超高层建筑空调设计

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3. 超高层建筑水路系统设计
超高层建筑高承压水路系统 四管制水系统 超高层建筑标准层空调 冷水管道管径计算
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3.1 超高层建筑高承压水路系统
随着建筑高度增高，空调水路系统承受水压就愈大， 对于100m高建筑来说静水压力就达到1.0MPa左右。 目前我国超高层建筑中，上海静安希尔顿饭店 （143m），中间不设设备层，膨胀水箱设在146m处， 水泵扬程为37.5m H2O（水泵对于蒸发器是压出式安 装），系统内最大压力约1.9MPa。选用管材、部件、 设备（蒸发器、末端装置）需要承压2.1MPa。 上海金茂大厦(420.5m)高区水系统承压达2.8MPa(不包 括制冷机)。
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（6）室外计算温度 对于外窗，采用室外计算逐时温度 对于外墙和屋顶，舒适性空气调节房间（非轻 型外墙）的室外计算温度可采用室外计算日平 均综合温度
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（7）外墙和屋面瞬变传热引起的冷负荷 在日射和室外气温综合作用下，外墙和屋面瞬变传 热引起的空气调节冷负荷
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所产生的风压值随着风速的增大而增大，与风速成平方的 关系。 在进、排风口处设均压环是非常重要，而且有效的技术措 施，它可以使得1/5的正压区和4/5的负压区相混合，产生 一个在360°的圆形环内风压系数基本一致的风环境，如 图1-5。
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（6）室外温度与地面温度的差异
（5）大气透明度的影响
在计算空气调节冷负荷时，宜考虑大气透明 度的影响。 各地的大气透明度见表2-3。
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由于各城市中各地段清洁和污染程度不一， 在无当地气象部门的确切资料时，可乘以下 列系数： 清洁区1.15； 市区1.00； 工业区0.87。
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•
围护结构的传热系数不仅与表面 放热系数有关，还与壁体本身的 热阻有关，所以保温性能越差的 围护结构，风速对传热的影响越 显著。
• 对窗面积大，装有单层普通玻璃 的建筑物，风速增加，负荷增加 较大。 • 在实际工程计算时，可将若干层 （如6~8层）作为一竖向区域， 分区对传热系数进行修正。
空气温度与地面的加热或冷却有着直接的关系。 在夏季，空气与温暖的地面接触而被加热，加热的空气 靠着对流又转移到较上层，因而空气温度就升高；在冬 季或夜间，则与此相反使得空气变冷。 空气温度会随着高度的增加而降低(百米以上)。这是因 为气团上升时，由较高的气压区流到较低的气压区，气 团因膨胀而变冷。 一般来说，每升高100m温度就下降1℃左右。 选取大楼冬季室外计算温度时，一定要考虑这一因素。
2. 超高层建筑冷负荷计算
围护结构建筑热工计算 负荷计算
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2.1 围护结构建筑热工计算
（1）围护结构温度波衰减倍数
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（2）围护结构温度波延迟时间
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2.2 负荷计算
（1）房间的得热量与冷负荷
通过围护结构的传热，透过玻璃窗的得热量和人体、 照明、用电设备等的发热量借助传导、对流和辐射三 种方式传递给空调房间的显热得热，以及由于进入室 内的湿量带来的潜热得热，称为房间的得热量。
超高层建筑（大楼）处于高空，无任何遮挡，周围的 风力和风向随时变化，因而引起进排风口处的风压也随之 不断变化，所以在考虑风机的压头时，除了克服空调(或 通风)系统的内部阻力外，还要知道进风口和排风口处的 压力。 在高空中一个圆形建筑物，其 迎风面的正压面只有70 °左右， 其余是负压面，而且四面两端 的负压值最大，180 °处的负 压值最小，如图1-4所示。
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（4）热压
建筑高度增加，本身由于热压造成的烟囱效应 较大，对空调通风换气效果有影响。 大部分超高层建筑外围护结构为密闭型。有的 玻璃幕墙上有1％的开启率。冷空气就会从低 层部分的门和窗渗入，从高层部分的楼梯间井 道渗出。 当室外风速加大时，在超高层建筑周围形成一 个涡流，对排气、进风、排烟效果产生不可估 计的影响。
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高度与风速的关系可按以下经验公式计算:
