中国人寿大厦空调节能设计.ppt

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1、中国人寿大厦空调节能设计,中国建筑设计研究院潘云钢,中国人寿大厦空调节能设计 基本情况,总平面示意图,中国人寿大厦空调节能设计基本情况,建设地点：北京朝阳区朝外大街商业中心D区设计时间：1995年10月1996年10月使用时间：2001年10月30日建筑面积：116939m2建筑性质：自用、租售办公和商业、会议、餐饮、娱乐为一体的大型综合性、智能化、超高层建筑建筑高度：165m。设计单位：美国B+H设计公司，中国建筑设计研究院,中国人寿大厦空调节能设计 基本情况,楼层及主要房间功能：地下3层：汽车库,冷冻机房,水处理间,水池及水泵房等；地下2层：汽车库,变配电室,热交换间,职工卫生间,空调机房

2、等；地下1层：汽车库及中巴车站,自行车库,柴油机房,职工餐厅及其厨房,四季厅门厅,超级市场等；13层：门厅大堂,四季厅,自动扶梯厅,零售商场等；,中国人寿大厦空调节能设计 基本情况,楼层及主要房间功能：4层：门厅大堂,四季厅,自动扶梯厅,游泳池,中、西餐厅及厨房；5层：门厅大堂,四季厅,自动扶梯厅,保龄球室,健身娱乐室等；615层、1727层：办公室；16层：消防避难层；2830层：办公室及机械用房；31、32层：多功能厅。,中国人寿大厦空调节能设计 基本情况,楼层及主要房间功能：以上是首次施工图设计时确定的房间功能，在以后的施工进行过程中，甲方由于出租、销售等原因，对房间功能进行了一定的调整

3、。如：首层增加了银行、游泳池由四层改至地下三层（会所制）、取消了保龄球室、在三层增加了大型会议室、健身娱乐的主要用途改到了地下一层等等。层高情况：办公层：3.5m，裙房4.25.1m。,中国人寿大厦空调节能设计 建筑热工情况,建筑热工主要参数：窗墙比约为39%、体型系数0.28Low-E玻璃，传热系数为2.5W/m2.K，窗玻 璃遮阳系数为0.5外墙围护结构的平均传热系数0.6W/m2.K 主要外墙的做法：（1）单层玻璃+90mm玻璃棉+石膏板；（2）15mm花岗石+90mm玻璃棉+石膏板。,中国人寿大厦空调节能设计 建筑热工情况,建筑热工主要参数：屋顶平均传热系数为0.58W/m2.K 屋顶

4、做法：参考标准图88J1-屋35,其中保 温层改为：100mm聚苯乙烯悬挑楼板以及空调空间与非空调空间之间的 分隔楼板采用50mm厚聚乙烯保温，传热系数 不大于0.8W/m2.K,中国人寿大厦空调节能设计 空调水系统设计,冷、热量及其指标总耗冷量：10000kW，设计冷指标：88W/m2 总耗热量：7995kW，设计热指标：67W/m2 冷、热源设备冷水机组：离心式，4X750RT（原外方计算装机容量4X800RT，中方计算装机容量4X700RT，协商后取现值4X750RT）热源：一次热源由城市热网供应，热交换站 由北京煤热设计院负责设计。,中国人寿大厦空调节能设计 空调水系统设计,空调冷水参

5、数冷水设计水温：6.613 考虑到水泵及管道温升,实际空调机组的进水温度约在6.8左右，选择表冷器时按照7/13考虑。减少大约15%20%的冷水泵设计流量和装机容量。由于办公面积紧张,建筑造价较高、空间有限,增大水温差后由于流量减少使得管道尺 寸得以减小。需要考虑到由于表冷器供回水温差增大带来的传热温差减小的问题通过计算合理选择。需要考虑到冷水机组由于水温变化对COP的影响本工程提出的设计状态下的COP值为5.8（0.62kW/RT)。,中国人寿大厦空调节能设计 空调水系统设计,空调冷水系统二次泵变流量系统 冷源系统图,中国人寿大厦空调节能设计 空调水系统设计,二次泵变流量系统的应用理由：1.

