高层建筑空调水系统的设计

高层建筑空调水系统的设计

付腾

宜宾职业技术学院建筑工程系四川宜宾644003

摘要：高层建筑越来越多，能耗所占比例越来越大。本论文探讨了高层建筑中央空调水系统设计方案，给出了变水量控制模式，详细分析了流量调节方法与途径，对于进一步提高高层建筑中央空调水系统的节能设计具有一定借鉴意义。

关键词：高层建筑；空调水系统；变流量；节能

1高层建筑中央空调水系统设计方案

随着经济的发展，高层建筑越来越多，高层建筑不同时段负荷变化大，中央空调水系统规模大，控制复杂。在设计时，高层建筑中央空调水系统需要考虑下面几方面内容：

1.1空调制冷机房位置设计方案

该方案中需要考虑到中央空调的制冷机组的质量和尺寸都相对较大，因此最好设置在建筑物的较低位置，这样的设计不仅可以降低安装过程中运输和定位的难度，同时还减少了日后维护保养以及更换施工的工作量，但是，具体的配置设计还要考虑到制冷机组的噪声污染和振动影响。当前的高层建筑都有地下室设计，最好将制冷机组放于地下室中。

1.2空调水系统冷却塔位置设计方案

高层建筑通常会用到大型的中央空调处理系统，此时就需要使用开放式冷却塔提供冷却水的设计方案。冷却塔的位置以设计安装在日常通风性能较好的区域，且以不影响建筑结构的视野效果为最佳。在设计过程中需要考虑到冷却塔同制冷主机的高度落差不宜过大，同时，还要考虑到冷却塔中的军团菌生产问题和噪声污染问题，根据建筑设计特点以及周边环境可以将冷却塔单独设计在建筑外部或者建筑顶部都可以，超高层建筑一般要在建筑外部设计冷却塔。

1.3空调水系统承压方案的设计

无论高层建筑还是普通建筑的中央空调水系统中的相关管道以及阀门等附件的承压能力不具备随意增大的性质，因此在高层建筑的中央空调水系统设计方案中需要重点考虑常用设备以及管道的承压能力。在高层空调水系统的设计方案中常常出现一个冷冻水循环系统提供整个建筑冷冻水时，空调系统的压力超过附件的承压能力而出现故障的问题，因此，这种情况下可以采用将中央空调水系统结合换热器将整个系统分割成几个小单位的循环系统，以分散空调系统的工作压力。

1.4空调水系统中冷冻水供水温度方案的设计

在高层中央空调系统中，风机盘管以及空调机组等系统末端设备的制冷除湿能力会随着冷冻水温度的增加而降低，空调制冷机组的工作效率就会下降，同样空调保温工作运行中对于这方面的要求会更高。高层建筑的空调水系统冷冻水供水温度设计需要控制在8.5℃之内。

2高层建筑中央空调水系统控制方案的优化设计

2.1末端流量调节

由于季节、昼夜和用户负荷的变化，空调房间在大部分时间内实际负荷与设计负载差距较大，在当前的工程中往往会在空调系统中的空气设备以及末端位置安装三通的自动调节阀装置，以提高控制精确性，减少人为操作误差。当空调系统内部负荷降低时自动三通阀就会自动调整打开度，减少空气处理单元内的冷冻水流量，实现控制温度平衡的目的。同时该种三通阀门设计还一定程度上具有施工简单，操作便携以及成本相对较低的优点，适用于一些大型场所以及高层建筑的空调系统运用。

2.2变水量系统流量调节控制方案分析

对一个冷冻水系统的节能可从两方面考虑：

在对于空调冷冻水变水量设计方案的优化主要是考虑到空调系统的节能和高效两方面的内容。在节能优化处理方面可以采用两种设计方案：一是管网管路进行优化设计，就是对空调水系统内的管网和管路进行优化调整，使管路保持畅通，减少死角和直角弯造成管路损害的问题。二是对水泵系统进行优化控制。很显然，一个建筑建成后，要优化其与建筑己近乎合为一体的管网系统是很困难的。相对而言，对水泵系统的优化控制要比改变管网系统的管路简单许多。在变流量控制模式下，系统以一定的水温供应空调机以提高冷/热源机器的效率，而以改变台数控制或变频器频率来改变送水量，以达到节约用电的功效。

对水泵系统的优化控制目标是使水泵提供的流量能适应空调末端的冷负荷的变化。下面主要对流量调节的途径进行分析。变水量系统节能与否跟系统流最的调节方法密切相关，变水量系统的流量调节可在以下两种方法中选择。

(1)阀门调节。

它是改变管路特性曲线来调节的，利用节流阀可增大管路阻力，减少流量。这种调节方法不经济。人为地增加管路阻力，就增大了管路损耗，因此流量降低之后，功率并不明显下降。对于水泵吸入侧阀门调节还有气蚀问题，所以应尽可能减少使用。

(2)水泵台数控制。

二次泵台数用供回水管压差控制法控制，当用户负荷减少时，压差控制器检测到的压差增大，当大干设定值时，关掉一台二次泵，于是压差会减小。当用户负荷增大时，压差控制器检测到的压差会减小，当小于设定值时，开启一台二次泵，于是压差会增大．

一次泵台数用旁通管流量控制法，程序控制器根据安装在旁通管上的流量计检测到的流量来启停一次泵，当用户负荷从满负荷逐渐减小时，旁通管自左至右的流量会逐渐增大，当流量达到一台一次泵的流量时，程序控制器会关闭一台一次泵和制冷机；当用户负荷逐渐增加时，旁通管向右的流量会逐渐减少，用户负荷继续增加时，旁通管向右的流量会减少至零，接着会出现自右向左的流量，当向左的流量达到一台一次泵的流量时，程序控制器会启动一台一次泵和制冷机。

当用户负荷很低，水流量小于一台二次泵的最低流量时，开启旁通阀，让多余的流量从旁通阀流过，避免水泵在低于最低流量下运行。这种控制方式较纯粹的节流控制要节能，但由于这种控制方式还需要节流和旁通的辅助，其节能幅度不大。

结语

中央空调主要用来实现审室内的恒温，为人们提供宜人的生产和生活环境，在现代高层建筑中得到了广泛的运用。由于中央空调耗电量很大，因而具有很大的节能潜力。中央空调的负载需要多少冷(热)量，空调主机就供给多少冷(热)最，这是最节能的系统，尤其在水系统中，让管道中冷水的流量跟踪空调负荷的需要，实时的改变，在不同的时段供给不同的流量，这种传输系统就是变流量系统。本论文对变流量控制模式在高层建筑中央空调水系统控制中的应用做了一次探讨，更多的工作还需要技术人员的共同努力，尤其是将人工智能控制融入其中，是当今节能控制研究的热点。

参考文献：

[1]高金龙.高层建筑中央空调水系统优化控制[R].科技创新导报,2010（9.

[2]廖顺华.中央空调循环水系统节能研究[J].科技资讯,2009,8.

[3]赵辛.变频控制技术在中央空调水系统中的应用[J].沈阳师范大学学报（自然科学版）,2013,31（2）.

作者简介：

付腾(1983－)，女，硕士，讲师，主要研究方向通风空调。