高层建筑中央空调系统设计分析

高层建筑中央空调系统设计分析

曾小平

曾小平佛山市顺德区机电安装工程有限公司广东佛山528300

摘要:随着高层建筑的增多，人们对生活及工作环境的要求也不断提高，中央空调系统得到了广泛的应用。而设计质量往往关系到中央空调系统最终使用效果。本文结合工程实例，就高层建筑中央空调设计方案进行比较分析，对空调负荷和冷热源进行了设计，并介绍了空调自控设备的应用，可供从事中央空调系统的设计人员参考。

关键词:高层建筑；空调系统，方案；空调负荷；冷热源；设计

随着经济建设的不断发展和人们生活水平的不断提高，中央空调系统已经成为大型建筑和办公环境不可缺少的重要设施。中央空调能够在局部范围内，改善生活环境，使人们得到相对舒适的工作或生活环境。影响空调的质量和使用效果的因素有很多，但首要影响因素应该是设计质量。中央空调系统设计的好坏直接关系到建筑物建成后的使用功能，对系统运行管理、维修都有很大关系。为此，提高中央空调系统设计质量意义重大。

1工程概况

某高层建筑，用地面积22100万㎡。裙房及附楼共4层，1～4楼为商业用途；5楼为避难层，两座大楼标准层(6～25层)办公，大楼1～25层各房夏季设置有空调，6～25层塔楼标准层办公冬夏季均设置冷暖空调。

2中央空调系统设计

2.1中央空调系统方案设计

(1)方案比选因素

本中央空调系统方案的选择主要从以下几个方面进行考虑：

1.初投资；2.系统对层高影响；3.施工安装；4.维护管理；5.消声隔振要求及环境影响；6.使用灵活性；7.使用运行费用；8.空调费用计量；9.建筑室内外外观；10.系统扩充性；11.与本工程匹配性

(2)方案比选

方案1：

方案描述：办公部分采用变频多联机系统作为空调，系统主机分区设置在屋面或避难层。

初投资：办公部分采用变频多联机，比方案二略小，比方案三大。

系统对层高影响：系统风管小，冷媒管道尺寸小，对建筑层高要求最低，建筑层高可较方案二、三降低。

机房面积：屋面设置，无需机房。

施工安装：安装最为快捷、方便。

维护管理：其带有先进自诊断报警系统，机械及电气故障易查出。但冷媒管道设置在吊顶内，若有泄漏查找较为困难。

消声隔振要求及环境影响：主机放在屋面，机组为模块式设计，噪声振动较小，机组屋面消声隔振要求较低。

使用灵活性：使用灵活性最强，适用于办公周末局部加班情况。通过控制压缩机的吸排气压力，同时满足不同的室内机分别制冷或供热的运行工况要求。

使用运行费用：采用变频技术，运行耗电量最省，空调控制最为先进。运行费用较方案三省。

空调费用计量：先进的计量系统，可以实现多种形式计量，计量最为方便精确。

建筑室内外外观：空调末端面板美观，装修效果佳。室外主机体积小，放在屋面易由女儿墙遮挡，不影响建筑立面效果

系统扩充性：采用模块化设计，系统扩充性好，可实现分期分区域建设安装。

与本工程的匹配性：由于本工程五至三十三层为出租出售办公，单层面积小，未来用户多，空调计量要求方便及精确，多联机系统先进的计量系统十分符合此要求。另外，此系统扩充性良好，可以适应今后根据租售情况分期分步实施的要求，拉长初投资投入时间，减少资金压力。另外其由于采用变频技术在部分负荷时较高的能效比及适应个别加班等低负荷运行的情况，故与本工程较为匹配。

方案2：

方案描述：水系统分冷冻水系统及冷却水系统。冷却塔设置在屋面，集中水冷冷水机组设置在地下一层冷冻机房内。各层设置一次风处理机组，处理的一次风由风管送至末端装置，一次风送至各末端装置风量根据各末端装置探测本区域温度进行变风量调整。

