南京某超高层空调系统设计

南京某超高层空调系统设计

邱燃

华东建筑设计研究院有限公司  上海，200000

【摘要】：本文以南京某超高层建筑工程为例，从空调冷热源、水系统竖向分区、通风、消防、节能等角度进行了介绍，为后续工程指导建议。

关键词：  超高层建筑  水系统竖向分区  节能

1. 工程概况

项目总建筑面积43万平方米。主要为办公楼，酒店式公寓及商业配套。项目由二栋高层办公塔楼（其中C1塔楼406米，C3塔楼198米）、四栋多层裙房组成。建筑主要功能为办公建筑，酒店及部分商业配套。建筑地下部分为车库、设备用房等。

2. 前期方案比选

根据建筑资料及周边地块能源供给情况，本项目空调冷热源系统采用常规电制冷+锅炉形式。结合本项目的建筑业态，机房占地面积、设备初投资、物业业态租售、产权划分、建设交房标准等方面对系统的分合进行比选。确定办公+商业业态采用冷热源合用，酒店业态采用独立冷热源。

3. 空调冷热源
   1. 空调负荷的计算[1,2]

本项目采用HDY-SMAD空调负荷计算分析软件V8.0计算，统计数据如下表格所示。

随着海拔高度的增加，空气的压力和密度将减少，空气温度降低。建筑高度每升高100m, 空气温度下降约0.64℃。对于超高层建筑而言，室外空气温度的下降将影响围护结构传热计算，间接影响空调系统的新风的冷热量计算。例如本项目而言，室外计算干球温度如下：

3.2.冷热源选型[1~14]

办公和商业、酒店的空调冷源均考虑集中形式，选用电制冷离心式冷水机组，大小机器搭配配置，容量较小冷水机组增加变频措施，以适应大楼不同空调运行负荷要求，提高系统使用的灵活性，最大程度的降低空调运行费用。

办公、商业及酒店的空调热源考虑燃气承压热水锅炉。空调换热机房靠近分区就近设置，在换热机房内设置板式热交换器，通过来自锅炉房的高温一次水制取二次侧空调热水。各区域热交换器和水泵相对独立运行，方便管理和控制。

塔冠商业部分采用变制冷剂多联分体空调系统形式，按楼层设置多联机系统，方便后期租售和使用计量、运营管理。在屋顶设置直膨式新风机组，为单体提供经冷、热处理后的新风。

C2、C4~C6单体商业部分采用变制冷剂多联机空调系统形式，按楼层或商铺设置多联机系统，方便后期租售和使用计量、运营管理。地上商业按楼栋在屋顶设置直膨式新风机组。

3.2.1.冷热源机组配置与容量

根据计算负荷，同时考虑设备和管道的承压进行的系统分区，空调冷热源机组形式和配置容量如下表所示：

3.2.2.冷热源系统图

4. 空调水系统[1~14]

超高层空调设计要综合考虑安全性、节能性、经济性和后期的运行管理，其中水系统竖向分区至关重要，确保冷水机组、水泵、空调末端、管道和配件在安全的承压范围内，如果建筑高度较高，水系统本身静压较大，相应的冷水机组的承压要求提高，其设备费用也随着压力等级的提高而增加，     

在超高层中，一般把冷水机组设于水泵吸入口。传统上空调空调末端仍应采取合理的技术措施将其工作压力控制在不超过1.6MPa），当压力提高到3.0MPa后，在设计上须采取必要的技术措施：a.管道内压提高后，管道零件和部件的强度计算；b. 管道在受到提高的内压和持续外载产生的应力校核计算，确保系统安全性，冷冻水立管因大直径、承压高的特性，在采用自然补偿后，其最下面的固定支架受到的推力远大于常规，必须进行固定支架的受力验算。

空调水系统由于输送高度原因进行竖向分区，分区原则按照设备和管道承压，以及尽量减少能量转换进行。各系统的分区、供回水温度、末端设备承压等如下表所示：

办公和商业部分空调冷冻水系统采用二级泵系统，二级泵组按照分区独立设置，其中一级泵定流量运行，二级泵可通过各分区最不利环路压差控制变频调速运行；空调热水系统采用一级泵变流量系统。空调水系统采用二管制。空调水系统部分水平干管采用同程布置，以异程布置为主。