6、系统非线性原因（1）一般的空调机组都具有非线性特性，表达如下：q=1/1+(1g-1)（2）选择本楼中有代表性的空调机组（如办公层外区和内区机组、裙房机组和新风机组）的静特性计算表明：其特征系数大约在0.250.4之间（其中变风量系统较大，定风量系统相对较小，新风机组最小）；（3）本工程末端主要采用空调机组（水流量采用二通调节阀控制），风机盘管相对较少；因此，空调水系统的特性与空调机组类似。同时，考虑到设备的同时运行系数问题，可以肯定的是：系统的特征参数必定小于上述末端按照同时运行的加权平均值（大约0.30.35)。,中国人寿大厦空调节能设计 空调水系统设计,二次泵变流量系统的应用理由：2.冷

7、水机组按照定流量方式（1）在设计时（1995年），已经有人提出了冷水机组的变流量运行和控制的问题。（2）至今为止，变流量问题仍然处于一种研究和工程试点的状态，尚没有一个完整的、合理可行的、可靠的解决措施尤其是自动控制（作者个人看法）。（3）结合本工程规模较大的特点，从设计的可靠性和安全性来考虑，冷水机组定流量是本工程的一个安全措施之一。,中国人寿大厦空调节能设计 空调水系统设计,二次泵变流量系统的应用理由：3.考虑内、外区冷、热水系统的同时分别供应和转换（1）水系统分为内、外区建筑存在内区要求供冷水而外区同时要求供热水的状况(例如在过渡季气候及不太寒冷的冬季气候时)；（2）通过设于冷冻机房内的

8、冷热水管上的电动阀的切换来实现上述工况转换；（3）在外区环路中设计的旁通阀V9，使上述转换过程中，不会发生高的回水温度直接进入冷水机组对机组来可能造成的损坏，保证进入冷水机组的水温在20以下（如果采用一次泵系统，直接转换时，有可能发生高温热水回水未经过降温就进入冷水机组的情况）。,中国人寿大厦空调节能设计 空调水系统设计,冷水泵参数及控制：1.水泵扬程的选择应以平衡管为分界线。2.运行控制方式：（1）一次泵定速，随冷水机组起、停；（2）二次泵采用变频转速供、回水压差控制。3.水泵设计选择参数：（1）一次泵（共四台）流量：378m3/h，扬程：16m，安装容量：30kW；（2）外区系统二次泵（共

9、二台）流量：340m3/h，扬程：30m，安装容量：45kW；（3）内区系统二次泵（共二台）流量：440m3/h，扬程：34m，安装容量：75kW；,中国人寿大厦空调节能设计 空调水系统设计,二次泵扬程问题：1.无论外区还是内区，本工程中二次泵扬程显得过高（设计中也有这种理性判断）；2.由于本工程管道比较小，流速较大（最大管内设计流速2.5m/s），此数据又是通过精确的水力计算出来的结果，因此设计时无理由对其否定。3.实际运行情况：经过两年的运行表明：二次泵的实际运行频率绝大多数时间不超过40Hz，经过与水泵厂家的资料核算，相当于实际扬程在2022m左右（水泵进出口的压力表提供的记录参数也证明

10、了这一点）。4.因此，还需要对目前的水力计算资料（尤其是一些局部阻力系数的取值）进行一定的准确性评价。,中国人寿大厦空调节能设计 空调风系统设计,裙楼风系统：1.绝大部分房间采用了双风机定风量系统（包括餐厅、会议厅、大门厅、四季厅、自动扶梯厅等等）。2.销售精品店采用风机盘管加新风系统（初步设计确定建筑不能提供机房），其中包括一部分内区房间。冬季或过渡季的解决方案：新风空调机采用双速风机（实际实施为配变频器无极调速），冷水机组停止运行后，采用加大新风风量的方式进行内区供冷。供冷用新风量的计算：确定冷水机组停止运行时的室外温度（综合其他房间对全年供冷、供热的要求，本工程定为12）计算房间冷负荷确

