智能樓宇暖通空調係統分析設計
（智能建築技術係10空調）馬強
［摘要］本文在簡介空調係統的組成及其應用、冷熱源設備的使用及其工作原理的基礎上,論述了某大廈中央空調係統的設計，選用半集中式的空調係統。詳細介紹了係統設備選型，如風係統中新風機組和末端裝置，如水係統中的泵、管路、冷卻塔及冷熱源設備等。詳細說明了新風采用VAV方式對大廈空調的作用和控製原理。並對係統運行情況簡單進行分析。
［關鍵詞］智能樓宇空調係統分析設計
1前言
隨著我國國民經濟水平的不斷提高，建築業也在持續穩定地向前發展。同前幾年建築業的發展相比，目前的發展商將眼光放得更遠，他們追求如何將開發成本降得越低越好，更多的考慮以人為本，開發真正舒適度高、建築質量高的居住及商用建築。
同時人們對生活、工作環境的要求也越來越高。商業建築不斷的增多，以及人們對室內空氣的溫濕度、潔淨度和空氣品質問題越來越重視。由於能源的緊缺，節能問題越來越引起人們的重視。因此迫切需要為商業建築物安裝配置節能、健康、舒適的中央空調係統來滿足人們對高生活水平的追求。
2中央空調係統簡介
目前大多數中央空調係統的冷源采用蒸氣壓縮式冷水機組，它包含四大部件，即壓縮機、冷凝器、節流裝置、蒸發器。製冷劑依次在上述四大部件中循環流動。壓縮機排出高溫高壓的氣體冷媒（製冷劑），流經冷凝器時向冷卻水放熱液化，並由冷卻水將熱量帶到冷卻塔排出；冷媒繼續經節流裝置，節流降壓成為低溫低壓液體，流經蒸發器時吸收冷凍水的熱量而氣化，再被壓縮機重新吸入。如此往複循環的同時，提供空氣調節用冷凍水，冷凍水流到用戶端（或稱空調末端）設備，通過空調機盤管與空氣進行熱交換，形成送風被送入空調區域，達到空氣調節的目的。
2.1中央空調風係統
2.1.1風係統的構成
中央空調的風係統由送風管道和布置於各空調區域的風口將空氣處理設備（新風機組、空調機組）與空調房間相連，風道及空氣處理設備中設置空氣輸送設備（包括送風機、回風機等）、風量調節閥、防火閥、過濾網、消聲器、風機減振器等配件。
2.1.2風係統的分類
2.1.2.1按送風量是否恒定分類
（1）定風量係統。定風量係統采用最簡單的風管配送網絡及末端不設任何其他裝置，經空調機組處理後的空氣直接由風管配送網絡按比例送至各送風口。由於各送風口不具備任何調節能力，如果送風機為非變頻的，則送至各送風口的風量基本不變（忽略室內氣壓變化對送風量的影響）。
（2）變風量係統。變風量係統（VariableAirVolumeSystem，VAV係統）20世紀60年代誕生在美國，根據室內負荷變化或室內要求參數的變化，保持恒定送風溫度，自動調節空調係統送風量，從而使室內參數達到要求的全空氣空調係統。由於空調係統大部分時間在部分負荷下運行，所以，風量的減少帶來了風機能耗的降低。VAV係統追求以較少的能耗來滿足室內空氣環境的要求。
2.1.2.2按處理的空氣來源分類
（1）封閉式係統。該係統所處理的空氣全部來自空調房間內部。此方式經濟性好，但衛生效果較差，所以僅用於密閉空間且無法采用室外空氣的場合。
（2）全新式係統。該係統所處理的空氣全部來源於室外空氣，經處理後送入房間吸收餘熱餘濕，而後全部排出室外，該係統又稱直流式係統。這種係統衛生條件好，但經濟性差，隻適用於室內有汙染源，不允許采用回風的場所。
