三、大温差或低温送风

近年来，国外基于节省热媒输送能耗，推行大温差小流量系统。对于空气介质而言，这类系统便是大温差的低温送风系统。具体的做法是有时用5℃的低温水，有时也可用7℃的通常冷水把空气处理到10℃左右，作为一次风送入风机混合箱与回风混合，稍升温后送入室内；也可直接通入变风量末端装置，以诱导室内空气与之混合，迅速减少送风温差。低温送风的好处主要有3点：①可减小送风量，降低风机动力消耗；②可减小送风管截面尺寸，有利于高层建筑层高的有效利用；③有利于降低室内相对温度，改善舒适度。如今在上海采用低温送风的工程有诸如88层的金茂大厦、上海证券大厦、原万国金融大厦等高层和超高层建筑，也有像在建的上海儿童医学中心这类高标准的现代化医院建筑。

四、置换式通风空调系统

置换式通风空调不同于通常的混合式空调方式，主要表现在如下几点：

a.采取下送上回的送风方式，可使清洁的送风气流首先进入室内人员呼吸带和有效活动区，形成有利于改善工作区的空气品质。

b.采用低速送风，导致气流缓慢扩散上升，形成垂直方向上的温度成层和温升梯度，提高了排风和回风温度，可节省夏季运行能耗。

c.由于是下送风，送风温度相对较高，对于全空气式系统的运行，加大了过渡季利用新风自然供冷的潜力，延长了其节能经济运行的周期，从而可更加缩短全年机械供冷的时间，进一步增大了节能效益。

鉴于上述特点，置换式通风空调方式普遍适用于一切以舒适性为目的公共场所，如影响剧院、体育馆等。据悉，在建的上海大剧院建筑设计方案为法国建筑师的作品，其观众厅采用的即是座椅下送风的置换式空调方式。另外，据认为，置换式通风空调方式应用于一般被视作难题的中庭空调，可获得独特的效果。

总之，基于置换式通风空调方式的诸多优点，预计随着其送风分布器的逐步国产化，必将在我国为人们所广泛接受。

五、“地板下空调装置”

这是日本一家设计公司在上海某高层建筑设计方案国际招标活动中标投标书中所提出的一种新型空调方式的特定名称。在此值得一提的是，在这次参加投标的五家国外设计公司中有四家来自北美，一家来自日本。其中有4个方案提出采用以风机混合箱为基础的变风量空调方式。但已记不清中标的日本公司的方案是否在这四者之列。不过，他们与众不同，给人以深刻印象的是，除主要方案外，还提出了不少辅助性空调节能措施。“地板下空调装置”即为其提出的为少数几间高级领导人办公室采用的新式空调装置。据称，这是一种独立式超薄空调机，其厚度仅为240mm，既可发挥空调机的功能，又可兼作空间分隔的隔热。这种设备显然包括制冷机、风机、加热器（电加热）。据称，它既看不到，也不需要在现场进行外部接管，而且其运行可按季节的变化，改变送风方式，即可实现夏季上送下回，冬季下送上回。

空调水系统

水侧节能运行系统——室外空气供冷的间接途径

在上述§2.2中提到的加拿大1995年国家空调工程设计节能规范对非居住建筑空调系统的节能经济运行的条文中，只着重讨论了直接利用室外空气供冷（新风节能运行系统）的节能方式，对于另一种间接利用新风供冷的方法未能涉及，现在此展开讨论。

1有关条文的引述

在加拿大的国家空调工程设计节能规范相关条文的后续部分（间接利用室外空气供冷—水侧节能运行系统）是这样规定的：

a.利用室外空气通过直接蒸发、间接蒸发或两者相结合的方式来冷却供冷流体，以减少机械供冷能耗的系统，应能在室外空气湿球温度等于或低于7℃的情况下，为冷却送风空气承担系统预期的全部供冷负荷。

b.利用室外空气通过显热交换途径冷却供冷流体，以减少机械供冷能耗的系统，应能在室外空气干球温度等于或低于10℃的情况下，为冷却送风空气承担预期的全部供冷负荷。

2 个人的见解

结合近年来从各方面得来的信息，要遵守上述规定，传统的空调水系统必须作出某些适应性的改变才行。这种改变可以举出如下几种：

a.过渡期和冬季，利用大楼新风系统的鹇风冷空气对冷冻水的回水进行预冷却。

例如，在冬季（当室外低于10℃）时，切换阀3置于下方通路。冷冻水先后依次通过各层空调器4和板式换热器之后，进入新风空气前置换热器和后置换热器2，在此与低温的新风空气连续进行二次热交换。一方面利用室外的低温空气使冷冻水回水在进入机械制冷之前，先行“免费”预冷至某一稍低的温度，例如 13.9℃，则15.6-13.9=1.7℃，即为新风供冷的节能效益。与此同时，低温新风经与相对较高温度的冷冻水回水换热后，得以加热，从而节省了这部分新风加热所必须的外部供热量，这显然可为系统的冬季运行提供双重的节能效益。