h0----基准高度。
基准高度处的风速，可根据当地气象站台取用。
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1.3 表面放热系数
在计算通过围护结构的得热量或热损失时，为确定壁 体的总传热系数，需先确定表面放热系数。 表面总放热系数是对流放热系数和辐射放热系数之和。 （1）对流放热系数
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（7）冷热负荷的影响
高空环境下太阳辐射、反辐射、散射研究工作还仅在理 论研究阶段。 工程上将通过围护结构的传热、透过玻璃窗的日射热量 和人体、照明、用电设备的发热量借助传导、对流和辐 射3种方式传递给空气调节房间的显热得热，以及由于进 入室内的湿量带来的潜热得热，称为层间的得热量。 宜按不稳定传热方法计算确定，计算方法按《民用建筑 暖通空调设计技术措施》进行。 按每100m选择一个标准层进行精确计算，每升高100m 由于风速、室外温度、围护结构外表面放热系统均不同 而调整原始数据。
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1. 超高层建筑自然特性与空调的关系
超高层建筑自然特性 风速随高度的变化 表面放热系数 热压和风压引起的空气渗透 高空风环境对进排风口的影响 室外温度与地面温度的差异
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1.1 超高层建筑自然特性 （1）超高层建筑
超高层建筑是指当时当地高度超过 100m的高层建筑统称之为超高层建筑 1990年，建成深圳发展中心(160m)， 便为当时深圳超高层建筑 1996年，地王大厦(325m) 上海环球金融中心（492m）
对流放热系数与气流流速、表面粗糙程度、表面与气 流间温差、气流物理性质（导热系数、动力强度、密度、 比热、热扩散系数和体积膨胀系数）等因素有关。
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在工程计算时，对于垂直墙体表面的对流放热系数可 用以下经验公式计算：
（2）辐射放热系
工程计算时，外围护结构的辐射故热系数可近似取 4~5.8W／(m2.℃)。
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（6）防排烟的影响 近代超高层建筑自涎生开始，便不断被各种灾 害事故所浸袭困扰，尤以火灾为大敌，持别是 美国9.11世贸中心遭恐布主义袭击以来，由于 楼层高，紧急疏散人员成为最最首要问题 以人为本的消防概念得到了加强，为人员疏散 设置具有防排烟措施的通道 在超高层建筑中，为人们提供更安全的环境显 得比什么都重要
超高层建筑空调设计
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超高层建筑空调
超高层建筑自然特性与空调的关系 超高层建筑冷负荷计算 超高层建筑水路系统设计 VAV系统在超高层建筑上的应用 超高层建筑特殊空调系统应用 超高层建筑冷热源的选择
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1. 超高层建筑自然特性 与空调的关系
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（4）热压和风压引起的空气渗透
空气渗透是指由热压和风压引起的渗入室内的室外空气量。
通过门、窗缝隙渗透的空气量可用下式计算：
L=a△Pb
m3／(h· m)
式中 △P—门、窗两侧的有效作用压差(Pa)； a，b—与门、窗气密程度有关的系数
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（5）高空风环境对进排风口的影响
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（8）规范与措施
由于当时制定各种“规范”、“措施”时，均想不到 我国会盖这么高的楼，因此在设计时往往会出现“无 规可循”、“无据可查”的境况。 特别是防火规范国内外设计人员也在摸索中。
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1.2 风速随高度的变化
气象台记录的风速一般是指在地面上10~15m处测得 的风速，如果高度再高，风速就会更大。 在一般地面上的建筑群的高度范围内(20m以下)，风速 变化不大，风速受高度影响可以忽略。 对超高层建筑则不可忽视其影响，必须对风速进行修 正。 风速大，建筑物的渗透风和表面放热系数的增大，从 而增加冷热负荷。
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（3）空调房间的夏季得热量
通过围护结构传入室内的热量 通过外玻璃进入室内的太阳辐射热量 人体散热量 照明散热量 设备、器具、管道及其他室内热源的散热量（主要设 备为计算机） 食品或物料的散热量 渗透空气带入室内的热量 伴随各种散湿过程产生的潜热量
