集中空調(diào)系統(tǒng)主要由冷站、冷卻塔和末端等部分組成。其中，冷站主要包括制冷機組、冷凍水泵及環(huán)路、冷卻水泵及環(huán)路、分集水器、加藥及在線沖洗裝置等；末端主要包括：風機盤管、新風機和空調(diào)箱及其所需的風管和散流器等。

系統(tǒng)中的需要消耗能源的部件可分為兩大類：制冷部件，如電驅(qū)動冷機或溴化鋰機組，和輸送部件，如冷凍水泵和冷卻水泵、風機（冷卻塔、新風機、空調(diào)箱）等。另外從控制角度，還應涵蓋冷機群控系統(tǒng)和末端的樓控系統(tǒng)。為了實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設計，我們必須進行詳盡的冷熱負荷計算，作為選擇設備的依據(jù)，并且應進行水力計算，根據(jù)水力計算書確定水泵的揚程，避免不必要的能源浪費，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能運行。

（1） 冷負荷計算a. 冷負荷的計算方法

夏季進入室內(nèi)的得熱量主要包括：外圍護結(jié)構(gòu)傳入熱量、通過窗戶等透明圍護結(jié)構(gòu)進入的太陽輻射熱量、人體散熱量、照明與室內(nèi)設備散熱量、食物散熱量、滲透空氣帶入的熱量、伴隨各種散濕過程的前熱量。得熱量不等于冷負荷，得熱量中的對流部分直接被室內(nèi)空氣吸收形成冷負荷，得熱量中的輻射部分需要經(jīng)過室內(nèi)物體的吸收與再放熱轉(zhuǎn)化成冷負荷。冷負荷計算方法有諧波計算法與冷負荷系數(shù)法。空調(diào)系統(tǒng)設計必須進行逐時冷負荷計算，冷負荷計算是設計的基礎，是冷機、循環(huán)水泵、管道系統(tǒng)及空調(diào)末端設備的選型依據(jù)。目前常采用的冷負荷計算為不保證50h的負荷計算。空調(diào)區(qū)夏季冷負荷計算采用的夏季空調(diào)室外計算干球溫度與濕球溫度，為歷年不保證50h溫度。而為了進行全年能耗模擬，則需采用8760h負荷計算法，計算全年的逐時冷負荷，以此為基礎，選擇合理的冷機運行策略，模擬計算全年冷源及輸配系統(tǒng)能耗，從而選擇最優(yōu)的冷機配置方案。

b. 室內(nèi)參數(shù)的選取

合理的室內(nèi)參數(shù)選擇是負荷計算的基礎，室內(nèi)溫度與濕度與室內(nèi)人員熱舒適性息息相關，《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》給出了夏季室內(nèi)I級熱舒適度溫度范圍24~26℃，濕度范圍為40%~60%，工作區(qū)風速≤0.25m/s; 夏季室內(nèi)II級熱舒適度溫度范圍26~28℃，濕度范圍為≤70%，工作區(qū)風速≤0.3m/s;另外人員密度、人均新風量、照明與設備發(fā)熱量等參數(shù)都應根據(jù)實際建筑功能合理取值。以下為不同地產(chǎn)公司對某商業(yè)建筑主要功能房間室內(nèi)參數(shù)的規(guī)定：

表2.2.1-1

表2.2.1-2

c. 圍護結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)

圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)應滿足《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189與《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》GB55015的相關規(guī)定，負荷計算選用的的圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)及外窗的太陽得熱系數(shù)（SHGC）均應與建筑專業(yè)的節(jié)能計算書一致。太陽得熱系數(shù)為通過透光圍護結(jié)構(gòu)的太陽輻射室內(nèi)得熱量與投射到透光圍護結(jié)構(gòu)外表面的太陽輻射量的比值。天窗的太陽得熱系數(shù)與窗廊比對商業(yè)建筑頂層購物通廊的夏季負荷影響非常大，可通過增加外遮陽的方式降低天窗的太陽得熱系數(shù)。某地產(chǎn)公司建議頂層的天窗太陽得熱系數(shù)（SHGC）不超過0.26，窗廊比建議不超過0.6，以預防商業(yè)建筑頂層過熱問題，同時要求夏熱冬暖地區(qū)及夏熱冬冷地區(qū)的商業(yè)建筑中庭區(qū)域頂層空調(diào)機組不少于8排管，嚴寒與寒冷地區(qū)不少于6排管，下表為青島地區(qū)某商業(yè)建筑中庭負荷與空調(diào)送風量估算表，此建筑頂層購物通廊地面面積為2200平米。天窗面積（包含天窗豎向面的面積）為1020平米，太陽得熱系數(shù)按照0.35計算，經(jīng)計算天窗負荷占了頂層通廊冷負荷的51%，頂層的送風量需要達到72m3/h·m2。

