集中空调系统主要由冷站、冷却塔和末端等部分组成。其中，冷站主要包括制冷机组、冷冻水泵及环路、冷却水泵及环路、分集水器、加药及在线冲洗装置等；末端主要包括：风机盘管、新风机和空调箱及其所需的风管和散流器等。
系统中的需要消耗能源的部件可分为两大类：制冷部件，如电驱动冷机或溴化锂机组，和输送部件，如冷冻水泵和冷却水泵、风机（冷却塔、新风机、空调箱）等。另外从控制角度，还应涵盖冷机群控系统和末端的楼控系统。为了实现空调系统的节能设计，我们必须进行详尽的冷热负荷计算，作为选择设备的依据，并且应进行水力计算，根据水力计算书确定水泵的扬程，避免不必要的能源浪费，实现系统节能运行。
（1） 冷负荷计算a. 冷负荷的计算方法
夏季进入室内的得热量主要包括：外围护结构传入热量、通过窗户等透明围护结构进入的太阳辐射热量、人体散热量、照明与室内设备散热量、食物散热量、渗透空气带入的热量、伴随各种散湿过程的前热量。得热量不等于冷负荷，得热量中的对流部分直接被室内空气吸收形成冷负荷，得热量中的辐射部分需要经过室内物体的吸收与再放热转化成冷负荷。冷负荷计算方法有谐波计算法与冷负荷系数法。空调系统设计必须进行逐时冷负荷计算，冷负荷计算是设计的基础，是冷机、循环水泵、管道系统及空调末端设备的选型依据。目前常采用的冷负荷计算为不保证50h的负荷计算。空调区夏季冷负荷计算采用的夏季空调室外计算干球温度与湿球温度，为历年不保证50h温度。而为了进行全年能耗模拟，则需采用8760h负荷计算法，计算全年的逐时冷负荷，以此为基础，选择合理的冷机运行策略，模拟计算全年冷源及输配系统能耗，从而选择最优的冷机配置方案。
b. 室内参数的选取
合理的室内参数选择是负荷计算的基础，室内温度与湿度与室内人员热舒适性息息相关，《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》给出了夏季室内I级热舒适度温度范围24~26℃，湿度范围为40%~60%，工作区风速≤0.25m/s; 夏季室内II级热舒适度温度范围26~28℃，湿度范围为≤70%，工作区风速≤0.3m/s;另外人员密度、人均新风量、照明与设备发热量等参数都应根据实际建筑功能合理取值。以下为不同地产公司对某商业建筑主要功能房间室内参数的规定：
表2.2.1-1
表2.2.1-2
c. 围护结构热工参数
围护结构传热系数应满足《公共建筑节能设计标准》GB50189与《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015的相关规定，负荷计算选用的的围护结构传热系数及外窗的太阳得热系数（SHGC）均应与建筑专业的节能计算书一致。太阳得热系数为通过透光围护结构的太阳辐射室内得热量与投射到透光围护结构外表面的太阳辐射量的比值。天窗的太阳得热系数与窗廊比对商业建筑顶层购物通廊的夏季负荷影响非常大，可通过增加外遮阳的方式降低天窗的太阳得热系数。某地产公司建议顶层的天窗太阳得热系数（SHGC）不超过0.26，窗廊比建议不超过0.6，以预防商业建筑顶层过热问题，同时要求夏热冬暖地区及夏热冬冷地区的商业建筑中庭区域顶层空调机组不少于8排管，严寒与寒冷地区不少于6排管，下表为青岛地区某商业建筑中庭负荷与空调送风量估算表，此建筑顶层购物通廊地面面积为2200平米。天窗面积（包含天窗竖向面的面积）为1020平米，太阳得热系数按照0.35计算，经计算天窗负荷占了顶层通廊冷负荷的51%，顶层的送风量需要达到72m3/h·m2。
表2.2.1-3
d. 室外空气侵入负荷
