【暖通学院】超高层水系统设计

全年使用的空调系统，仅要求按季节(或室外温度)变化同时进行供冷或供热工况转换时，应采用两管制系统，只有当供冷和供热工况交替繁频或在同季节同时要求供冷和供热时，宜采用四管制。

在大型的建筑中，为了解决过渡季节不同朝向或内区和外区负荷变化的需要可采用分区两管制，根据需要向不同的区域供冷或供热。

集中空调冷水系统的选择，应符合下列规定：

1、 除设置一台冷水机组的小型工程外，不应采用定流量一级泵系统；

2、冷水水温和供回水温差要求一致且各区域管路压力损失相差不大的中小型工程，宜采用变流量一级泵系统；单台水泵功率较大时，经技术和经济比较，在确保设备的适应性、控制方案和运行管理可靠的前提下，可采用冷水机组变流量方式；

3、系统作用半径较大、设计水流阻力较高的大型工程，宜采用变流量二级泵系统。当各环路的设计水温一致且设计水流阻力接近时，二级泵宜集中设置；当各环路的设计水流阻力相差较大或各系统水温或温差要求不同时，宜按区域或系统分别设置二级泵；郭鹏学暖通

4、冷源设备集中设置且用户分散的区域供冷等大规模空调冷水系统，当二级泵的输送距离较远且各用户管路阻力相差较大，或者水温（温差）要求不同时，可采用多级泵系统。

设置2台或2台以上冷水机组和循环水泵的空气调节水系统，应能适应负荷变化改变系统流量。并宜按照以下要求，设置相应的自控设施。一次泵系统末端装置宜采用两通调节阀，二次泵系统应采用两通调节阀。根据系统负荷变化，控制冷水机组及其一次泵的运行台数。根据系统压差变化，控制二次泵的运行台数或转数。末端装置采用两通调节阀的变流量的一次泵系统，宜在系统总供圃水管间设置压差控制的旁通阀；通过改变水泵运行台数调节系统流量的二次泵系统，在各二次泵供回水集管间设置压差控制的旁通阀。

采用复式泵的二级泵系统，其负荷侧变流量可采用由其各同路总供，回水压差控制的压差旁 通阀组或采用变频调速泵来实现。

1、宜采用相应各回路供、回水压差控制变频调速泵。

2、若有多台（含备用泵）并联运行，宜全部采用变频调速泵。

高层建筑的空调水系统，应校核系统压力不大于冷水机组、末端装置及管路部件的承压能力，必要时应采取相应的防超压措施：

1、设备、管件、管路承受的压力应按系统运行时的工作压力考虑。

2、一般建筑循环水泵宜安装在冷水机组进水口侧，当冷水机组入水口侧承受的压力大于冷水机组的承压能力，但系统静水压力（包括机组所在地下层建筑高度）在冷水机组承压能力以内时，可 将空调冷水泵安装在冷水机组出口处，水系统可不分区。

3、当系统静水压力大于标准型冷水机组的蒸发器水侧承压能力（一般电压缩式冷水机组为1.0MPa，吸收式冷水机组为0.8MPa）时，应选用工作压力更高的设备，或经过经济比较，采用竖向分区的闭式循环系统。

空调水系统竖向分区原则：

1、水系统的竖向分区应根据设备、管道及附件的承压能力确定：

1)设备承压：

（1）冷水机组的额定工作压力PW：

普通型PW=1.0MPa，加强型PW=1.6MPa，特加强型PW=2.0MPa；

（2）空气处理机组、风机盘管机组额定工作压力PW=1.6MPa；

（3）水泵壳体：采用填料密封时，额定工作压力PW=1.0MPa；采用机械密封时，额定工作压力PW=1.6MPa；

（4）板式换热机组最大承压一般不超过2.5MPa；

（5）阀门的承压可根据系统工作压力选取。阀门按公称压力PN分低压、中压和高压三类，低压阀门PN=1.6MPa，中压阀门PN=2.5~6.4MPa，高压阀门PN=10~100MPa。

设备承压或压力试验规定见表-1。

注：

1、冷水机组的承压规格分为 1.0、1.6、2.0、2.5（3.0）MPa四挡，其中 2.5（3.0）MPa为非标机组；

2、空调循环泵的承压规格分为 1.0、1.6、2.5MPa 三挡；

3、板式换热机组的承压规格分为 1.0、1.6、2.0、2.5（3.0）MPa四挡。

2)管路系统承压：

（1）薄壁不锈钢管道最大承压不能超过1.6MPa；

（2）钢塑复合管、铜管最大工作压力不超过2.5MPa；

（3）焊接钢管和无缝钢管的承压与壁厚成正比，与管径成反比，应根据系统工作压力、温度和 管径选择钢管材质和壁厚。当系统工作压力≤1.6MPa时，可采用焊接钢管；当系统压力＞1.6MPa时，宜采用无缝钢管。