酒店空调冷热水采用一级泵变流量四管制系统。客房立管采用同程布置，其它楼层异程布置。

空调冷、热水系统均采用平衡阀调节管路平衡，其中风机盘管环路干管设置动态压差调节阀，风机盘管设置电动两通阀，空调机组环路设置动态流量平衡调节阀。在水系统的主要分支管处设置静态平衡阀进行系统运行前的平衡初调节。

空调冷热水系统均采用真空排气闭式定压装置进行膨胀、定压、补水和排气。

空调冷热水系统均采用化学加药方式对空调冷、热水进行水处理，防止管道内壁腐蚀与结垢。

同时本项目采用大温差空调冷冻水系统，它能减少空调冷水的输送能耗，又降低了制冷主机的能耗，同时由于冷水量减少，相应水管管径、管材及保温用量均减小，有效地降低投资及运行成本。

5. 空调方式

在充分考虑房间功能需求和可实施条件，系统的舒适性、节能性、经济性以及运行管理的可靠性的基础上，设置相应的空调系统，主要空调方式如下：

其中： 在设备层集中设置排风热回收新风空调机组，对新风进行预冷/预热处理后，通过竖向风道送至各层的空调机组。

塔楼办公空调加湿方式采用高压微雾加湿，酒店客房空调加湿方式采用高压微雾加湿。

全空气空调机组和新风空调机组的空气过滤形式设置初中效二级处理，其中初效为板式G4，中效为静电F7，附加光触媒装置，并满足PM2.5过滤要求。提高室内空气品质。

本项目C1塔楼办公标准层的空调末端影响到核心筒的排布、办公区域得房率、施工周期和建设投资。从系统造价、主机房面积和高度要求、净高、空气品质、自动控制、舒适度、系统布置灵活性、室内噪声、漏水隐患、全年能耗、运行费用等因素综合考虑。塔楼考虑内区变风量+外区风机盘管组合空调系统。

对于涉及到的机房通风均按照规范设置相应的送排风系统，发热量较大房间同时设置了降温空调。

6. 自动控制[3]

空调系统采用中央集中监控与就地控制相结合的（BAS）方式。主要控制方式如下：

7. 消防设计

根据规范对楼梯间、前室采用机械和自然相结合的防烟方式，其中C1、C3塔楼均采用机械加压送风方式。

    因C1塔楼高度较高，消防设计要求较为特殊，具体措施如下：

8. 节能措施[1~14]

1)在额定制冷工况和规定条件下，采用1级能效的冷水机组。

2)采用效率大于80%的水泵，500m3/h的水泵采用卧式双吸泵，水泵采用变频技术。

3)机房内设备及管道附件多，为减小系统阻力，机房内的管道按管内水流速不大于1.5m/s来控制。 机房外水系统采用经济比摩阻控制。同时适当加大干管的管径，降低水泵扬程。

4)管道上的水过滤器采用低阻力过滤器，止回阀也采用微阻静音缓闭止回阀。在机房内连接的管道采用大半径、135°顺水斜角三通及弯头。

5)采用大温差系统。对于输送相同冷量的冷水系统。采用6℃比常规的5℃，其水泵能耗降低17%

6)办公标准层或裙房大空间办公场所内外分区，系统独立设置，满足内外区不同的送风要求。内区采用变风量空调系统，按需送风，风机变频控制，节省运行能耗。

7)各办公塔楼房间的新风机组采用带排风热回收新风空调机组，排风热回收装置的型式采用三维热管热回收，其温度热回收效率在标准规定的性能测试工况下为制冷>60%，制热>65%。

8)裙房和地下室区域的全空气空调系统采用加大新风量措施，最大新风比不低于50%，过渡季节或冬季充分利用室外空气进行免费供冷。

9)排风机对应变新风比系统的新风量变化变频运行，改变排风量以适应新风量变化。

10)会议、前厅、健身和多功能厅等人员密集场所设置CO2传感器监控，新风和排风系统联动。

11)空调系统考虑采用分楼层/分区域/分用户的计量措施，安装冷热量计量装置对用户用能进行计量。对冷冻水系统，在二级泵环路设置各区域能量计；对空调热水系统，除在各区域换热机房二次侧总管设置能量计外，对高温一次侧热水分别设置分区能量计。

4  总结

1）根据项目特点，前期需要做好空调负荷计算、冷热源选型、水温、空调末端详细方案必选。

2）要综合考虑安全性、节能性、经济性和运行管理，水系统竖向分区至关重要。

3）能量回收、再利用和能量梯级使用，从主机、系统、空调末端选型等综合分析，全面考虑系统的节能。

4）充分发挥自动控制系统，达到系统最优。

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