初投资：由于ＶＡＶ变风量末端设备主要为进口设备，初投资较方案一、三均来的大。

系统对层高影响：由于可采用大温差送风，风管较方案三小，层高可较方案三适当降低。

机房面积：每层楼需要２０～２５ｍ２的空调机房面积。

施工安装：系统安装较复杂。

维护管理：系统集中，维护管理便捷。

消声隔振要求及环境影响：屋面冷却塔噪声为水淋声，噪声小，振动小，但冷却塔易飘水。空调主机及水泵设置在地下层机房内，噪声振动最易控制。运行对环境影响最小。

使用灵活性：由于一次风主干风管与末端装置采用软管连接，末端装置移动简单，适合办公隔间调整，较为灵活

使用运行费用：由于空调系统在全年大部分时问里是在部分负荷下运行，而变风量空调系统是通过改变关风量来调节室温的，因此可以大幅度减少送风风机的动力耗能。当全年空调负荷率为６０％时，它可节约风机动力耗能７８％。全年节约风机能耗５５％～６５％，节约冷吨数２０％～３０％。附带的好处：节约空调设备容量、管道、空调电力增容费、电力设备、管道空间等。在冬季及过渡季节新风经济循环，节约运行费用６０％～８０％。

空调费用计量：采用面积分摊方式，空调计量较为困难、不精确，易引起纠纷

建筑室内外外观：冷却塔放在屋面，需作建筑立面处理。

系统扩充性：系统扩充性差。

与本工程的匹配性：初投资较大，建设初期冷冻主机及一次风处理空调均需到位，初投资强度大。虽实际运行中运行费用实际最省，但是计量不方便，故不适合本建筑以出租为主，分期建设的要求。

方案3：

方案描述：水系统分冷冻水系统及冷却水系统。冷却塔设置在屋面。集中水冷冷水机组设置在地下一层冷冻机房内。各房间空调为传统的风机盘管＋新风系统或柜式空调机组系统。

初投资：初投资较小

系统对层高影响：对建筑层高要求较高

机房面积：需在地下一层设置冷冻机房

施工安装：系统安装最复杂

维护管理：系统集中，维护管理最便捷消声隔振要求及环境影响：屋面冷却塔噪声为水淋声，噪声小，振动小。但冷却塔易飘水。空调主机及水泵设置在地下层机房内，噪声振动最易控制。运行对环境影响最小。

使用灵活性：使用灵活性较差

使用运行费用：水冷式冷水机组能效比最高，运行费用较省。

空调费用计量：需设置热表进行各用户计量

建筑室内外外观：冷却塔放在屋面，需作建筑立面处理系统扩充性：系统扩充性差与本工程的匹配性：能效比最高，系统稳定，相同冷量下初投资最省，通过分环路或分大区域设置热表计量能实现较大面积租售用户对计量、投资及节能的要求，故比较适应本工程裙楼部分几家较大的租售用户使用。

综上所述，大楼裙楼1至3层商业B区部分空调采用冷却塔＋集中水冷冷水机组＋吊柜式空调机组系统，冷冻机组设于地下二层冷冻机房，冷却塔设于附楼四层屋面。系统独立计费。大楼裙楼商业A、C、D区及四层商会办公、大会议室等为计费方便，均设置独立的中央空调系统。空调主机均采用风冷式冷水(热泵)机组＋柜式空调机组系统或风机盘管加新风系统。商业D区空调主机设于附楼四层屋面，商业A、C区及四层商会办公、大会议室等四套空调主机设于裙楼四层屋面，各系统独立计费。采用这该系统项目一至四层功能决定了系统运行时间相对单一，同时使用系数高，故需要选择能效比最高，运行费用较省的方式。

大楼塔楼办公部分空调采用热回收型多联机空调系统，可供冷暖空调，空调计量为多联机系统精确计量。选择该系统是因为系统兼容性好，为便于各租户管理、装修及计费，空调主机每层独立放置，每层空调主机分四个方位角放置，适应于每层办公空间灵活切割出租的要求。

2.2空调负荷及冷热源

2.2.1裙楼商业C区空调负荷及冷源

本工程冷负荷采用传递函数法依照我市室外气象条件进行计算。经计算本大楼夏季裙楼部分总冷负荷5047kW。裙楼部分空调负荷同时使用系数取0.95。根据有关资料统计，空调夏季运行平均负荷约为设计高峰负荷的60～70％，本工程经负荷组合搭配拟采用两台螺杆式冷水机组，两台螺杆机制冷量各为1122kW／台，总制冷机装机总容量约2244kW，设于地下一层冷冻机房内。制冷机组运行控制如下：

(1)夏季高峰负荷时两机全开；

(2)过渡季(如春、秋季)及夏季夜间小负荷时可根据负荷情况开一台螺杆机。在平时低负荷季节，两螺杆机组可交替运行制冷，互为备用，延长机组使用寿命。另螺杆机组单机原就有无级负荷调节，负荷调节方便，调节范围大的优点，这样更增加本系统适应负荷波动的能力。制冷机冷冻水供水温度7℃，回水温度12℃。冷却水供水温度32℃，回水温度37℃。