表2.2.1-3

d. 室外空氣侵入負荷

舒適性空調(diào)，空調(diào)區(qū)與室外之間有壓差要求，一般壓差值為5~10Pa，所以對于圍護結(jié)構(gòu)較嚴密的建筑，在計算空調(diào)負荷時可不計算室外空氣侵入帶來的得熱量。但是對于商業(yè)建筑來，由于室內(nèi)購物通廊區(qū)域設有多處中庭透空區(qū)域，將室內(nèi)各層購物通廊豎向聯(lián)通，在風壓與熱壓的作用下，底層處于負壓狀態(tài)，大量室外空氣由底層外門侵入，因此商業(yè)建筑需要計算此部分室外空氣帶來的冷負荷，夏季進入的空氣量可以按照中庭聯(lián)通的公共區(qū)域每小時0.2次換氣次數(shù)計算，冬季可按照每小時0.4~1次換氣次數(shù)計算。夏季室外風帶來的冷負荷由頂層購物通廊的空調(diào)機組承擔，冬季室外風帶來的熱負荷則由底層購物通廊靠近出入口的空調(diào)機組承擔。下圖為某商業(yè)建筑冬季實測的壓力分布圖，可以看到購物通廊三層以下均為負壓狀態(tài)：

圖2.2.1-1 某商場冬季室內(nèi)熱壓線分布圖

e. 制冷主機裝機容量與空調(diào)末端配置原則

根據(jù)負荷計算來確定主機裝機容量與選擇空調(diào)末端的原則是完全不同的。確定主機裝機容量時需要考慮同時使用系數(shù)，應充分考慮不同朝向不同用途的房間空調(diào)峰值負荷同時出現(xiàn)的機率，例如一個酒店建筑，當白天人員大部分出現(xiàn)在大堂、餐廳等公共區(qū)時，客房的人員必定是減少的；例如對于商業(yè)建筑，餐飲店鋪人員一天的時間內(nèi)，僅在午餐與晚餐時間人員是最多的，電影院人員最多的時間是在夜間，其他建筑就不一一舉例。所以冷機容量的選擇應對空調(diào)負荷乘以一個小于1的系數(shù)，按照建筑規(guī)模大小一般可取值0.7~0.9。例如某地產(chǎn)公司對于某類特定的商業(yè)建筑（商業(yè)面積一定，建筑內(nèi)各個功能店鋪配比一定）的冷機配置指標做了明確要求，制冷主機的安裝容量需根據(jù)空調(diào)逐時負荷計算確定，商業(yè)建筑面積（不包含地下車庫與設備房）裝機容量指標：夏熱冬暖、夏熱冬冷地區(qū)≤165w/m2；嚴寒、寒冷及溫和地區(qū)≤145w/m2。此數(shù)據(jù)是經(jīng)過大量的項目實踐得出的，具有參考意義，但是對于每個具體項目，因為功能配比不盡相同，應經(jīng)過詳細的負荷計算來確定冷負荷，而不應套用別的類似項目的負荷指標作為設計依據(jù)。

商業(yè)項目空調(diào)末端配置原則一般會比實際計算負荷計算大，合理地放大末端選型可以使店鋪租賃與使用具有更廣的適應性，例如某地產(chǎn)商業(yè)項目就對設備末端選型做了明確要求：（按夏季工況,中檔風量選型)室內(nèi)步行街頂層走道負荷密度不小于400w/m2，餐飲店鋪負荷密度不小于350w/m2。其中室內(nèi)步行街商鋪及步行街負荷指標不含新風。而其他地產(chǎn)公司的商業(yè)項目也有類似的規(guī)定，例如某地產(chǎn)公司規(guī)定商業(yè)項目的非餐飲商鋪的末端配置需要在計算負荷的基礎上增加20%的余量，內(nèi)區(qū)餐飲商鋪的室內(nèi)負荷冷指標大于等于250 w/m2（冷指標不包含新風負荷，面積為餐飲區(qū)域廚房區(qū)面積之和），接入租戶的水管管徑不得小于DN32，接租戶的水平主干管不小于DN50。還有的地產(chǎn)公司要求店鋪末端選風機盤管時按照冷凍水供水溫度10℃選取。