舒适性空调，空调区与室外之间有压差要求，一般压差值为5~10Pa，所以对于围护结构较严密的建筑，在计算空调负荷时可不计算室外空气侵入带来的得热量。但是对于商业建筑来，由于室内购物通廊区域设有多处中庭透空区域，将室内各层购物通廊竖向联通，在风压与热压的作用下，底层处于负压状态，大量室外空气由底层外门侵入，因此商业建筑需要计算此部分室外空气带来的冷负荷，夏季进入的空气量可以按照中庭联通的公共区域每小时0.2次换气次数计算，冬季可按照每小时0.4~1次换气次数计算。夏季室外风带来的冷负荷由顶层购物通廊的空调机组承担，冬季室外风带来的热负荷则由底层购物通廊靠近出入口的空调机组承担。下图为某商业建筑冬季实测的压力分布图，可以看到购物通廊三层以下均为负压状态：
图2.2.1-1 某商场冬季室内热压线分布图
e. 制冷主机装机容量与空调末端配置原则
根据负荷计算来确定主机装机容量与选择空调末端的原则是完全不同的。确定主机装机容量时需要考虑同时使用系数，应充分考虑不同朝向不同用途的房间空调峰值负荷同时出现的机率，例如一个酒店建筑，当白天人员大部分出现在大堂、餐厅等公共区时，客房的人员必定是减少的；例如对于商业建筑，餐饮店铺人员一天的时间内，仅在午餐与晚餐时间人员是最多的，电影院人员最多的时间是在夜间，其他建筑就不一一举例。所以冷机容量的选择应对空调负荷乘以一个小于1的系数，按照建筑规模大小一般可取值0.7~0.9。例如某地产公司对于某类特定的商业建筑（商业面积一定，建筑内各个功能店铺配比一定）的冷机配置指标做了明确要求，制冷主机的安装容量需根据空调逐时负荷计算确定，商业建筑面积（不包含地下车库与设备房）装机容量指标：夏热冬暖、夏热冬冷地区≤165w/m2；严寒、寒冷及温和地区≤145w/m2。此数据是经过大量的项目实践得出的，具有参考意义，但是对于每个具体项目，因为功能配比不尽相同，应经过详细的负荷计算来确定冷负荷，而不应套用别的类似项目的负荷指标作为设计依据。
商业项目空调末端配置原则一般会比实际计算负荷计算大，合理地放大末端选型可以使店铺租赁与使用具有更广的适应性，例如某地产商业项目就对设备末端选型做了明确要求：（按夏季工况,中档风量选型)室内步行街顶层走道负荷密度不小于400w/m2，餐饮店铺负荷密度不小于350w/m2。其中室内步行街商铺及步行街负荷指标不含新风。而其他地产公司的商业项目也有类似的规定，例如某地产公司规定商业项目的非餐饮商铺的末端配置需要在计算负荷的基础上增加20%的余量，内区餐饮商铺的室内负荷冷指标大于等于250 w/m2（冷指标不包含新风负荷，面积为餐饮区域厨房区面积之和），接入租户的水管管径不得小于DN32，接租户的水平主干管不小于DN50。还有的地产公司要求店铺末端选风机盘管时按照冷冻水供水温度10℃选取。
（2）热负荷计算
热负荷的计算包含围护结构传热耗热量、室内新风的耗热量、通过门窗缝隙渗入室内的冷风耗热量、外门开启时进入室内的冷风耗热量、通风耗热量及通过其他路径散失的热量。商业建筑中主要的冬季负荷主要组成部分为围护结构传热耗热量与室内新风的耗热量，容易忽略的的是通过门窗侵入室内的冷风耗热量及第五项通风耗热量。冷风渗入这部分负荷计算在比较严密的建筑空调设计中是被忽略的，通过保证室内正压5~10帕，使室内处于正压状态，不考虑冷风渗入的耗热量，由于商业建筑中庭将各层贯通，在热压与风压的作用下，会有一部分冷风侵入，一般可按照中庭贯通公共区域体积的0.4~1次换气次数计算此部分的冷风渗入耗热量。通风耗热量是大商业建筑中冬季热负荷不可忽视的部分，商业建筑中餐饮店铺与美食广场，其厨房面积通常按照店铺面积的三分之一考虑，厨房的通风系统包含全面排风系统、全面送风系统、排油烟系统、排油烟补风系统，排油烟量一般按照厨房的60~80次换气次数计算，为了降低厨房的排油烟补风对其他空调区域的影响，应尽量提高补风比例，一般排油烟补风量按照80%~90%计算，商业建筑补风量应尽量保证达到排油烟量的90%，对于寒冷与严寒地区，排油烟补风冬季进行应预热处理，送风温度可以按照5~10℃选取，以提高燃气燃烧效率，并预防油烟在管道内结露。寒冷地区商业建筑面积热指标一般在85~100w/m2范围内，当计入排油烟补风带来的耗热量时，热指标接近上限值。下表为青岛某商业项目的冬季符合估算表，商业建筑面积69900平方米，空调建筑面积58000平方米。