2.2.2裙楼商业A、C、D区及四层商会办公、大会议室等空调负荷及冷源

各个出租单元均设置独立的风冷式冷水机组作为冷源。商业A.B.D区空调主机拟采用风冷式冷水机组设于附楼五层屋面，各系统独立计费。

2.2.3塔楼部分空调负荷及冷热源

经计算本大楼夏季塔楼部分总冷负荷约13968kW，冬季热负荷约为3500kW。空调负荷同时使用系数取0.9。工程空调用冷热源由设于每层四个方位角的多联机室外机组提供。每层标准层根据业主数量及多联机室外主机规格设置多台室外主机。

2.2.4空调系统形式

(1)空调水及冷媒管系统设计

1)裙楼空调供、回水系统

项目裙楼部分中央空调冷冻水供、回水采用两管制一次泵系统。冷冻水循环水泵均设于机组前。空调冷水由设于地下室的冷冻机房或屋面的风冷式冷水机组提供，环路主干立管采用异程式，各层水平管采用同程式，在各层分支供水横干管上设有过滤器。由于使用用户不同，为了便于计量管理，本工程水系统根据租售业主的不同设置不同环路。

各系统均独立设置膨胀水箱膨胀定压(位于五层屋面)，设置膨胀水管接至地下室冷冻机房集水器或主机循环泵入口上。系统在设于地下空调机房内的回水集水器上增设系统加水管接口，以防止从膨胀水箱向下大量补水时与水管系统中上升气体发生气堵现象，另此口还可作为定期向系统加入阻垢剂的入口及系统扩充环路的接入口。为防止冷冻机组蒸发器结垢系统装设了全程水处理器进行水质处理。

2)塔楼空调冷媒管系统

为便于各租户管理、装修、计费，空调主机每层独立放置。每层空调主机分四个方位角放置，适应于每层办公空间灵活切割出租的要求。室外主机与室内机之间采用气液管道连接。冷媒气、液管均采用脱氧亚磷无缝铜管或同等材料。各室内机气、液体侧连接均采用分歧管连接。

3)空调冷却水系统

裙楼裙楼商业Ｂ区空调所配置制冷机用冷却水由设于附楼四层屋顶的超低噪声冷却塔提供，冷却塔容量450t／h，共设两台。冷却水供水温度32℃，回水温度37℃。为保证建筑外观的协调，放置冷却塔的屋顶外围采用与外墙风格一致的百叶进行装饰，装饰面高于冷却塔高度，保证建筑远景效果。

4)空调冷凝水系统

在塔楼6～33层各层放置室外机组的机房内均设置排水地漏，各层办公空调冷凝水直接就近排放至排水地漏。对于1～5层商场及商会办公等处空调所配吊装风机盘管及风柜均按适当距离设置独立的集中冷凝水排放立管引至一层排放。

2.3空调系统自控

为了提高设备的工作效率、节能和管理，空调系统中将适当采用自控设备，并由楼宇控制系统监控。

(1)新风空调机组、风机盘管等设备的回水管上加设电动阀，根据室内空调负荷分别采用比例调节及双位调节控制设备的水量。

(2)根据装设于供回水干管上的温度传感器及流量传感器计算实际的空调负荷，自动控制制冷机、水泵、冷却塔等的开启台数。

(3)冷源设备的启、停控制如下：

启动：冷却塔风机－冷却水泵－冷冻水泵－冷水机组或冷冻水泵－风冷式冷水机组

停机：冷水机组－冷冻水泵－冷却水泵－冷却塔风机或风冷式冷水机组－冷冻水泵

各过程之间要求延时启停，并在其中任一设备发生故障时，冷水机组都能停止工作。

冷却塔出入口设置电动阀与冷却水泵、制冷机组开停联动，实现冷却塔与制冷机组一一对应。

3结束语

总之，中央空调系统设计质量如果得不到保证，不仅使建筑物室内环境恶化，影响工作效率，同时还造成能源的大量浪费。为此，作为工程设计人员，就要通过经济技术比较，根据具体情况选择确定最适合、最经济、最有效的空调系统方案，精心设计，这样才能确保空调系统的设计质量，避免各种问题的出现，为后续工作打下坚实的基础。

参考文献

[1]张训玉;陈悦.高层建筑中央空调系统设计实践[J].建设科技,2007年Z2期

[2]倪九华.高层建筑中央空调系统设计的几点体会[J].浙江建筑,1997年第04期