高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)

1、高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)n相關(guān)資料顯示，輸配系統(tǒng)能耗約占空調(diào)系統(tǒng)總能耗的20%50%，部分甚至超過60%，造成能源浪費嚴重，因此對輸配系統(tǒng)能效比提出要求。 空調(diào)水系統(tǒng)的分類：空調(diào)水系統(tǒng)的分類： 1. 1.開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng) 2.2.雙水管、三水管、四水管系統(tǒng)雙水管、三水管、四水管系統(tǒng) 3.3.同程式和異程式同程式和異程式 4.4.定流量和變流量定流量和變流量 5. 5. 一次泵系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng)一次泵系統(tǒng)和二次泵系統(tǒng) 開放式和密閉式系統(tǒng)開放式和密閉式系統(tǒng) 開放式(簡稱開式)水系統(tǒng)是指管管道與大氣相通道與大氣相通的一種水系統(tǒng)。其回水集中進入建筑物底層或地下室的水池或蓄

2、冷水池，再由水泵經(jīng)冷卻或加熱后輸送至整個系統(tǒng)。n開式系統(tǒng)的優(yōu)點開式系統(tǒng)的優(yōu)點： （1）夏季可用噴水室冷卻空氣，一般來說，噴水室的效率比表冷器高一些。 （2）水池可用于夏季蓄冷。n開式系統(tǒng)的缺點開式系統(tǒng)的缺點： （1）水泵揚程較大 （2）管道敷設(shè) 水泵停運后，管內(nèi)直接與大氣相通n 密閉式(簡稱閉式)水系統(tǒng)，冷凍水或熱水在系統(tǒng)中密閉循環(huán)，密閉循環(huán)，不與大氣相接觸不與大氣相接觸。無論水泵運行或停止，管內(nèi)都應(yīng)始終充滿水，因此必須設(shè)置定壓設(shè)備（膨脹水箱、氣體定壓罐等）。n閉式系統(tǒng)的優(yōu)點閉式系統(tǒng)的優(yōu)點： （1）水泵揚程較小，水泵揚程與建筑高度幾乎沒有關(guān)系。 （2）機房占地面積減小。 （3）沒有腐蝕n閉式系

3、統(tǒng)的缺點閉式系統(tǒng)的缺點： （1）不能使用噴水室 （2）不具備蓄冷能力雙水管、三水管、四水管雙水管、三水管、四水管 雙水管系統(tǒng)冬季供應(yīng)的熱水，夏季供應(yīng)的冷水都是在相同管路中進行的。優(yōu)點優(yōu)點是系統(tǒng)簡單，初投資節(jié)省。 雙水管系統(tǒng)雙水管系統(tǒng) 雙水管系統(tǒng)的缺點缺點，在全年空調(diào)的過渡季，會出現(xiàn)朝陽房間需要冷卻而背陰房間則需加熱的情況，這種系統(tǒng)就不能全部滿足各房間的要求。當系統(tǒng)以同一水溫供水時，房間會出現(xiàn)過冷或過熱的現(xiàn)象。對這種情況，往往采取把整個建筑物按朝向分區(qū)；另外在建筑物垂直方向上，可根據(jù)設(shè)備承壓能力或高層和低層區(qū)不同的使用時間進行垂直分區(qū)。雙水管風機盤管分區(qū)系統(tǒng)雙水管風機盤管分區(qū)系統(tǒng)三水管系統(tǒng)三水管

4、系統(tǒng) 三水管系統(tǒng)的每個風機盤管都有冷、熱兩條供水管，而回水管共用一根。這種系統(tǒng)適應(yīng)負荷變化的能力強，可較好地進行全年溫度調(diào)節(jié)，可任意調(diào)節(jié)房間溫度。但由于冷熱回水同時進入回水管中，故有混有混合損失，運行效率低；冷熱水合損失，運行效率低；冷熱水環(huán)路互相連通，系統(tǒng)水力工況環(huán)路互相連通，系統(tǒng)水力工況復雜；初投資比雙管系統(tǒng)高。復雜；初投資比雙管系統(tǒng)高。四水管系統(tǒng)四水管系統(tǒng) 四水管系統(tǒng)有分開的冷、熱供回水管。這種系統(tǒng)和三管系統(tǒng)一樣可以全年使用冷水和熱水，故調(diào)節(jié)靈活，可適應(yīng)房間負荷的各種變化情況，且克服了三水管系統(tǒng)存在的回水管混合損失問題，運行操作簡單，不需要轉(zhuǎn)換。缺點是初投資高，管道占用空間大。異程式和同