表2.2.1-4
（3） 水力计算a.水力计算的目的
空调水管系统设计应有合理的系统分区，根据不同的建筑用途、室内温度和湿度要求以及室外环境条件，将系统划分为不同的区域，以便于系统管理和控制，同时应设置考虑水力平衡，水力不平衡会降低系统运行效率增加能耗，并引起系统运行不稳定。
水力计算对于水系统的设计非常重要。空调水系统的阻力主要包括两部分：沿程阻力（管道摩擦阻力）与局部阻力（弯头、三通、阀门等各种配件的阻力）。通过水力计算确定水管道合理的管径，根据系统的平衡需求与控制需求，确定系统合适的阀门类型、规格与水量。通过水力计算确定循环水泵的流量与扬程。
b.水力计算的方法一个完整的中央空调系统有三大部分组成，即冷热源、供热供冷管网、空调末端。从冷热源到空调末端存在一个最不利环路，在各环路比摩阻相差不大的情况下，通常选定路由最长的环路为最不利环路，最不利环路的阻力作为整个系统的阻力，也是确定循环水泵扬程的依据。首先根据冷负荷和供回水温度差，确定系统的水流量。根据水流量确定管道尺寸：一般来说，管道尺寸越大，比摩阻越小，流动阻力越小，但是成本也会相应增加。
因此需要权衡成本和性能，一般按照100~300Pa/m来确定管径。为了防止水泵停止运行时，或者管道阀门突然关闭时，管道内发生水击现象造成破坏（水击现象），《供热空调设计手册》 提出水管内的水流速应限制在v＜3m/s，当流速超过3m/s也会明显加快对管道与阀件的冲刷腐蚀情况。同时为了防止空调水管内流速过高引起噪声与管道振动，空调房间的水管流速不应超过下表中的限值：
表2.2.1-5
注：引自《全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调·动力》
计算管道压降：使用摩擦压力损失计算公式与局部压力损失计算公式来计算管道的压降，式将流量、管道尺寸、管道长度和流体粘度等因素考虑在内。为了避免误差和繁琐的计算过程，可以使用专业的水力计算软件进行计算。这些软件通常能够自动考虑各种因素，并给出准确的计算结果。下表为某商业项目的水环路管路水力计算表：
表2.2.1-6
冷热源与末端的设备阻力与设备的型号、运行条件、工况等的不同而有很大差异，其值通常为制造商来提供，一般离心冷水机组蒸发器水侧的阻力一般为30~100KPa，而空调末端空调机组水阻力一般为20~80KPa，同时空调机组盘管配置的电动调节阀的阀权度一般应取0.3~0.5，当空调机组表冷器水阻力较大时，电动调节阀的阻力也会变大，严格意义上来讲，在变流量系统中，当阀权度等于1时，互扰现象消除后，系统可以实现绝对意义的动态水力平衡，当然这是不可能实现的，实际工作中，在达到调节控制的相关指标的要求前提下，尽可能降低阀权度，以降低系统阻力，通常可按照0.3的阀权度选取电动调节阀的型号。例如当选用的空调机组表冷器的水阻力为70KPa，则配置的电动调节阀的全开时为的阻力应大于等于30Pa，才能满足要求，表2.2.1-7为某项目的电动阀门选型计算表。另外需要注意较大阻力的阀件，水过滤器应选用低阻型，逆止阀应选用低阻型。表2.2.1-7
c.循环水泵的扬程计算与水泵的选择注意事项：