（3）混合式係統。該係統所處理的空氣部分來自室外，部分來自空調房間。這種係統既能滿足衛生要求，又經濟合理，是應用最廣泛的一種係統。
2.1.2.3按風管中空氣流動速度分類
（1）低速空調係統。低速空調係統，是指主風管內的空氣流速低於15m/s。綜合考慮經濟性和消聲要求，要求宜按參數選取風管內的風速。風機與消聲裝置之間的風管，其風速可采用8－10m/s。一般民用建築的舒適性空調大都采用該係統，風管風速不宜大於8m/s。
（2）高速空調係統。高速空調係統一般指主風管內的風速大於15m/s。對於民用建築，當主風管風速大於12m/s時，也稱高速空調係統。采用高速空調係統，可以縮小風管尺寸，減小風管占用的建築空間，但噪聲問題也應加以考慮。
2.2中央空調水係統
2.2.1水係統的組成
中央空調的水係統包括冷凍水係統、熱水係統、冷卻水係統和冷凝水係統四大部分。係統由水管、水泵、冷卻塔、冷凝器、蒸發器、閥門、末端、保溫材料、膨脹水箱等設備和材料組成。
（1）冷凍水循環係統。
來自空調設備的12℃冷凍水回水，經過集水器、過濾器、水泵等進入冷水機組的蒸發器。冷凍水吸收了製冷劑蒸發所釋放的冷量，使其溫度降低至7℃，進入分水器。冷凍水經分水器送入各空調設備，對空氣進行熱濕處理。然後再回到冷水機組進行循環再冷卻。
（2）熱水循環係統。
主要是提供冬季空調設備所需要的熱水，供其加熱空氣用。一般包含一個獨立的熱源設備。
（3）冷卻水循環係統。
來自冷卻塔的32℃冷卻水經過過濾器、水泵等進入冷水機組的冷凝器，吸收了製冷劑冷凝所釋放的熱量，使其溫度升高至37℃，再送入冷卻塔被空氣降溫至32℃。然後又回到冷水機組進行循環。
（4）冷凝水係統
空調設備在冷卻空氣過程中可能會產生冷凝水，冷凝水管係統負責把凝結的水排放。
2.2.2水係統的分類
2.2.2.1根據管路和設備的布局分類
（1）開式係統。開式係統在管路之間設有儲水箱（或水池）通大氣，回水靠重力作用流入回水池。開式係統的優點是結構簡單，不設置回水泵，且可以利用回水池，調節方便，工作穩定。缺點是水泵揚程要增加冷凍水送至用冷設備高度的位能，水泵耗電量大；又由於開式係統管道與大氣相通，所以水質易受汙染、管道較髒易堵塞、易腐蝕。由於以上缺點，開式係統應用較少。
（2）閉式係統。閉式係統的管路與大氣相接處，僅在係統最高點設置膨脹水箱並有排氣和泄水裝置。閉式係統隻有膨脹箱通大氣，所以係統管路和設備不易產生汙垢和腐蝕；係統簡單。冷損失較小，且不受地形限製；由於在係統的最高點設置膨脹水箱，整個係統充滿水，冷凍水泵的揚程僅需克服係統的流動摩擦阻力，所以設備的耗電較小。
2.2.2.2根據水量是否變化分類
（1）定水量係統。定流量係統是指空調水係統輸配管路的流量保持恒定。定流量係統是通過改變供回水溫差來滿足負荷變化的。在定流量係統中，表冷器、風機盤管采用三通閥進行調節。當負荷小時，一部分冷凍水與負荷成比例地流經表冷器或風機盤管，另一部分從三通旁通閥，以保證供冷量與負荷相適應。定流量係統比較簡單，係統的水量變化基本上由水泵的運行台數所決定。但由於水泵的流量是按最大負荷選定的固定流量，並且不能調節，在部分負荷時，既浪費了水泵運行的電能，又增加了管路上的熱損失，運行費較高。由於空調冷凍水係統在部分負荷狀態下運行的時間較長，所以定流量係統在經濟上不合理。
