两区时，内外区之间可用水回收热能，大量节约能源。空调机供热能力稳定，不随外界环境气温变化（风冷热泵机组则不同)。 v对华南地区，用户可采用开放式冷却塔直接进行热泵采暖。 v对于双盘管机组，冬季采暖时，压缩机停用，在机组热水盘管内通热水（水温45~60℃）直接采暖。 v选用适当的热水源，就可达到冬夏两季均节能的目的。 机组运行可靠性高，寿命长，噪声低 v系统中各台机组相互独立，单台机故障不会影响到其他区域的机组运行，系统安全性高。 v机组压缩机具有高低电压保护，高低压力保护，过电流过热保护，压缩机长期在水冷工况下工作运行条件良好，工作负荷低，压缩机组采用特殊吸声、隔振设计，噪声大幅度下降，寿命大大延长。 安装简单、节省建筑安装空间 冷却水管不需保温施工，省去了冷冻水泵的安装调试，工程量下降，空调机外机或整机均置于吊顶内，不占用楼内外地面空间。 能量计费方便 ·当系统用于出租性公寓或办公楼、商铺、住宅楼时，每个用户单元可单独配置电度表 ·冷却水系统功耗则按用户空调机用电大小按比例分摊。
v索兰研究所的加以解决：在选用低温性能好的高效压缩机的基础上，降低冷凝温度，选择一种可行的末端采暖装置与之配合使用。 v具体目标：气源热泵机组在气温-15℃下稳定运行，通过向辐射地板采暖供出35~38℃左右的热水，使得在寒冷地区的室内温度达到舒适要求，即18~20℃。 v理论依据：在上述气温、水温条件下，热泵的蒸发温度至少是-20℃，蒸发压力是0.1455MPa，冷凝温度是40~43 ℃，冷凝压力是I.42~1.54MPa，即压缩机的压缩比仅为9.8~10.58，远比使用常规采暖装置时，要求供水温度45℃的压缩比12.59（已达压缩机的不良工作范围）要低很多。 v索兰研究所：曾通过太阳能集热器产生低温热水供辐射地板采暖，水温30~40℃即可满足北京地区冬季需求，因此认为辐射地板是一种配合气源热泵的理想的散热末端。 v为考验空气源热泵的低温性能，2001年8月在索兰低温实验室进行了模拟低温性能测试，控制环境温度-6~-16℃，出水温度31~35℃，机组运行正常，COP平均在2.0以上，证明该系统在我国寒冷地区(京津大连等地区)可以应用。 组合型风管系统 v超高层建筑标准层面积约占大楼70％，传统的钢板风管外加保温做法，已无法满足现代建筑施工要求。 v采用组合型风管，由车间生产组合部件，到现场进行组装，大大地提高工程质量，加快工程速度，符合超高层建筑施工要求。 现有技术 目前，空调系统风管的传统做法：采用镀锌钢板外加保温层。 v这种风管的缺点： -- 体积笨重 -- 加工困难 -- 安装麻烦 -- 外保温层易损坏，欠美观 -- 风管中空气流动所产生的二次噪声不易消除 -- 风管内壁易氧化、易积灰尘 -- 在潮湿的环境中滋生微生物、产生霉菌和细菌
v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％。 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。 离心式制冷机组 v制冷剂：HCFC-123（低压） v HCFC-22（中压） v HFC-134a（中压） v单机制冷量：350~8500kW v空调工况COP：5.0~5.9 v最低供冷温度：单级为0℃，三级压缩低压及中压为-6℃ v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％。 吸收式制冷机 v制冷剂：H2O/LiBr双效 v单机制冷量：230~7000kW v空调工况COP：为1.0~1.3 v最低供冷温度：6℃ 综上所述: Ø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。 Ø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。 