最不利环路管道压降、冷机水阻力、末端空气处理机组盘管阻力及其自控阀门阻力三者之和既为循环水泵需要克服阻力，水泵扬程增加5%~10%的附加值。水力计算的计算过程均按照管路系统负担的最大负荷最大流量计算，因此，水泵的扬程应严格按照水力计算的结果选择，不应“层层加码”导致泵的扬程过大。有经验的地产开发商都做了相应的要求，例如某地产公司对冷冻水循环泵的扬程做出了不得大于40mH2O的规定，还有一些地产公司规定冷冻水泵必须采用变频水泵，当冷冻水泵扬程过大时，运行时可通过现变频降低水泵扬程。选择合适的水泵需要根据水泵特性曲线进行选择，水泵的特性曲线图指泵的扬程与流量的关系图，水泵的运行工况点是通过管路的特性曲线与水泵的特性曲线确定的（M工况点，见图2.2.1-2）。
在选择泵时，在满足系统需要的流量与扬程的情况下，应保证水泵效率不低于现行国家标准《清水离心泵能效限定值及节能评价值》GB19762规定的节能评价值，并使水泵在高效区运行，以保证运转的经济和安全。
图2.2.1-2水泵运行工况图
在水泵设备选型时，应由水泵制造商提供水泵图谱，以确定工作点在水泵的高校区，下图为某项目选泵的过程中水泵厂家给出的水泵运行曲线，本项目要求冷冻水泵的流量为476m3/h扬程为36MH2O，图2.2.1-3为水泵厂家提供的水泵运行曲线图谱及标定的工作点，选定水泵的效率最高点为85.2%，选定工作点效率为84.4%，在水泵的高效率区范围。
图2.2.1-3水泵选型图谱
当泵的流量要求很高时，如果是单吸泵则要有很大的泵入口和出口口径，同时，转速不能太大，需稳定在1450r/min左右。当水泵流量大于等于500 m3/h时应一般采用卧式双吸泵。使用双吸泵可以减小泵的大小和重量，可加快流速，提高容积效率，提高泵的可靠性。d.水系统水力平衡空调水系统各个并联环路应实现水力平衡，当个环路不平衡率大于15%时，应采取水力平衡的措施。通过对管道布置和阀门进行合理设计，使系统能够实现水力平衡。
水力失调分为静态和动态两种，静态水力失调是水系统自身固有的，是各环路阻力不同导致的失调；静态水力失调需要设置静态平衡阀（也称为手动平衡阀），通过改变开度，使系统处于静态平衡状态。静态平衡阀有开度指示、机械记忆、压差及流量测点等功能。静态平衡阀尽量减少串联的个数，每个水环路串联的静态平衡阀建议不超过2个，减少水环路阻力。静态平衡阀一般要求设置在总回水立管回水管和各层水平回水管处；此时空调机组、新风机组水管上一般需要设置比例积分电动调节阀与动态压差平衡阀。也有地产公司要求空调机组（AHU）与新风机组（PAU）的环路每层回水总管不设静态平衡阀，将平衡阀设置在机组的回水支管上，以调节机组之间的水力不平衡。动态水力失调是系统运行过程中由于末端水管阀门开度改变导致的水系统压力波动，引起其他末端设备流量偏离设计值。动态水力失调对应的平衡阀有动态流量平衡阀和自力式压差平衡阀（或称为动态压差平衡阀）。
自动流量平衡阀是通过自动改变阀芯的过流面积、适应阔前后压力的变化，来控制通过阀门流量的。当系统内有些末端设备如风机盘管机组、新风机组等的调节阀，随着空调负荷的变化进行调节而导致管网中压力发生改变时，使其他末端设备的流量保持不变，仍然与设计值相一致。根据设定流量方式的不同，自动流量平衡阀可分为固定流量型和现场设定流量型两大类。自力式压差控制器，它具有一定的比例压差控制范围，可以在一定流量范围内(qmin —-qmax) 使所需控制回路的压差保持基本恒定，使用自力式压差平衡阀可以防止由于回路间的互扰，末端上的压差出现更大的幅度变化，调节型控制阀的工作范围急剧变窄，阀权度变小，使得调节阀无法发挥调节的作用。通常变流量系统的空调机组、新风机组回水管上设置比例积分电动调节阀与动态压差平衡阀；或者在连接多台吊顶式机组的支管路回水管上设置动态压差平衡阀。
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