高层建筑空调系统设计分析
摘要：空调系统是高层建筑物不可或缺的一部分，其设计水平成为了影响空调系统功能发挥的主要因素。
本文结合工程实例，重点围绕冷热源、空调风系统、空调水系统等方面探讨了高层建筑空调系统的设计工作，并讨论了空调系统设备机组的节能效果，以供同行借阅。
关键词：高层建筑；空调系统；冷热源；设计参数
1 工程概况
2冷热源设计
2.1室内设计参数（见表1）
2.3冷热源配置
a，b塔楼冷源选用额定制冷量为3516kw的水冷离心式冷水机组3台与额定制冷量为1934kw的水冷离心式冷水机组1台，总制冷量为12482kw。
设计空调冷水供回水温度为6℃/11℃，设计工况下冷水机组总制冷量为12108kw。
空调热源选用制热量为2093kw的燃气真空热水机组3台。
设计空调热水供回水温度为60℃/50℃。
a，b配楼采用变制冷剂流量（vrf）多联式空调系统。
按楼层分区域分别独立设置系统，室外机设置于屋面。
a，b配楼共设置vrf 系统12套，共计220.5kw。
3空调风系统设计
a，b塔楼的门厅、餐厅、大会议室等大空间采用全空气低风速变频送风系统，集中设置空调机房，集中回风。
a，b塔楼的办公室、
包厢等空间采用风机盘管+新风的空气-水系统。
a，b配楼采用vrf+新风系统。
通常超高层建筑对建筑外立面的要求较高，建筑专业不允许在外立面上大量设置百叶，新风必须在避难层设备区集中处理后送往各层。
同时现在的建筑物门窗的密封性非常好，通过缝隙渗透的空气量非常小，对采用风机盘管加新风的空调系统的场所，如果没有排风系统，进入房间的新风量会远低于设计标准。
根据《公共建筑节能设计标准》第5.3.13条的规定，该工程a，b塔楼分别在第一、二避难层和屋顶设置带表冷器的组合式转轮全热回收机组，通过竖向管井集中收集各层排风，新风回收排风中能量后，再经过表冷器处理至室内等焓点后通过竖向管井送至各层房间。
以a塔楼第二避难层的机组为例对热回收空气处理机进行节能分析。
3.1新风排风量的确定
查厂家样本资料可以得出58000m3/h风量对应的转轮电动机功率为0.75kw。
转轮热回收装置增加的总功率为12.33kw。
夏季回收了214kw能量，可减少功耗约214kw/3.5=61.1kw（假定大楼冷水系统综合性能系数cop为3.5），扣除设置转轮全热回收装置比普通的空调机组增加的功耗后为48.77kw，整个制冷运行期间（当量满负荷运行时间按800h计）可节电39016kw·h，电价按0.854元/（kw·h）计，整个夏季可节约运行费用约33320元。
冬季回收了194kw能量，可减少天然气耗量（3600s/h×194kw）÷（35587kj/m3×0.8）
=24.5m3/h（假定大楼冬季燃气真空热水锅炉热水供热系统综合效率为0.8，天然气热值35587kj/m3计）。
整个制热运行期间（当量满负荷运行时间按500h计）可节约天然气12550m3，天然气价格按3.3元/m3计，扣除设置转轮全热回收装置增加的电费，整个冬季可节约运行费用约35160元。
4空调水系统设计
本工程空调水系统为两管制（冷热兼用，按季节切换）。
低区空调冷水系统采用二级泵系统，一级泵定频，a，b塔楼分别设置二级泵，二级泵变频。
低区空调热水系统和高区板式换热器后的二次侧空调冷热水系统采用一级泵系统，一级泵变频。
本工程塔楼建筑高度为171.30m，属于超高层建筑。
在超高层建筑中，空调水系统分区需要综合考虑设备承压、设备投资、冷源供冷效率等几个方面。
研究表明每经过一级板式换热器，其冷源的供冷效率至少下降20%左右，同时末端装置的换热面积则需要加大20%，分区过多会造成初投资和运行费用的增加。