5、程式異程式和同程式 同程式水系統(tǒng)在高層建筑閉式水系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。由于經(jīng)過每一環(huán)路管路的長度相同，故很少需要阻力平衡。如果各用戶盤管阻力相同或近乎相同時，采用同程式系統(tǒng)是一種有效的均壓設(shè)計方法。同程式水系統(tǒng)同程式水系統(tǒng) 當層數(shù)多，需要劃分為豎向兩個或三個水系統(tǒng)，有時中間層不設(shè)技術(shù)夾層或設(shè)備層時，可以采用同程和異程相結(jié)合的混合水系統(tǒng)方式，易于高層建筑的布置(見下圖)。在上區(qū)系統(tǒng)同一立管上的各盤管之間阻力稍有不平衡，這時可用盤管前流量調(diào)節(jié)閥門加以平衡。同程和異程混合水系統(tǒng)同程和異程混合水系統(tǒng) 異程式水系統(tǒng)管路簡單，因不需要同程管，水系統(tǒng)投資較省。如果各房間盤管之間有不同的阻力或者在系統(tǒng)較小，層數(shù)較

6、低時，可采用異程式布置，但所有盤管連接管上必須用流量調(diào)節(jié)閥平衡阻力。異程式水系統(tǒng)異程式水系統(tǒng)定流量水系統(tǒng)與變流量水系統(tǒng)定流量水系統(tǒng)與變流量水系統(tǒng) 一個理想的空調(diào)水系統(tǒng)它應(yīng)該具備如下的特點： 1) 負荷變化時保持冷卻水和冷凍水的送回水溫差不變； 2) 水系統(tǒng)運行能耗最小，當負荷減少時，冷水機組運行能耗隨之減少，水泵運行能耗也隨負荷的減小而相應(yīng)減少； 3) 系統(tǒng)簡單，一次投資少。定流量水系統(tǒng)定流量水系統(tǒng) 定流量水系統(tǒng)是指在水路系統(tǒng)的空調(diào)末端使用三通閥的系統(tǒng)。一級泵定流量水系統(tǒng)一級泵定流量水系統(tǒng) 定流量系統(tǒng)管道簡單，控制方便，但存在下列缺點： （1）冷水機組總?cè)萘考八每偭髁勘仨毎锤髂┒死淞康淖畲笾?/p>

7、之和來計算而不能按各末端冷量逐時之和的最大值來決定。這使得冷水機組和水泵安裝容量過大，能耗過高。 （2）采用多臺冷水機組及相應(yīng)的水泵聯(lián)合運行時，其系統(tǒng)工作情況取決于水泵的運行方式，以兩臺冷水機組為例來說明。 1）需冷量小于50%設(shè)計冷量時，停止一臺冷水機組，但兩臺水泵仍然同時運行。 這樣做能保證各個末端的水流量符合原設(shè)計值，系統(tǒng)水力工作點無變化。但供水溫度升供水溫度升高高，設(shè)備除濕能力降低。這時對于供冷量需求為100%的用戶不能滿足其要求。 2）需冷量小于50%設(shè)計冷量時，運行一臺冷水機組及相應(yīng)的。 這樣做能保證供水溫度不變，但水系統(tǒng)的工作點將下移，造成水泵處于超流量狀態(tài)，可能燒毀電機。并且對

8、于供冷量需求為100%的用戶不能滿足其冷量要求。變流量水系統(tǒng)的基本概念及原理變流量水系統(tǒng)的基本概念及原理 通常所說的變流量系統(tǒng)是指在水路系統(tǒng)的空調(diào)末端使用二通閥二通閥的系統(tǒng)，是與水路系統(tǒng)的空調(diào)末端使用三通閥的定流量系統(tǒng)相對而言的。使用變流量水系統(tǒng)的目的之一就是要使冷水所載的冷量及冷卻水所帶走的熱量與不斷變化的末端負荷相匹配，從而能夠節(jié)約水輸送環(huán)路水泵的運行費用。 通常所說的變流量系統(tǒng)是指在水路系統(tǒng)的空調(diào)末端使用二通閥二通閥的系統(tǒng)，是與水路系統(tǒng)的空調(diào)末端使用三通閥的定流量系統(tǒng)相對而言的。使用變流量水系統(tǒng)的目的之一就是要使冷水所載的冷量及冷卻水所帶走的熱量與不斷變化的末端負荷相匹配，從而能夠節(jié)約水