（2）熱負荷計算

熱負荷的計算包含圍護結(jié)構(gòu)傳熱耗熱量、室內(nèi)新風的耗熱量、通過門窗縫隙滲入室內(nèi)的冷風耗熱量、外門開啟時進入室內(nèi)的冷風耗熱量、通風耗熱量及通過其他路徑散失的熱量。商業(yè)建筑中主要的冬季負荷主要組成部分為圍護結(jié)構(gòu)傳熱耗熱量與室內(nèi)新風的耗熱量，容易忽略的的是通過門窗侵入室內(nèi)的冷風耗熱量及第五項通風耗熱量。冷風滲入這部分負荷計算在比較嚴密的建筑空調(diào)設計中是被忽略的，通過保證室內(nèi)正壓5~10帕，使室內(nèi)處于正壓狀態(tài)，不考慮冷風滲入的耗熱量，由于商業(yè)建筑中庭將各層貫通，在熱壓與風壓的作用下，會有一部分冷風侵入，一般可按照中庭貫通公共區(qū)域體積的0.4~1次換氣次數(shù)計算此部分的冷風滲入耗熱量。通風耗熱量是大商業(yè)建筑中冬季熱負荷不可忽視的部分，商業(yè)建筑中餐飲店鋪與美食廣場，其廚房面積通常按照店鋪面積的三分之一考慮，廚房的通風系統(tǒng)包含全面排風系統(tǒng)、全面送風系統(tǒng)、排油煙系統(tǒng)、排油煙補風系統(tǒng)，排油煙量一般按照廚房的60~80次換氣次數(shù)計算，為了降低廚房的排油煙補風對其他空調(diào)區(qū)域的影響，應盡量提高補風比例，一般排油煙補風量按照80%~90%計算，商業(yè)建筑補風量應盡量保證達到排油煙量的90%，對于寒冷與嚴寒地區(qū)，排油煙補風冬季進行應預熱處理，送風溫度可以按照5~10℃選取，以提高燃氣燃燒效率，并預防油煙在管道內(nèi)結(jié)露。寒冷地區(qū)商業(yè)建筑面積熱指標一般在85~100w/m2范圍內(nèi)，當計入排油煙補風帶來的耗熱量時，熱指標接近上限值。下表為青島某商業(yè)項目的冬季符合估算表，商業(yè)建筑面積69900平方米，空調(diào)建筑面積58000平方米。

表2.2.1-4

（3） 水力計算a.水力計算的目的

空調(diào)水管系統(tǒng)設計應有合理的系統(tǒng)分區(qū)，根據(jù)不同的建筑用途、室內(nèi)溫度和濕度要求以及室外環(huán)境條件，將系統(tǒng)劃分為不同的區(qū)域，以便于系統(tǒng)管理和控制，同時應設置考慮水力平衡，水力不平衡會降低系統(tǒng)運行效率增加能耗，并引起系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。

水力計算對于水系統(tǒng)的設計非常重要?？照{(diào)水系統(tǒng)的阻力主要包括兩部分：沿程阻力（管道摩擦阻力）與局部阻力（彎頭、三通、閥門等各種配件的阻力）。通過水力計算確定水管道合理的管徑，根據(jù)系統(tǒng)的平衡需求與控制需求，確定系統(tǒng)合適的閥門類型、規(guī)格與水量。通過水力計算確定循環(huán)水泵的流量與揚程。

b.水力計算的方法一個完整的中央空調(diào)系統(tǒng)有三大部分組成，即冷熱源、供熱供冷管網(wǎng)、空調(diào)末端。從冷熱源到空調(diào)末端存在一個最不利環(huán)路，在各環(huán)路比摩阻相差不大的情況下，通常選定路由最長的環(huán)路為最不利環(huán)路，最不利環(huán)路的阻力作為整個系統(tǒng)的阻力，也是確定循環(huán)水泵揚程的依據(jù)。首先根據(jù)冷負荷和供回水溫度差，確定系統(tǒng)的水流量。根據(jù)水流量確定管道尺寸：一般來說，管道尺寸越大，比摩阻越小，流動阻力越小，但是成本也會相應增加。