本工程水系统以第二避难层为界分为低区和高区，第二避难层以下由冷热源机房直接提供6℃/11℃的冷水和60℃/50℃的热水。
高区由设置在第二避难层的换热机组经换热后提供7.5℃/12.5℃冷水和57℃/47℃热水。
a，b塔楼低区空调水系统膨胀水箱设在b塔楼26层，高区空调水系统膨胀水箱分别设置在a，b塔楼屋顶机房夹层。
本工程水系统采用二级泵系统，在二级泵系统中，一级泵环路和
二级泵环路阻力分别由一级泵和二级泵承担，所以在水泵运行时，减小了各级水泵出口的压力值（相对于一级泵系统）。
系统运行时水系统中任意一点的工作压力p可按下式计算：
p=pj+pb-pd-pz（4）
式中pj为膨胀水箱最高点至计算点静水压力，pa；pb为水泵扬程，pa；pd为水泵出口的动压，pa；pz为定压点至计算点的水管阻力损失，pa。
低区膨胀水箱至地下3层制冷机房的高差为137.5m，制冷机组设置在一级泵的吸入侧，因此制冷机组蒸发器换热盘管水侧承受的最大压力为1.38mpa。
低区系统最高工作压力点a位于b 塔楼二级泵出口，水泵启动瞬间可认为a点的pz和pd均为零，二级泵扬程pb为0.27mpa，根据式（4）低区水系统最高工作压力pa 为1.65mpa。
低区系统运行时末端空调设备承压最高点b点是位于地下1层的供办公大堂使用的空调机组。
膨胀水箱最高点至b点的高差为128.5m。
水系统立管采用了供水管引向最高点的同程式布置，增加了定压点至末端空调设备的水管阻力损失，降低了空调设备的工作压力，经水力计算得出系统运行时定压点至b点的水管阻力损失pz为
0.06mpa。
水泵出口流速为2m/s，水泵出口动压pd为0.002mpa，根据式（4）pb为1.493mpa。
低区末端空调设备工作压力随着楼层高度的增加而降低，经计算得出地下1层至8层末端空调设备工作压力在1.493～1.0mpa之间，
9层至25层末端空调设备工作压力不大于1.0mpa。
高区系统最高工作压力点d位于高区循环水泵出口，高区膨胀水箱至第二避难层换热机房的高差为62m，高区循环水泵扬程pb为0.29mpa，根据式（4）高区系统最高工作压力pd为0.91mpa。
通常水系统中承压的薄弱环节为承压的关键部位———与风机
盘管相接的丝扣处，本工程承压最大的风机盘管安装在1层电梯厅标高5.000m处，该点的静水压力为117.5m，经水力计算得出系统运行时定压点至c点的水管阻力损失pz为0.0597mpa。
水泵出口流速为2m/s，水泵出口动压pd为0.002mpa，根据式（4）pc为1.383mpa。
空调机组及风机盘管的额定工作压力已可达到1.6mpa，低压管道的承压可达2.5mpa，中低压阀门的承压可达1.6～6.4mpa，采用加强型冷水机组时已可承压1.7mpa，水泵壳体承压可达1.6～2.5mpa。
加厚镀锌钢管丝扣连接最大承受工作压力为1.5mpa。
虽然本工程水系统只有两个分区，但空调制冷设备、管道及管件承压能力均在可承受的范围内。
本工程冷却塔补水取自地下室的消防水池，根据该特点本工程将塔楼的冷凝水通过集中立管收集后排入消防水池作为冷却塔补水，回收了冷凝水中的冷量。
5结论
通过探讨高层建筑空调系统的设计工作，笔者可以总结出以下几点成果：①转轮全热换热器的设置可以有效降低空调系统的运行能耗，减少运行的费用；②本工程空调系统制冷设备、管道及管件承
受压力均在可承受的范围内，供冷效率得到有效提高；③本工程设计研究为冷凝水的回收利用提供了一种有效的方式，并取得较好经济效益。
参考文献：
[1] 范忠民.高层建筑暖通空调设计实践探讨[j].城市建设理论研究.2012年第30期
[2] 孙圣星；黄必滔.高层建筑暖通空调设计探析[j].科技致富向导.2012年第15期。