Ø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）。 Ø目前市场上螺杆式承压达2.45MPa，离心机加强型2.1MPa。 v 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。 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1150RT×3台（用于低层裙房），电动离心式制冷机1450RTx 3合（用于高层部分）。 风冷制冷机 v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。 深圳、香港地区适用风冷机 v 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。 v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度降低才有利，因此深圳、香港地区适用风冷机。 v香港地区由于水资源的缺乏，政府规定大楼空调不应采用淡水冷却塔，因此许多大楼屋顶上设置了风冷制冷机。 v对于缺水的沙漠地区，像中东国家和美国Las Vegas（拉斯维加斯 ）则全部采用风冷制冷机。尽管室外温度达到15℃以上，制冷机仍能正常供冷。 中水处理问题引起对风冷制冷机的需求 为了节省用水，采用收集盥洗、休浴等部分的水，经过处理后再重复利用，称之为中水处理。 水作为一种资源要得到合理、充分使用，因此各地区均做出中水处理规定。但是在空调工程上，冷却塔所消耗的水却占有很大的比例。 以深圳经协大厦为例： v空调补水G＝3640RT×16×12L/RT＝700t/h，中水处理得到了441t/h，而空调冷却塔要消耗700t/h。得到的中水量比较小，仅占空调冷却水量的一半。 v由于水质的问题，中水还不能作为冷却塔补给水。 v中水处理投资大，占地大，并带来二次污染的问题，处理过程中还需耗电。 许多人建议，与其进行中水处理，不如将空调水冷机组改为风冷机组，使整个设计更为合理些。 海水冷却 v用海水冷却也非常节能。 ·海水温度终年保持在20℃左右，冷却效果好。 ·但是只有靠近海边的楼宇才能利用，距离远了造价就会成倍增加。 ·在香港的中环太古广场（约40万m2），就设置一套变水量海水冷却系统，提供给不同位置的水冷制冷机组使用。 ·冷却水系统的管材和部件均采用铬合金材料，以防止海水的腐蚀。 ·同时在海水吸入口处设置一套氯气发生器，专门为吸入口海水中加入氯气，其目的是在于使海水可畅通流入，防止海藻和贝类在入口处生长而堵塞管道和部件。 ·总之利用海水冷却，一次性投资也是昂贵的。 冷却塔 v超高层建筑空调设计，最为棘手的问题应是冷却塔。 v对于一幢30万m2建筑，制冷量约为2400万kW，冷凝负荷2880万kW，排除这么大的冷凝热，需要10台288万kW的冷却塔。 v每台水量要570m3/h，占用2000m2露天面积。对于尖顶建筑，上部没有地方摆放。 v如果裙房建筑位置不够那更成问题，由于冷却塔外形不能与建筑协调，景观不美. v冷却塔噪声、飘水均是人们投诉对象，有的城市冷却塔、烟囱一样列入城市环境的公害，大大地影响城市环境的美观。 1）引射式冷却塔 随着社会和经济的发展，节约水资源和环境保护的呼声日益强烈。传统冷却塔逐渐暴露出一系列诸如失水量大、噪声污染和水滴飞溅等问题。