11、定12新风直接供给消除房间冷负荷所需要的风量。从本工程的计算数据来看，此新风量大约为人均最小新风量的33.5倍（100m3/h左右）。,中国人寿大厦空调节能设计 空调风系统设计,裙楼风系统：3.大门厅暖通空调设计（1）建筑特点 a.楼层数：5层 b.净高度：约20m c.外立面：全通透玻璃幕墙 d.每层设置与大厅相通的走道。（2）暖通设计原则 节能与舒适相协调 a.大门厅空调只考虑人员高度 范围内的空间；b.每层走道局部空调；c.玻璃幕墙及大门处部分采用 热风空气幕。,中国人寿大厦空调节能设计 空调风系统设计,裙楼风系统：入口门厅暖通实际运行结果表明：（1）在各楼层走道没有出现明显不舒适的温差

12、；（2）大厅的冬、夏舒适度符合人员的要求。,大门厅暖通空调设计示意图,中国人寿大厦空调节能设计 空调风系统设计,主楼风系统变风量空调系统两种系统选择：1.内、外区空调机组合一、外区采用再热末端*北美地区的典型方式；*本工程初步设计方式（国外公司设计）；*最大优点是：使用效果相当于四管制（冷热可同 时到达空调区域）；*占用机房面积相对较少，管道布置方便；*存在冷、热抵消（再热）；*投资偏高；,中国人寿大厦空调节能设计 空调风系统设计,主楼风系统变风量空调系统两种系统选择：2.内、外区分设空调机组，均采用节流型普通末端*有利于节能（避免再热）；*投资相对减少（经甲方计算，对本工程可减少 5060万

13、美元的投资）；*设计相对复杂（管道较多）；*使用实际标准略低于前者（尤其是同一个风系统 中，外区不同朝向的房间）；*本工程实际施工图和实施的系统方式。,中国人寿大厦空调节能设计 空调风系统设计,主楼风系统变风量空调系统标准层平面布置图,*按照平面布置，南塔和北塔分别设置内、外区空调风系统。*每层四个空调风系统。,中国人寿大厦空调节能设计 实际运行结果,全年电耗统计(kW.H)2003年,附注：（1）自用量包括冷水机组、空气处理机组、采暖水泵、冷水机冷却水泵、电加热器、电热风幕等及公共区域照明用电。（2）公共区域包括走道、大堂，未出租区未开照明；办公室、餐厅等已出租，统计到各户用电中。（3）公共

14、区照明按40W/m2计算（每天16h,节假日不工作），泛光照明共100kW，365天X3h。,中国人寿大厦空调节能设计 实际运行结果,全年电耗统计(kW.H)2003年,建筑全年总电耗统计 总用电量：8808000kW.H，用电指标：75.3kW.H/m2空调全年（含供热）总电耗 全年空调（含供热）用电量：6586924kW.H,用电指标：56.3kW.H/m2按照2003年房间使用率平均值80%计算，如果使用率达到100%（可以认为符合设计条件），折算的全负荷年用电量指标分别为（室内公共部分及室外照明与该因素基本无关）：总电指标：89.4kW.H/m2，空调用电指标：70.4kW.H/m2,

15、中国人寿大厦空调节能设计 实际运行结果,典型办公层运行参数2004年10月17日下午3：00,K10-1系统（北塔外区）机组情况SA-P 送风风口静压 584.0 PaP-SP 静压设定值 550.0 PaSA-T 送风温度 17.3 T-SP 温度设定值 18.0 RA-T 回风温度 24.1 RA-H 回风湿度 37.6%CMD-VF 送风机变频控制 73.8%VALV 水阀控制 0.0%RA-DAMP 回风风门控制 100.0%,中国人寿大厦空调节能设计 实际运行结果,典型办公层运行参数2004年10月17日下午3：00,K10-3系统（南塔外区）机组情况SA-P 送风风口静压 443.