夏季，利用切换阀，开通上方通路，使冷冻水先经三通阀、后置换热器和三通阀后，进入各层空调器、板式换热器，最后再通过前置换热器与三通阀，返回冷水机组。在此过程中，高温、高湿的新风空气先后通过二次降温、去湿换热处理，可获得所需的进风参数。

在过渡期，切换阀开通下方通路，冷冻水则不经后置换热器，不与新风空气进行热交换，直接到达前换热器。显然，这时水与室外进风空气之间的温差已大大减小，但仍可在不同程度上获得部分预冷效果。

述方式确实可为系统运行提供一定的节能效果，如果结合上述节能规范来看，这一节能效应尚远远不能满足规范的要求，因为后者要求新风供冷应能承担预期的全部供冷负荷。

b.采用风冷式冷水机组的一种派生型带预冷却的机组

这种机组的工作原理示于图9.这一利用方式的缺点是，在平时（夏季）不利用室外空气预冷时，会加大风冷冷凝器环路空气侧阻力，以致增大了相应的能耗。但它的好处是，风冷冷凝器可与预冷盘管同时工作，不必相互排斥，必须切换使用。

c.利用制冷系统冷却系统冷却水的密闭式冷却塔进行室外空气供冷

在这一系统中是利用机械制冷系统中的冷却水冷却设备——密闭式冷却塔，来实现冬季对自然冷源——室外空气的利用。显然，在这里，机械供冷与自然冷源供冷两者是不能同时工作的，必须切换着使用。笔者以为，这一点也许就是在加拿大国家空调工程设计节能规范中规定，以室外空气干球温度10℃或湿球温度7℃为工况转换标准，并强调“能承担系统预期的全部供冷负荷”的道理所在。为使该装置能在低于0℃的室外气温下正常运行，系统中需充以乙二醇溶液不冻液。

显然，这必须具备一个条件，即机械供冷系统必须采用密闭式冷却塔。密闭式冷却塔价格虽然十分昂贵，但随着制泠系统对冷却水水质要求的提高，在不少场合下其应用是不可少的。随着新型高效、价廉的密闭式冷却塔的面世，并考虑到其冬季运行期间自然供冷节能的效益，其普遍推广应用的前景将更趋光明。

d.利用板式热交换器的节能运行方式

这一方式基本上与上述利用密闭式冷却塔的方式相类似，只不过在这里是把直接蒸发式（开式）冷地塔与板式换热器结合起来使用，以代替密闭式冷却塔的功能而已。但是，在功能上它却远逊于前者，因为后者在室外温度低于0℃时是无法运行的。

变流量系统

在我国，目前空调水系统采用定流量式系统比较普遍，其主要原因是它要求的的控制技术较简单。但是，由于空调水系统的输送动力消耗量大，而且空调负荷的特点又是绝大部分时间里处于低负荷状态，这就为空调水系统的节能运行提供了巨大的潜力。所以，在上述的空调工程设计节能规范中对此均有相应的明确的条文规定。例如，美国ASHRAE/IES90.1-1989的节能标准中明确提出：“水系统应设计成变流量系统。其所用控制阀应能根据系统负荷的变化自动地调节开度或逐级开启和关闭，系统应能将流量降低到设计流量的50%或以下。改变流量的方法不仅仅限于采用变速传动泵一种，可有多种方案选择，如多台泵的台数分段控制或泵的特性控制等。”

上述条文的规定是十分有道理的。一味追求变速传动控制（如变频控制），初次投资很大。特别是在水系统规模比较大、并联水泵台数较多时，比较经济的方法还是多台水泵并联运行中的台数控制。

一次泵系统采用负荷控制原理，根据瞬时供、回水量及温差的乘积，计算出实际的负荷量。当负荷量减小到一台冷水机组的容量时，便停开一台机组及相应的水泵。在二次泵系统中，由于系统负荷，也即流量的变化引起的供、回水干管中压差的变化，由压差传感器感测到后，通过压差调节器控制旁通阀的开度，以保持系统的稳定压差。同时，当流量计测得的流量减少到一台二次泵的流量时，便停开一台二次水泵。