管路系统的承压规定见表2

表-2 管道系统的承压规定

注：

A、低压管道PN=2.5MPa，中压管道 PN=4~6.4MPa，高压管道PN=10~100MPa；

B、普通焊接钢管PN=1.0MPa，加厚焊接钢管PN=1.6MPa，直缝、螺旋缝焊接钢管PN=1.6MPa，无缝钢管PN>1.6MPa。

（4）管道系统承压主要取决于连接方式承压。螺纹连接最大承压不超过1.6MPa；卡压、卡套连接最大承压不超过1.6MPa；沟槽连接采用螺纹式机械三通时其最大承压为1.6MPa；不采用螺式三通时最大承压为2.5MPa；螺纹法兰最大承压为1.6MPa，普通焊接法兰连接最大承压为2.5MPa，特殊工艺的法兰可以达到4.0MPa，甚至更高的承压要求；焊接连接承压可以达到管道本身的承压要求。空调水系统管道连接方式和承压规定见表3。

表3 空调水系统管道连接方式和承压规定

注：《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB 50243-2002）规定，钢塑复合管道螺纹连接适用工作压力不大于1.0MPa；钢塑复合管道法兰与沟槽连接时，工作压力不大于 2.5MPa。

（5）管道附件的承压应根据系统工作压力选取。

2、系统最大工作压力不宜超过2.5MPa。当系统工作压力≤1.6MPa时，管道连接方式可采用螺纹连接、沟槽连接、法兰连接和焊接连接；当1.6MPa＜系统工作压力≤2.5MPa时，管道连接方式 可采用焊接法兰连接、沟槽连接和焊接连接。

3、冷水机组和板式换热器的承压应根据项目的具体情况选择不同的承压要求，冷水机组不宜超过2.0MPa，板式换热器承压不宜超过2.5MPa。当冷水机组或板式换热机组和水泵需要增大承压时，宜优先增大板式换热机组和水泵的承压。末端设备的承压不宜超过1.6MPa。

4、当建筑高度超过410m，建筑在上端和下段具有不同的功能分区，且各区需要独立管理时，高区冷源可设置在中间设备层；当建筑高度超过620m，高区冷源宜设置在中间设备层；当冷源设置在中间设备层时，应妥善解决设备的消声隔振问题；

5、热交换次数一般不超过2次，两次换热或者多次换热时，冷源可考虑采用蓄冰方式；

1)高区二次空调冷水水温宜按高于一次水水温 1~1.5℃设计；

2)高区二次空调热水水温宜按低于一次水水温2~3℃设计；

注：高区空气处理机组和风机盘管应按二次水水温进行选型设计。

6、处于高区的负荷量不大的少部分空调区域可单独设置冷热源设备，如采用自带冷热源的分散式空调器等。

不同高度的高层（超高层）建筑空调水系统竖向分区方案：

1、冷源设置空调水系统基于根据冷源设置的特点，主要有3种分区方案：分段设置冷源、单能源中心、双能源中心。分段设置冷源可分为风冷式、水冷式及多种冷源系统混合式，理论上可用于任意高度的建筑，优点在于无梯级换热，可减少能量损失及梯级换热对冷源和末端设备的影响；缺点是设备在建筑物中间层或顶层时，冷水机组的运输难度较大，且当建筑投入运行后，由于一般货梯的载重量和空间无法满足整机和大型部件的运输要求，难以实现整机和大型部件更新；再者，设备的噪音、振动处理方案也比较复杂。单能源中心有可分为一次换热、二次换热两种形式，前者多应用于低于400m的超高层建筑，后者多应用于400~600m的超高层建筑；双能源中心系统可用于低于1200m的超高层建筑。

2、高层（超高层）建筑空调水系统竖向分区方案

1) 当建筑高度在120m以下时，空调水系统可不分区；

2)当建筑高度在120~240m时，空调水系统采用单能源中心、一次换热方式，分高、低区；冷源设置在地下室，板换设置在中间设备层，以保证设备承压均不超过1.6MPa，见图8-1；