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（15）空气调节房间的夏季冷负荷应按各项逐时冷负荷的综 合最大值确定。
• 空气调节系统的夏季冷负荷应考虑空气调节房间的同 时使用情况、空气调节系统的类型及调节控制方式。 • 在空气调节系统设有完整的温湿度自动控制，以具有 适应各房间冷负荷变化的调节能力，应采用各房间逐 时冷负荷的综合最大值。 • 否则，可采用各房间夏季逐时冷负荷最大值的累计值。 • 并应计入新风冷负荷以及通风机、风管、水泵、冷水 管温升引起的附加冷负荷。
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北京冬季空调计算(干球)温度为-12℃，若在500m高处， 室外温度应按-17℃计算。 香港太平山海拔380m，春节期间有霜冻现象，证明其温 度达到0℃以下。 冬季香港空调计算温度为5℃，400m高建筑室外温度按 0℃计算也是较精确的。
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（5）系统承压能力 传统空调水路系统方式是靠把冷热水逐级提升 方式送至最高层。 由于开式系统水质容易受到严重污染，而且水 泵耗电较大。现代超高层建筑大部分采用闭式 循环的水路系统。 建筑高度升高到400~500m，为了减少板式换热 器梯级传递次数，需要提高水路系统承压能力。
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（3）放热系数
室外风速随着建筑高度递增，加上建筑高度升高，建 筑周围旋祸气流加大，围护结构外表面的放热系数增 加。
由于保温性能差，风速对传热的影响越显著，超高层 建筑的窗玻璃的传热系数可增加15％。 风速增加、负荷增加，在实际计算时，每10层作为一 个竖向区域，对放热系数要进行修正。
为保持所要求的室内温度，必须由空气调节系统从房 间带走的热量，称为房间冷负荷。
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空气调节房间自热源得到的热量中辐射热与对流 热的百分成分可参见表2-2。
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（2）夏季冷负荷 空气调节房间的夏季冷负荷，应根据各项得热量的种类 和性质以及房间的蓄热特性分别进行计算。 通过围护结构进入室内的不稳定传热量、透过外玻璃窗 进入室内的太阳辐射热量、人体散热量以及非全天使用 的设备的散热量等形成的冷负荷，宜按不稳定传热方法 计算确定。
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（11）人体的散热量和散湿量
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（12）在计算餐厅负荷时，需考虑食物的散热、湿量，包括 显热和潜热
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（13）在常压下，由暴露水面或潮湿表面蒸发出来的水蒸气量
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（14）有水流动的地面，其表面的蒸发水分
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（8）超高层建筑不管是裙房或标准层，有外区与内区之分， 中间有一条假设分界线，冬季内区应计算其冷负荷。 （9）在室内外温差作用下，玻璃窗瞬变传热引起的空气调节 冷负荷
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（10）太阳辐射直接透过玻璃窗进入室内的热量引起的冷负荷
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（4）空调房间的夏季散湿量 人体散湿量 渗透空气带入室内的湿量 各种潮湿表面、液面或液流的散湿量 食品或其他物料的散湿量 设备散湿量
• 确定散湿量时，应根据散湿源的种类分别选用适宜的群 集系数、负荷系数和同时使用系数。 • 有条件时，应采用实测数值。
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世界第一高楼哈利法塔(迪拜塔) 828米
深圳地王大厦
上海环球金融中心
随着建筑科技飞速发展，日本、美国拟 建千米高建筑
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建设中的“华西增地空中新农村大楼”328m
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世界第一高楼哈利法塔(迪拜塔) 828m
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（2）太阳辐射强度 随着建筑高度升高，大气透明度、太阳辐射 强度亦增大。 高度增加，大气透明度提高，相对周围建筑 比较高。 其他建筑屋顶对超高层建筑的屋面反射也增 加，ρ ＝0.30。