（2）變水量係統。變流量係統是指空調水係統中輸配管路的流量是隨著末端裝置流量的調節而改變的。變流量水係統經常采用多台冷（熱）設備和多台水泵（即一台設備配一台水泵）的方式，各台水泵水流量不變，隻需對設備和相應的水泵進行台數的控製就可以調節係統供水的流量。另外，也可以采用變速水泵來調節係統供水的流量，或者在風機盤管處設置二通調節閥，依據空調房間的溫度信號控製二通調節閥的開度，以達到變流量的目的。變流量水係統的耗電量比定流量係統小得多，特別適用於大型空調水係統。
2.2.2.3根據所采用管製分類
（1）兩管製係統。兩管製係統是指冷、熱源利用一組供回水管為末端裝置的盤管提供冷水或熱水的係統。雙管製係統中冷、熱源是各自獨立的。夏季，關閉熱水總管閥門，係統供應冷水；冬季的操作正好相反。因此這種係統不能同時既供冷又供熱，在春秋過渡季節，不能滿足空調房間的不同冷暖要求，舒適性不高。但由於該係統簡單實用，投資少，在我國高層建築中得到廣泛的應用。
（2）四管製係統。四管製係統是指冷、熱源分別通過各自的供、回水管路，為末端裝置的冷盤與熱盤管提供冷水和熱水的係統。這種係統初投資較高，管道占用空間大，但運行很經濟，對溫度的調節具有較好的效果，所以多用於對舒適性要求很高的場合。
2.3中央空調的末端設備
2.3.1組合式空調機組
（1）新風機組。
新風機組是提供新鮮空氣的一種空氣調節設備。功能上按使用環境的要求可以達到恒溫恒濕或者單純提供新鮮空氣。工作原理是在室外抽取新鮮的空氣經過除塵、除濕（或加濕）、降溫（或升溫）等處理後通過風機送到室內，在進入室內空間時替換室內原有的空氣。當然以上所提到的功能得根據使用環境的需求來定，功能越齊全造價越高。
（2）空調機組。
空調機組是由各種空氣處理功能段組裝而成的一種空氣處理設備。適用於阻力大於100Pa的空調係統。機組空氣處理功能段有：空氣混合、均流、過濾、冷卻、一次和二次加熱、去濕、加濕、送風機、回風機、噴水、消聲、熱回收等單元體。
2.3.2風機盤管
風機將室內空氣或室外混合空氣通過表冷器進行冷卻或加熱後送入室內，使室內氣溫降低或升高，以滿足人們的舒適性要求。
風機盤管的工作原理，就是借助風機盤管機組不斷地使室內空氣循環流動，使其通過盤管而被冷卻或加熱，以保持房間要求的溫度和一定的相對濕度。盤管使用的冷水或熱水，由集中冷源和熱源供應。與此同時，由新風空調機房集中處理後的新風，通過專門的新風管道分別送入各空調房間，以滿足空調房間的衛生要求。
風機盤管空調係統與集中式係統相比，沒有大風道，隻有水管和較小的新風管，具有布置和安裝方便、占用建築空間小、單獨調節好等優點，廣泛用於溫、濕度精度要求不高、房間數多、房間較小、需要單獨控製的舒適性空調中。
3設計說明
3.1大廈簡介
本設計所涉及大廈為鋼筋混凝土框架－核心筒無柱結構；辦公空間樓板承重200kg/m2；地下2－3層為智能停車場；首層－地上二層為大堂空間，高度10m，地熱式采暖加空調；地上3層－20層標準裝修商務辦公空間。
大廈配3層獨棟裙房，屬獨棟商務辦公或配套商業用房。
3.2大廈空調配置
3.2.1係統類型
半集中式空氣－水係統，各空調區域安裝風機盤管機組。每樓層均設新風機房，被處理新風經風管送入樓層空調區域，風口處安裝變風量（VAV）末端調節裝置，新風量50m3/person/hour。新風送入房間後與房間空氣混合，由風機盤管進行進一步處理。