关于“三次泵”的应用

这里“三次泵”的名称是笔者为叙述方便而采用的，相对于上述典型的二次泵图式所作的一个非正式命名。实质上，它是指装在某些空调换热器（冷却器、加热器）前用于系统循环的水泵。

采用三次泵的这一做法目前几乎已成为欧美和日本等国家通行的标准做法。但是，这一技术在我国却不为人们所理解，往往会被经手人员取消。与之对应的传统的三通调节阀接管方式示比较不难看出，其间一个最大的区别在于前者可使子系统内保持恒定的水流量，适用于变流量的水系统。而后者的作用在于使子系统内的流量随负荷而变化，适用于定流量的水系统。

采用三次泵决不是可有可无、徒添麻烦的事，其好处主要在于如下几个方面：

a.改善子系统的水力工况和循环；

b.减少二次泵的扬程；

c.改善三通调节阀的运行条件。

关于这最后一点：在关于三通调节阀的运行方面，笔者曾有两次难忘的亲自经历。一次是约10年前在对（国外某公司）1只 DN80的三通调节阀进行调试时，发觉其阀芯会不停地旋转，过不多久便被磨损不堪。供货单位认为是因为系统压力太大，以致阀前后压差超过了允许的限度所致。其实，水系统中水泵的扬程尚属常规，仅只0.25-0.3Mpa，基本上为克服系统阻力所必须。另外一次则是去年上海博物馆空调工程的调试。所见也是一只较大规格的自动控制阀，结果控制阀难正常运行，以致冬季时常过热，夏季又过冷。外方供货单位也是坚持认为阀前后压差太大，超出了调节阀的允许限度（大口径阀的允许限度小），以致阀门无法关闭。这种种现象表明，我们过去通常习惯的设计手法不是没有问题的。采用三次泵的做法无疑会大大改善三通调节阀所赖以正常运行的水力工况，因为三次泵的特性可完全针对所在子系统（盘管、调节阀）的水力状况进行选定。

在述及三次泵及其与三通阀组成的子系统控制方式时，不能不提及最近出现的另一种更简化的采用变频调速型三次泵代替三通阀与定流量型三次泵的组合型图式。这种方式较之于图13控制方式的优点是不言自明的。

关于空调水系统的垂直分区

考虑到标准型冷水机组、空调器中的热交换器以及阀门、管配件对水静压的承载能力，迄今国内对于高层和超高层建筑空调水系统的常规做法，基本上都是按60m或100m的高度作垂直分区处理，即每隔60m或100m设置一个独立的水系统，在适当高度的楼层上分别设置板式换热器或者冷水机组，实现水力隔离。采用板式换热器一方面加大了造价，另一方面也增大了冷量和可供利用的温度损失。按高度分区设置冷水机组，结果将是机房分散，管理不便，加之系统各自独立，冷水机组不能互为备用，部分负荷下的运行效率比起统一的系统更低，能耗费用增大。美国某设计单位在上海88层420m高的金茂大厦空调水系统的初步设计中本来是考虑设置一个统一的水系统。全部冷水机组均集中设于地下层内，全楼不作垂直分区。为此，所有冷水机组、空调器、阀门管件均按高静压承载能力作特殊订货。美方专家说明，这种处理手法在境外不少超高层建筑中已经有过多次实践经验，技术上是成熟的、可靠的。后来，在实施中，中方有关专家提出了修改方案，按高度和负荷性质，分别组成3个独立的系统，即高区系统、中区系统和低区系统。各区系统均是一竿子到底，不殖民地作垂直分区。这一作法的一个主要好处是可降低中区和低区系统所有设备和管件的承载能力，但无疑这也使系统失去了不少功能，如3个系统不能统一步调供冷，不能互为备用；在低负荷时，3个系统的冷水机组都要在低负荷下运行；另外，在管理上也增加了不少麻烦，因为各系统中的设备、阀门及管件的额定承压能力不同，不能互换使用。总之，一个方案的优劣并不是绝对的，仁者见仁嘛。

大温差、小流量的冷冻水系统

迄今为止，我国空调工程中空调用冷冻水系统的供、回水温度的标准取值都是7/12℃，温差△t=5℃，这也许可以说是几十年一贯制了。但是，随着境外设计单位，特别是北美国家设计公司在上海建筑市场上的成功进取，随着蓄冷系统、低温送风技术以及冬季水侧经济运行技术的发展，给上海也带来了大温差、小流量的空调冷冻水系统。大温差、小流量水系统看来主要源自于美国和加拿大。日本近年来也在从事这方面的基础性研究，并相继发表了一系列论文报告，对该项技术作出了肯定性的结论。