9、輸送環(huán)路水泵的運行費用。 二次泵系統(tǒng)變水量系統(tǒng)運行的基本原理可用熱力學第一定律表述為： Q =W C t 式中， Q 系統(tǒng)冷負荷； W 冷凍水流量； C 冷凍水定壓比熱； t 冷凍水系統(tǒng)送回水溫差。 熱力學第一定律表明，在冷水系統(tǒng)中，可熱力學第一定律表明，在冷水系統(tǒng)中，可以根據(jù)系統(tǒng)的實際冷負荷大小調(diào)整冷水流量或以根據(jù)系統(tǒng)的實際冷負荷大小調(diào)整冷水流量或冷水系統(tǒng)送回水溫差。冷水系統(tǒng)送回水溫差。 如果改變送回水溫差t，而保持流量W 不變，則形成定流量系統(tǒng)。如果保持冷水送回水溫差t 不變，改變冷水流量W 則形成變流量系統(tǒng)。理想的變水量系統(tǒng)，其送回水溫差保持不變，而使冷水流量與負荷成線性關(guān)系。中央空調(diào)水

10、系統(tǒng)的負荷特性中央空調(diào)水系統(tǒng)的負荷特性 由于公共和民用建筑空調(diào)系統(tǒng)的負荷主要來自圍護結(jié)構(gòu)傳熱(包括太陽輻射)和新風負荷，空調(diào)系統(tǒng)實際負荷隨室外氣象條件而變化，另外，由于建筑物中各個房間功能的差異，往往使用時間不相同，并且使用期間室內(nèi)發(fā)熱情況不同，高峰負荷出現(xiàn)的時間也不相同，而定流量空調(diào)最大負荷是根據(jù)各房間設(shè)計負荷的疊加值來確定的。 按照設(shè)計最大負荷來選擇冷水機組及水泵，將使得空調(diào)系統(tǒng)絕大部分時間都是在部分負荷下運行。當水系統(tǒng)為定流量部分負荷運行時，將白白的浪費大量的能源。這既不節(jié)能又不合理，而變流量水系統(tǒng)的水量在考慮了同時使用系數(shù)和參差系數(shù)后，按瞬時的建筑物總設(shè)計負荷來確定，這樣一方面可降低設(shè)

11、備的投資費用，另一方面可減少水泵的運行的費用，對于建筑節(jié)能具有重要大意義。 下表是北京地區(qū)旅館類建筑夏季運行平均空調(diào)負荷時間頻數(shù)(全年總運行時數(shù)2850h) 下表是1998 年夏季對長沙某賓館實測得到的空調(diào)負荷變化(全年總運行時數(shù)3372h)變流量水系統(tǒng)的類型變流量水系統(tǒng)的類型 冷源側(cè)定流量，負荷側(cè)變流量的一次泵系統(tǒng)一次泵變流量系統(tǒng)一次泵變流量系統(tǒng)一級泵變流量水系統(tǒng)一級泵變流量水系統(tǒng) 一次泵變流量(VPF)空調(diào)水系統(tǒng)具有系統(tǒng)簡單、操作方便、投資少的優(yōu)點，因而在許多中小型空調(diào)工程中得到了應(yīng)用。系統(tǒng)如圖所示，當滿負荷運行時，負荷側(cè)二通調(diào)節(jié)閥全開，旁通閥全閉。隨負荷的減少，末端設(shè)備電動二通閥調(diào)節(jié)閥關(guān)

12、小，流經(jīng)末端設(shè)備的水量減少，供回水總管壓差增大，壓差控制器動作，使旁通調(diào)節(jié)閥逐漸打開，部分水流返回冷水機組；當旁通調(diào)節(jié)閥全開而供回水管的壓差達到規(guī)定的上限時，水泵和冷水機組各停一臺。反之當流經(jīng)末端設(shè)備的水量增大時，供回水管的壓差減少，旁通調(diào)節(jié)閥的開度減少，直至旁通閥關(guān)閉，壓差下降至下限值時，恢復一臺水泵和一臺冷水機組的工作。 該變流量水系統(tǒng)方案適應(yīng)于供、回水壓差變化不大的系統(tǒng)，此時水泵消耗的軸功率隨水泵運行臺數(shù)的增減而增減，但由于水泵運行臺數(shù)與負荷要求不一定相匹配，所以是呈階躍式變化的，只能實現(xiàn)部分節(jié)能的目的。 冷源側(cè)定流量，負荷側(cè)變流量二次泵系統(tǒng) 負荷側(cè)和冷源側(cè)分別設(shè)置水泵。冷源側(cè)與制冷機相