板式水-水换热器的设计选型： v已知板式换热器的热工特性和水力特性 v先选板型，并拟定板间流速 v计算设计条件下，热流体和冷流体的表面换热系数αh和αc以及传热系数K v通过试算得到所需的板片数、流程组合及阻力损失 热、电、冷三联供 当超高层建筑面积达30万~40万m2时，冷、热、电负荷可以达到一个小城镇容量，为了能源综合有效利用，提高能源利用效率与环境保护的需要，应采取热、电、冷三联供方式。 （1）热、电、冷三联供方式 通过热网将集中热源厂生产的热水、蒸汽、冷水等热能供给各种类型的建筑物。热源一般是热电机组或吸收式制冷机，也有同时使用两种类型的情况。 热、电、冷联供的优越性： v节省能源，减少CO2的排放量 大型发电厂的发电效率为35%~55％，扣除厂用电和线路损失之后，冷热电联供终端利用效率可达到90%，而且没有输电损耗。美国能源部在一份冷热电联供的报告中说，如果按照他们的计划实施冷热电联供技术，到2020年可使CO2的排放量减少19％~30％。 v提高热电厂的设备利用率及经济效益 目前我国热电厂大都热负荷偏低，全年热负荷极不均衡，冬季热负荷高，夏季热负荷低，夏季热电厂的利用率极低。若发展夏季以热制冷，就可以提高热电厂的设备利用率及热电厂的经济效益。 v产生节电和增电效益，缓和夏季电力供需矛盾 u我国东部地区由于受降温负荷的影响，夏季电力负荷已大大高于冬季，夏季负荷中有些大城市的空调负荷几乎占总用电负荷的1/4。因此降低空调负荷对于缓解夏季电力供需矛盾具有十分重要的意义。 u利用已建热电厂发展热电冷三联供，一方面替代电力空调，节约大量电力；另一方面增加热电厂的热负荷，同时增加热电厂的发电量，提高热电厂的发电效率，降低煤耗，增加发电厂的负荷率和发电设备利用小时数，从而提高电力系统的经济效益。 v用溴化锂替代氟里昂，有利于环境保护。 （2）燃气—蒸汽联合循环 将具有较高平均吸热温度的燃气轮机循环（布雷顿循环）与具有较低平均放热温度的蒸汽轮机循环（朗肯循环）结合起来，使燃气轮机的废热成为汽轮机循环的加热热源，达到扬长避短，相互弥补的目的，使整个联合循环的热能利用水平提高，其发电效率高达45％~58％。 具有高效低耗、启动快、可用率高、投资省、建设期短、环境污染少、省水及占地少等优点。 目前就世界范围而言，燃机发电在世界上已进入高度发展时代，技术日趋完善。单机功率250~300MW已投入商业运行。 主要有四种工艺方式： 1）燃气轮机--蒸汽轮机联合循环热电联产 v首先，燃料在燃气轮机内燃烧，产生热膨胀功推动动力透平涡轮叶片驱动发电机发电，高温乏（烟）气经余热锅炉，生产出中温中压以上参数的蒸汽，蒸汽推动蒸汽轮机驱动发电机发电，并将作功后的乏汽用于供热。 v特点：发电比率高，有效能量转换率高，烟气余热的转换率高，经济效益好。
燃气轮机-蒸汽轮机联合循环的特点： Ø发电效率高：联合循环效率已达60％，燃煤火电厂最高效率约为42％。 Ø节约用水：用水一般为燃煤火电厂的1/3。燃烧1m3天然气理论可回收约1.53kg水，1kg的LPG（液化天然气 ）理论可回收2.2kg水。 Ø占地省：占地仅为燃煤火电厂的10％~30％。 Ø造价低：国际上单位千瓦造价约为300~500美元，大型燃煤电厂加装脱硫设施的造价900~1000美元。 Ø建设期短：建设周期为8~10个月，发电的建设周期为16~20个月，而燃煤火电厂则需24~26个月。 Ø设备灵活：设备调节灵活性，优于煤电和核电。 Ø环境代价低：没有燃煤火电厂的多元污染，特别是氮氧化物单位排放置远低于燃煤和燃气锅炉。 （3）CCHP热、电、冷三联供技术 CCHP系统：以燃气为能源在建筑物内就地进行热、电、冷合产的供能系统。CCHP技术包括以下领域： ·燃气祸轮机 ·微型涡轮机 ·内燃发动机 ·燃料电池 ·吸收式制冷机及热泵 ·干燥及能源回收系统 ·引擎及电动驱动系统 ·热能的储存、传输 ·控制及系统集成技术 ·。。。 这种系统不仅有较高的能量利用效率，而在使用上有很大的灵活性，能够因地制宜，对动力和热量有效地组合应用。 能源综合效率在80％以上，采用热泵时可超过100％。 除此之外，在建筑上推广该系统后，还将明显地减少CO2的排放量，为用户提供可靠、健康、安全、高效和好适的环境。
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