一般大温差、小流量的冷冻水系统对供、回水水温度和温差大致是取5/15℃，温差△t=10℃，。为了获得5℃的低温和10℃的温差，一般有3 种做法：①利用冰蓄冷系统提供低温水与之混合；②采用溴化锂吸收式制冷机与离心式冷水机组串联运行供冷；③是采用大温差、低温出水的离心式冷水机组。

冷冻水系统采用大温差、小流量的好处主要在于：

a.减小系统的循环流量，降低水系统的输送动力消耗。

b.减小管道截面尺寸，降低管道造价。

c.可减小管井截面积，减小敷设管道所需空间。

d.减小管道供冷时的沿程传热损失。

e.提高回水温度，为冬季和过渡期实现新风空气供冷扩大了利用的潜力。

另据日本的实验研究，采用大温差、小流量的冷水系统后，即使是把全部10℃的温差完全落实在一级冷却器上，对其空气侧的供冷性能影响也并不大，基本上可不必因此而另订标准，加大换热面积。

大温差、小流量的冷却水系统

国内冷水机组的冷却水系统设计一般都是取进、出水温度为32℃和37℃，冷却水温差为△t=5℃，上海地区也是如此，这几乎也成了几十年不变的常规。但是，近年来北美国家设计公司在上海的某些新建高层建筑中提出了加大冷却水系统供、回水温差的节资、节能、节地的新做法。譬如，他们在主海原万国金融大厦的工程设计中采用的典型冷却水供水和回水温度分别为32℃和34℃，冷却水温差为△t=8℃。

冷却水系统采用大温差、小流量，除具有与冷水系统相同的好处外，还可减小冷却塔的使用数量及其占地面积。这一点对于超高层建筑塔楼屋面面积为有限的情况下是十分有意义的。

当然，冷却水系统加大温差后，其平均温度和出水温度的提高必然会导致冷凝压力的提高及相应能耗的增加。但是，必须指出的是，冷却塔出水水温度 32℃只是全年中仅有的少数最热几天若干小时内才会出现的设计值，而水泵的运行却是全年，甚至尽夜不停的。这种能耗的一失一得，平衡之后的结果应该是不言而喻的。

另外，该日本设计公司还为过渡季的节能，提出在玻璃幕墙的近侧下部开窗作自然进风，上部排风的安排。

图片来源：百度

六、利用双层中空地板风口进风的自然对流通风的节能方式

这是日本近年来在某些新建筑物设计中采取的一种典型方法。图7所示为工霜建筑物的剖面及自然通风示意图。建筑物中间是一个贯通全楼上下的中庭，各层地板均作成中空的夹层，充作风道。地板上设有带或不带风机的出风口。中间的屋顶上设有可进行自然排风的百叶。采用这种地板风道和地板风口可实现春秋季的自然对流通风的“免费供冷”、夏季夜间预冷及“个人空调”等多项功能。

对于自然对流“免费供冷”，由于比较直观，这里不再说明。至于夏季夜间预冷，则是指当夏季必须进行机械供冷时，可利用夜间相对温度较低的室外空气进行自然或机械通风，以实现对室内家具及建筑物本身的预冷却，从而减少白天空调供冷负荷和能耗。根据日本有关实测资料表明，利用建筑物本身的蓄热热性能进行夜间空气供冷、预冷和蓄冷，具有十分明显的节能效果。

在需要进行机械供冷、空调送风时，利用地板风口或靠地板夹层风道内的送风口，或利用地板风机式风口送风，由上部回风。利用地板夹层风道还可用短管连通侧墙内风道，在需要的部位设置送风口或带风机的风口，形成“个人空调”。

这种地板风道送风方式的好处主要有3方面：

a.可适应隔间分隔的自由、频繁的变化。

b.可适应不同时间、班制工作人员灵活、自由的使用要求。

c.由于采用下部送风，进风温度可提高。在“免费供冷”工况下，全新风空气温度可高达19.6℃，这比起一般送风方式只查达到15.6℃要高4℃。这无疑大大延长了“新风空气经济节能空调运行”的周期，增进了节能的效益。及至盛厦，由于送风温度的提高，冷水机组的供水温度可由7℃提高到9℃。机组的 COP值可相应地由4.0提高到4.2。