13、對應(yīng)的水泵為定流量，一次泵與機組和旁通管構(gòu)成的環(huán)路為一次環(huán)路；負荷側(cè)末端設(shè)備、管路及旁通管構(gòu)成的環(huán)路為二次環(huán)路。在二次環(huán)路中可設(shè)置多臺并聯(lián)水泵，也可設(shè)置變速水泵。當負荷變化時，可通過改變二次泵的臺數(shù)或轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)負荷側(cè)二次環(huán)路的循環(huán)水量。 上圖所示的變水量系統(tǒng)圖是目前應(yīng)用得較多的一種系統(tǒng)形式，稱為二級泵系統(tǒng)。冷源所在環(huán)路稱為一次環(huán)路，水泵稱為一次泵；空調(diào)末端所在環(huán)路稱為二次環(huán)路，水泵稱為二次泵。在圖 中，管段A-B 稱為旁通管，它為一次環(huán)路和二次環(huán)路共用。 變流量二級泵是變水量系統(tǒng)中比較成熟的一種系統(tǒng)形式，二級泵變流量系統(tǒng)有其特有的優(yōu)勢： 1) 可得到用戶需要的不同水溫； 2) 系統(tǒng)冷源為定流量

14、而輸送泵和負荷環(huán)路為變流量； 3) 簡化了大型系統(tǒng)的運行控制和分析； 4) 充分利用負荷的同時使用率，減少輸送泵能耗，允許按區(qū)域流量和壓降確定區(qū)域水泵大小。 單環(huán)路變水量系統(tǒng) 下圖中，可以根據(jù)負荷的大小改變制冷機蒸發(fā)器內(nèi)的流量，這就是單環(huán)路變水量系統(tǒng)。所需通過制冷機的流量取決于要傳送的冷負荷。在這樣一種方案里，通過調(diào)整冷水流量和制冷機容量，能有效滿足所有負荷工況。 仔細設(shè)計并采用一體化高性能控制運行的單環(huán)路變流量冷凍水系統(tǒng)具有以下優(yōu)點： 1) 簡單的設(shè)備配置節(jié)省了初投資，這樣可以減少系統(tǒng)費用。 2) 冷凍水流量和冷水機容量都可以有效配合各種負荷情況，系統(tǒng)耗能總量比非一體化設(shè)備配置和控制方案低。

15、中央空調(diào)水系統(tǒng)變流量運行的可行性中央空調(diào)水系統(tǒng)變流量運行的可行性 定流量系統(tǒng)與變流量系統(tǒng)矛盾的焦點在于蒸發(fā)器(或冷凝器)要求保持定流量運行。 冷水機組要求保持定流量運行的主要原因是：蒸發(fā)器(或冷凝器)內(nèi)水流速改變會改變水側(cè)放熱系數(shù)w 影響傳熱。管內(nèi)流速太低，若水中含有有機物或鹽，在流速小于1m/s 時，造成管壁腐蝕。避免由于冷水流量突然減小,引起蒸發(fā)器的凍結(jié)。 下面將從這幾個方面討論中央空調(diào)水系統(tǒng)變流量運行的可行性。1 中央空調(diào)機組的變負荷運行能力 隨著控制技術(shù)的發(fā)展，不同類型的冷水機組都有較完善的自動控制調(diào)節(jié)裝置，能隨負荷變化自動調(diào)節(jié)運行狀況，保持高效率運行。 1) 對于溴化鋰吸收式冷水機組

16、，可以根據(jù)負荷變化自動調(diào)節(jié)供給的蒸汽量(或燃油量)，同時溶液泵采用變頻控制，自動調(diào)節(jié)溶液循環(huán)量。 2) 對于離心式冷水機組，當負荷發(fā)生變化時可以通過進口導葉調(diào)節(jié)或變頻調(diào)速調(diào)節(jié)，改變吸入的氣體量，使制冷量在15%100%間作無級調(diào)節(jié)。電子控制系統(tǒng)采用精密的集成電路控制器，能在不同負荷范圍內(nèi)根據(jù)冷水溫度傳感器的信號進行調(diào)節(jié)，以滿足系統(tǒng)不同要求。 3) 對于螺桿式冷水機組，當負荷發(fā)生變化時可以通過滑閥在機體內(nèi)軸向移動,改變螺桿有效長度，從而改變吸入的氣體量，使制冷量在10%100%間連續(xù)調(diào)節(jié)。比例微分積分控制方法可保持冷水的溫度，控制穩(wěn)定和高效率。 從上述分析可以看出，入蒸發(fā)器的冷媒流量是隨負荷下降而改變的。如果冷水機組的冷水流量也是隨負荷按比例變化，在蒸發(fā)器內(nèi)是不會發(fā)生凍結(jié)的。生產(chǎn)廠家在其樣本中通常都會給出蒸發(fā)器和冷凝器的允許流速變化范圍。2 變流量水系統(tǒng)對水側(cè)放熱的影響 從上面分析可以看出，當水流量下降，保持溫差不變，蒸發(fā)器內(nèi)水流速隨負荷變化時，蒸發(fā)器的實際傳熱量還是大于要求的供熱量的，所以變流量并不會對水側(cè)換熱產(chǎn)生不良影響。3