16、3 PaP-SP 静压设定值 450.0 PaSA-T 送风温度 14.9 T-SP 温度设定值 15.0 RA-T 回风温度 23.4 RA-H 回风湿度 40.0%CMD-VF 送风机变频控制 95.3%VALV 水阀控制 5.5%RA-DAMP 回风风门控制 100.0%,中国人寿大厦空调节能设计 实际运行结果,典型办公层运行参数2004年10月17日下午3：00,部分末段情况（包含外区和内区两个系统）开度 送风量CFM 实测区域温度 设定区域温度1#风阀控制 100.0%250.8 25.3 18.12#风阀控制 78.1%469.9 20.7 18.13#风阀控制 100.0%118

17、.1 24.4 20.64#风阀控制 9.4%213.8 24.4 20.55#风阀控制 75.2%531.3 20.3 17.96#风阀控制 32.4%94.3 23.6 27.87#风阀控制 25.3%430.4 23.9 18.18#风阀控制 100.0%133.6 24.1 18.29#风阀控制 49.5%129.1 23.5 21.210#风阀控制 33.4%80.8 23.0 27.6,中国人寿大厦空调节能设计 小结,水系统1.二次泵采用变频调速有利于运行节能。2.在计算不准确的情况下，二次泵的参数可以通过变频器在调试过程中进行一定的修正，实际上，变频器为此提供了一个安全因素。当然

18、，这不是作者推荐的应用方式。3.一些基础工作需要加强如：水系统的水利计算，在本工程中，设计详细计算结果与实际运行扬程存在不小的差距。4.对空调机组和整个水系统的静特性应该做进一步的分析研究，尤其是变风量机组，由于风量与水量的双重影响，与定风量机组存在一定的差别（不能完全用对定风量系统的静特性分析取代）。此问题还涉及到全年运行问题如：负荷变化的影响因素（室内负荷、天气变化等等）如何综合考虑的问题。,中国人寿大厦空调节能设计 小结,空调变风量系统1.变风量系统的确实有利于运行节能的。从统计数据中看出，全年中机组运行的最高频率大致在额定频率的9095%左右，但10月17日外区系统全天的运行频率不超过

19、75%。2.内外区负荷特性存在明显的区别。10月17日外区全天的机组运行频率在6073%之间，说明这时室外气候对空调冷负荷的影响已经很小，主要影响来自室内负荷；但内区运行频率无论是7、8月份还是10月份全天大约都在8595%左右，不受室外影响。上述两者同时也说明对于办公建筑来说：室内负荷在全天基本稳定（笔者分析研究的结果是：内区系统的送风量在75%100%之间变化见2004年会论文）。3.由于控制系统配置方面的原因，没有拿到全年8760小时的各设备的完整运行数据资料。因此，还需要同行不断的对控制系统的资料进行总结。4.外区如何合理划分系统，是一个值得认真研究的本工程的南北向房间合在一个系统中，

20、出现过冬季个别房间温度失控的问题。,中国人寿大厦空调节能设计 小结,总体节能与舒适性、运行费用等评价1.建筑热工基本上满足新颁布的公共建筑节能设计标准的要求。2.实际运行情况的分析表明：全年运行耗电指标：75.3kW.H/m2与标准提到的北京市80年代公共建筑的平均能耗150 3kW.H/m2的指标减少一半左右，一方面说明了本建筑尽管在90年代设计，但已经基本符合标准；另一方面也从某个角度证实了标准中规定的建筑热工数据的基本合理性。3.根据对该工程运行管理人员的调查和用户的反映，本工程的室内空气参数的舒适性与周围几个建筑相比的到了大家的公认。4.运行管理方第一太平戴维斯物业管理有限公司提供的数据：北京地区目前的“5A级写字楼平均能耗费用77元/m2，人寿大厦为73元/m2”（中国建设报2005年7月6日），年运行费用节省4X11693947万元。,请提出宝贵意见谢谢！,