5.2.1 水系统的分区
5.2.1.1 根据承压能力分区
在高层建筑中,位于底层的管网往往要承受相当大的压力,当压力过大时便会造成管网系统的泄漏和设备的损坏,所以可以通过竖向分区来实现系统在允许的压力中安全运行。值得注意的是,若管道和空调设备均在允许范围内,则不应分区,以免造成管材和设备的浪费。
1.竖向分区原则 空调水系统管网的竖向分区是根据管道和设备的承压来决定,一般来说,当建筑高度(包含地下层高度)不大于100m时,即系统的静压不超过1.0MPa时,循环管网可不作竖向分区。原因是标准型冷水机组的蒸发器(位于吸入式冷水泵的吸入侧)工作压力为1.0MPa(与换热器相同),而且其他末端设备的承压也在允许范围内,故可“一泵到顶”(见图5-18)。
而当建筑高度(包含地下层高度)大于100m时,即系统的静压超过1.0MPa时,空调水循环管网应作竖向分区。负责高区制冷的冷水机组则需选用工作压力为1.7MPa(加强型)或2.0MPa(特加强型)高压型冷水机组,负责低区制冷的冷水机组选用标准型,示意图如图5-19所示。
当空调水循环系统采用间接式供冷,或者标准型冷水机组布置于低区上方的设备层时,则即使建筑高度(包含地下层高度)大于100m时,系统仍可不作竖向分区,具体介绍可见系统冷水机组的布置部分。
2.系统冷水机组的布置 根据建筑的实际情况和综合考虑技术和经济等多种因素,可以灵活地布置冷水机组,在实际工程中可以如下所述布置:

图5-18 竖向不分区

图5-19 竖向分区
1)对于楼顶有条件设置冷水机房的建筑来说,可以考虑把冷水机组设置在楼顶,冷水机组位于水泵的压出侧。此时,应注意建筑底部的管路和末端设备的承压较大,一是要注意选用承压能力较大的设备,或添加减压阀门;二是把冷水机组吊装在楼顶有一定困难,而且以后更换和维修也有困难;三是对降噪消声的要求高。
2)在超高层建筑的设备层中,可以把分别负责高、低区制冷的冷水机组布置于其中,并且高区的冷水机组设在水泵的吸入侧,低区的设在水泵的压出侧,其示意图如图5-20所示。采用这种布置方式应对设备作相应的消声减噪的措施。
3)另外一种有地下设备层的超高层建筑,它采用的是间接式供冷,具体为在管网系统的静压不大于1.0MPa的部分通过底层的冷水机组直接供冷,而对于大于1.0MPa的部分则不再设置冷水机组供冷,而是设置板式换热器,耦合为高区传递冷量,其示意图如图5-21所示。由于在板式换热器换热时冷量损失较大,高区的冷冻供水在获得冷量后与低区的冷冻供水必然存在0.5~1.5℃的温差,故应按二次供冷的水温对高区的末端设备供冷量进行校核。
4)在布置方式如图5-21的基础上,把设备层中的板式换热器和水泵移至底层冷水机房中集中布置,如图5-22所示。如此便可节省建筑空间和减低消声降噪的要求,也方便统一维护管理。
5)对于有裙楼的建筑,可以以裙楼楼顶为界分为高区和低区,冷水机房设置在裙楼楼顶,分别利用冷水机组对高区和低区进行制冷,如图5-23所示。
6)当高区的负荷较小或高区与低区在使用性质和时间上有较大差别时,则可以单独设置诸如风冷式热泵和自带冷热源空调机组的冷热源设备。
5.2.1.2 根据空调负荷特性分区
建筑的空调负荷特性包括了使用特性,在进行中央空调的方案设计时,根据建筑的特性和用户的使用特征进行合理的分区是中央空调设计要考虑的重要内容。中央空调水系统的设计,从分区上来说,取决于建筑中央空调的分区方案。

图5-20 冷水机组设置在设备层

图5-21 冷水机组设置在地下设备层

图5-22 板式换热器和水泵均设在地下设备层

图5-23 冷水机组设在裙房楼顶
1.按空调负荷使用特性分区 现代的综合性建筑拥有多种功能,它在建筑各区域的使用性质和时间上均有重大的区别,如酒店的客房部分与公共部分,办公楼的办公部分与公共部分等。故在设计空调水系统时就要求设计人员考虑到在运行和管理中,如何在综合性建筑的各个部分中做到最大限度的节能,以及方便管理。通常在综合性建筑的标准层和公共部分之间都有一设备层,分区时宜以设备层为界,上部的标准层为高区,下部的公共部分为低区,这样既符合竖向分区的原则,又符合负荷使用特性。
2.按空调负荷固有特性分区 建筑的朝向和内外分区都决定了建筑空调的固有特性。从建筑的朝向上看,同一建筑由于朝向不同,负荷上也会存在较大的区别,例如南北朝向的房间在过渡性季节上的日照差别会造成负荷的差别,东西朝向的房间在日出日落时也会存在较大的负荷差别。
从内外分区上看,内区受室外环境的影响较小,故其负荷较稳定,全年供冷的时间较多,供热的时间较少;外区则受室外环境的影响较大,负荷在不同时刻的变化较大。