因此需要權衡成本和性能，一般按照100~300Pa/m來確定管徑。為了防止水泵停止運行時，或者管道閥門突然關閉時，管道內(nèi)發(fā)生水擊現(xiàn)象造成破壞（水擊現(xiàn)象），《供熱空調(diào)設計手冊》 提出水管內(nèi)的水流速應限制在v＜3m/s，當流速超過3m/s也會明顯加快對管道與閥件的沖刷腐蝕情況。同時為了防止空調(diào)水管內(nèi)流速過高引起噪聲與管道振動，空調(diào)房間的水管流速不應超過下表中的限值：

表2.2.1-5

注：引自《全國民用建筑工程設計技術措施 暖通空調(diào)·動力》

計算管道壓降：使用摩擦壓力損失計算公式與局部壓力損失計算公式來計算管道的壓降，式將流量、管道尺寸、管道長度和流體粘度等因素考慮在內(nèi)。為了避免誤差和繁瑣的計算過程，可以使用專業(yè)的水力計算軟件進行計算。這些軟件通常能夠自動考慮各種因素，并給出準確的計算結(jié)果。下表為某商業(yè)項目的水環(huán)路管路水力計算表：

表2.2.1-6

冷熱源與末端的設備阻力與設備的型號、運行條件、工況等的不同而有很大差異，其值通常為制造商來提供，一般離心冷水機組蒸發(fā)器水側(cè)的阻力一般為30~100KPa，而空調(diào)末端空調(diào)機組水阻力一般為20~80KPa，同時空調(diào)機組盤管配置的電動調(diào)節(jié)閥的閥權度一般應取0.3~0.5，當空調(diào)機組表冷器水阻力較大時，電動調(diào)節(jié)閥的阻力也會變大，嚴格意義上來講，在變流量系統(tǒng)中，當閥權度等于1時，互擾現(xiàn)象消除后，系統(tǒng)可以實現(xiàn)絕對意義的動態(tài)水力平衡，當然這是不可能實現(xiàn)的，實際工作中，在達到調(diào)節(jié)控制的相關指標的要求前提下，盡可能降低閥權度，以降低系統(tǒng)阻力，通?？砂凑?.3的閥權度選取電動調(diào)節(jié)閥的型號。例如當選用的空調(diào)機組表冷器的水阻力為70KPa，則配置的電動調(diào)節(jié)閥的全開時為的阻力應大于等于30Pa，才能滿足要求，表2.2.1-7為某項目的電動閥門選型計算表。另外需要注意較大阻力的閥件，水過濾器應選用低阻型，逆止閥應選用低阻型。表2.2.1-7

c.循環(huán)水泵的揚程計算與水泵的選擇注意事項：

最不利環(huán)路管道壓降、冷機水阻力、末端空氣處理機組盤管阻力及其自控閥門阻力三者之和既為循環(huán)水泵需要克服阻力，水泵揚程增加5%~10%的附加值。水力計算的計算過程均按照管路系統(tǒng)負擔的最大負荷最大流量計算，因此，水泵的揚程應嚴格按照水力計算的結(jié)果選擇，不應“層層加碼”導致泵的揚程過大。有經(jīng)驗的地產(chǎn)開發(fā)商都做了相應的要求，例如某地產(chǎn)公司對冷凍水循環(huán)泵的揚程做出了不得大于40mH2O的規(guī)定，還有一些地產(chǎn)公司規(guī)定冷凍水泵必須采用變頻水泵，當冷凍水泵揚程過大時，運行時可通過現(xiàn)變頻降低水泵揚程。選擇合適的水泵需要根據(jù)水泵特性曲線進行選擇，水泵的特性曲線圖指泵的揚程與流量的關系圖，水泵的運行工況點是通過管路的特性曲線與水泵的特性曲線確定的（M工況點，見圖2.2.1-2）。

在選擇泵時，在滿足系統(tǒng)需要的流量與揚程的情況下，應保證水泵效率不低于現(xiàn)行國家標準《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評價值》GB19762規(guī)定的節(jié)能評價值，并使水泵在高效區(qū)運行，以保證運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟和安全。