3)当建筑高度在240~330m时，空调水系统采用单能源中心、一次换热方式，分高、中、低区；冷源设置在地下室，板换设置在中间设备层，以保证冷水机组和末端设备不超过1.6MPa，板式换热机组不超过2.5MPa，见图8-2；

4)当建筑高度在 330~410m时，空调水系统采用单能源中心、一次换热方式，分高、低区和一次高、低区；冷源设置在地下，板换设置在中间设备层，以保证冷水机组不超过2.0MPa，板式换热机组不超过2.5MPa，末端设备不超过1.6MPa，见图8-3；

5) 当建筑高度在410~620m时，空调水系统采用单能源中心、二次换热方式，分高低区、一次高、低区和二次高、低区；冷源设置在地下，板换设置在不同的设备层，以保证冷水机组不超过2.0MPa，板式换热机组不超过2.5MPa，末端设备不超过1.6MPa，见图8-4；

6)当建筑高度在620m以上（到1200m），空调水系统采用双能源中心、二次换热方式，以保证冷水机组不超过2.0MPa，板式换热机组不超过2.5MPa，末端设备不超过1.6MPa；

注：参考《超高层建筑空调水系统竖向分区研究》（北京市建筑设计研究院有限公司 张铁辉 赵伟）相关内容整理。

空调循环水泵，应按下列原则选用：

1、小型工程的两管制系统，可以用冷水泵兼作冬季的热水泵使用，但应校核冬季使用时水泵的流量、扬程及台数是否吻合；大中型工程应分别设置冷、热水循环泵。

2、一次泵的台数，应按冷水机组的台数一对一设置，一般不设备用泵。

3、二次冷水泵台数应根据冷水泵大小、各并联环路压力损失的差异程度、使用条件和调节要求，通过技术经济比较确定。

4、 热水泵应根据供热系统规模和运行调节方式确定，不应少于两台，宜设备用泵、采用变频控制。

5、蓄冷系统冷水泵根据系统规模确定，一般不应少于两台，可不设备用泵：宜采用变频控制。

6、蓄冷系统乙二醇泵台数，应按双工况主机一对一设置，宜设备用泵。

循环水泵的流量：

1 、一次冷水泵的流量；应为所对应的冷水机组的冷水流量。

2 、二次冷水泵的流量，应为按该区冷负荷综合最大值计算出的流量。

3 计算水泵流量应附加 5%~10%的裕量。

冷水泵的扬程，应按下列方法计算确定：

1 、当采用闭式循环一次泵系统时，冷水泵扬程为管路、管件阻力、冷水机组的蒸发器阻力和末 端设备的表冷器阻力之和。

2 、当采用闭式循环二次泵系统时，一次冷水泵扬程为一次管路、管件阻力和冷水机组的蒸发器阻力之和。二次冷水泵扬程为二次管路、管件阻力及末端设备的表冷器阻力之和。

3 、当采用开式一次泵冷水系统时，冷水水泵扬程除上述说明计算外，还应包括从蓄冷水池最低水位到末端设备表冷器之间的高差。

4 、当采用闭式循环系统时，热水泵扬程为管路、管件阻力、热交换器阻力和末端设备的空气加热器阻力之和。

5 、所有系统的水泵扬程，均应对计算值附加5%～10%的裕量。

空调冷水泵的选型，宜符合下列要求：

1 、空调冷水泵宜选用低比转数的单级离心泵。一般选用端吸泵，流量>500m3/h宜选用双吸泵。

2 、在高层建筑的空调系统设计中，应明确提出对水泵的承压要求。

在选配空调冷热水系统的循环水泵时，应计算循环水泵的耗电输冷(热)比EC(H)R-a，并应标 注在施工图的设计说明中。耗电输冷(热)比应符合下式要求：设计说明中。耗电输冷（热）比应符合下式要求：

EC(H )R - a = 0.003096å(G × H /hb）/ åQ £ A(B +aå L) / DT

式中 EC(H)R-a—空调冷（热）水系统循环水泵的耗电输冷（热）比；

G—每台运行水泵的设计流量，m3/h；

H—每台运行水泵对应的设计扬程，m；

b—每台运行水泵对应设计工作点的效率；

Q—设计冷（热）负荷，KW；

ΔT—规定的计算供回水温差，℃；

A—与水泵流量有关的计算系数；

B—与机房及用户的水阻力有关的计算系数；

а—与ΣL有关的计算系数。

来源：郭鹏学暖通

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