圖2.2.1-2水泵運行工況圖

在水泵設備選型時，應由水泵制造商提供水泵圖譜，以確定工作點在水泵的高校區(qū)，下圖為某項目選泵的過程中水泵廠家給出的水泵運行曲線，本項目要求冷凍水泵的流量為476m3/h揚程為36MH2O，圖2.2.1-3為水泵廠家提供的水泵運行曲線圖譜及標定的工作點，選定水泵的效率最高點為85.2%，選定工作點效率為84.4%，在水泵的高效率區(qū)范圍。

圖2.2.1-3水泵選型圖譜

當泵的流量要求很高時，如果是單吸泵則要有很大的泵入口和出口口徑，同時，轉(zhuǎn)速不能太大，需穩(wěn)定在1450r/min左右。當水泵流量大于等于500 m3/h時應一般采用臥式雙吸泵。使用雙吸泵可以減小泵的大小和重量，可加快流速，提高容積效率，提高泵的可靠性。d.水系統(tǒng)水力平衡空調(diào)水系統(tǒng)各個并聯(lián)環(huán)路應實現(xiàn)水力平衡，當個環(huán)路不平衡率大于15%時，應采取水力平衡的措施。通過對管道布置和閥門進行合理設計，使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)水力平衡。

水力失調(diào)分為靜態(tài)和動態(tài)兩種，靜態(tài)水力失調(diào)是水系統(tǒng)自身固有的，是各環(huán)路阻力不同導致的失調(diào)；靜態(tài)水力失調(diào)需要設置靜態(tài)平衡閥（也稱為手動平衡閥），通過改變開度，使系統(tǒng)處于靜態(tài)平衡狀態(tài)。靜態(tài)平衡閥有開度指示、機械記憶、壓差及流量測點等功能。靜態(tài)平衡閥盡量減少串聯(lián)的個數(shù)，每個水環(huán)路串聯(lián)的靜態(tài)平衡閥建議不超過2個，減少水環(huán)路阻力。靜態(tài)平衡閥一般要求設置在總回水立管回水管和各層水平回水管處；此時空調(diào)機組、新風機組水管上一般需要設置比例積分電動調(diào)節(jié)閥與動態(tài)壓差平衡閥。也有地產(chǎn)公司要求空調(diào)機組（AHU）與新風機組（PAU）的環(huán)路每層回水總管不設靜態(tài)平衡閥，將平衡閥設置在機組的回水支管上，以調(diào)節(jié)機組之間的水力不平衡。動態(tài)水力失調(diào)是系統(tǒng)運行過程中由于末端水管閥門開度改變導致的水系統(tǒng)壓力波動，引起其他末端設備流量偏離設計值。動態(tài)水力失調(diào)對應的平衡閥有動態(tài)流量平衡閥和自力式壓差平衡閥（或稱為動態(tài)壓差平衡閥）。

自動流量平衡閥是通過自動改變閥芯的過流面積、適應闊前后壓力的變化，來控制通過閥門流量的。當系統(tǒng)內(nèi)有些末端設備如風機盤管機組、新風機組等的調(diào)節(jié)閥，隨著空調(diào)負荷的變化進行調(diào)節(jié)而導致管網(wǎng)中壓力發(fā)生改變時，使其他末端設備的流量保持不變，仍然與設計值相一致。根據(jù)設定流量方式的不同，自動流量平衡閥可分為固定流量型和現(xiàn)場設定流量型兩大類。自力式壓差控制器，它具有一定的比例壓差控制范圍，可以在一定流量范圍內(nèi)(qmin ----qmax) 使所需控制回路的壓差保持基本恒定，使用自力式壓差平衡閥可以防止由于回路間的互擾，末端上的壓差出現(xiàn)更大的幅度變化，調(diào)節(jié)型控制閥的工作范圍急劇變窄，閥權度變小，使得調(diào)節(jié)閥無法發(fā)揮調(diào)節(jié)的作用。通常變流量系統(tǒng)的空調(diào)機組、新風機組回水管上設置比例積分電動調(diào)節(jié)閥與動態(tài)壓差平衡閥；或者在連接多臺吊頂式機組的支管路回水管上設置動態(tài)壓差平衡閥。

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