南京青奧中心超高層塔樓空調通風系統設計

郭友明，柏文（深圳華森建筑與工程設計顧問有限公司南京分公司，江蘇南京210017）

南京青奧中心超高層塔樓空調通風系統設計

郭友明，柏文
（深圳華森建筑與工程設計顧問有限公司南京分公司，江蘇南京210017）

針對南京青奧中心超高層塔樓的空調通風系統設計，著重闡述了冷熱源，空調水系統分區，主要區域空調風系統，通風及防排煙系統的設計思路及做法。介紹了大溫差、熱回收、全新風運行等技術在該項目中的應用。

超高層；冷熱源；水系統分區；空調風系統；防排煙

0 引言

超高層建筑層數多、功能復雜、空調能耗大、火災危險性大，對空調和通風系統設計提出了更高要求。南京青奧中心項目含兩棟超高層建筑，以下介紹該項目空調通風系統的主要設計思路、方法和心得體會。

1 工程概況

南京青奧中心是2014年南京青奧會重點配套項目之一，總建筑面積約48萬m2，由會議中心及兩棟超高層塔樓組成，以下主要介紹超高層塔樓。兩棟超高層塔樓總建筑面積約28.66萬m2，其中A塔地上共58層，高255.20m，B塔地上共68層，高314.5m，兩塔共用五層裙房，裙房高27.5m，地下三層，最低-13.2m。地下室主要用作車庫、設備用房、后勤配套等，裙房主要用作大堂、餐廳、多功能廳、廚房、健身、泳池等。A塔6-10層、12-25層、27-40層為會議酒店客房，42-51層、53-55層為酒店式公寓，56層為咖啡廳和茶座，11、26、41、52、57層為避難層或設備層，58層為機房層。B塔6-10層、12-24層、27-35層為辦公，37-40層為五星級酒店餐飲、空中大堂，42-56層、58-60層為五星級酒店客房，61-63層為五星級酒店泳池、康體，64～65層為五星級酒店V IP客房、總統套房，66層為觀光層，11、25、26、36、41、57、67層為避難層或設備層，68層為機房層。項目實景如圖1所示。

圖1 超高層塔樓實景圖

2 設計參數

2.1 室外設計參數

室外設計參數按項目設計時執行的規范G B50019-2003[1]取值，主要參數見表1。

表1 室外設計參數

表2 主要空間室內設計參數

表3 各區域空調冷、熱負荷

2.2 室內設計參數

主要空間室內設計參數見表2。

3 空調冷熱源及空調水系統設計

3.1 主冷熱源系統

各區域空調冷、熱負荷見表3。

按青奧城整體規劃，青奧城內設區域能源中心，可為包括青奧中心在內的各單體建筑提供空調冷熱源。能源中心可為該項目夏季提供6℃/12.5℃的空調冷水，冬季提供85℃/60℃的空調熱水，并常年提供0.6MP a的飽和蒸汽。能源中心以電廠余熱蒸汽為能源，具有良好的節能減排效果，并具有改善區域景觀、集中管理、節省機房等優點。因此該項目優先采用能源中心提供的冷熱源。

按使用管理要求，冷熱源分區設置。B塔五星級酒店，應酒店管理公司要求，冷源單獨設置，在地下室設五星級酒店制冷站，采用電制冷機組，五星級酒店夏季冷負荷為4800k W，選用四臺單機制冷量1229k W的水冷螺桿式冷水機組，空調冷水設計供回水溫度為6℃/12.5℃，配四臺開式逆流式冷卻塔，冷卻水進出水溫度為32℃/37℃。因欠缺設置鍋爐房的條件，經酒店管理公司同意，五星級酒店熱源采用能源中心提供的蒸汽，在避難層設換熱機房，采用汽-水板式換熱器，提供60℃/50℃的熱水。

其余區域均采用能源中心提供的空調冷熱水，通過水-水板式換熱機組，將能源中心提供的冷熱水交換成7℃/13.5℃的空調冷水和60℃/50℃的空調熱水。

3.2 輔助冷熱源系統

地下室、裙房、辦公及會議酒店過渡季節冷，熱負荷分別為9600k W、4320k W。相應設輔助制冷站和輔助換熱站。輔助冷源采用電制冷機組，選擇三臺單機制冷量為2814的水冷離心式冷水機組和一臺制冷量為1439k W的水冷螺桿式冷水機組。設計冷水供回水溫度為6℃/12.5℃，配四臺開式逆流式冷卻塔，冷卻水進出水溫度為32℃/37℃。輔助熱源采用能源中心提供的蒸汽，設汽-水板式換熱器，提供60℃/50℃的熱水。五星級酒店過渡季節與夏季制冷合用冷源，與冬季制熱合用熱源。

3.3 空調水系統分區及設計

空調水系統分區是超高層空調設計的關鍵，關系到空調系統的安全性、節能性和經濟性。分區過少，會使得單個系統高度過大，造成管道和設備承壓過大，不僅選型困難，造價增加，且增加了運行安全隱患；但如分區過多，勢必增加中間換熱次數，造成能源利用效率降低，末端設備選型增大。研究表明，每增加一級換熱，供冷效率下降20%左右，末端裝置換熱面積加大20%[2]。且末端供水溫度隨換熱級數逐級升高，除濕能力下降。因此必須根據避難層、設備層的位置，充分考慮設備及管道的承壓能力，盡量減少中間換熱次數。風機盤管和空調機組最大承壓為1.6MP a，冷水機組可承壓2.0MP a，特殊設計后可達到3.0MP a，板式換熱機組和水泵最大承壓可達2.5MP a[3]。

最終分區方案:A塔1-25層為低區（含地下室及裙房），26-58層為中區；B塔6-25層為辦公低區，26-35層為辦公中區，36-41層為酒店中區，42～68層為酒店高區。

圖2、圖3分別為A塔（含裙房和地下室）和B塔空調冷熱源及空調水系統分區示意圖。為使圖面表達清晰，除必要的季節切換閥門外，空調水系統其余閥門均未表示。標記為A的閥門表示夏季開、冬季及過渡季節季節關；標記為B的閥門表示冬季開、夏季及過渡季節季節關；標記為C的閥門表示夏季及過渡季節開、冬季關；標記為D的閥門表示冬季及過渡季節開、夏季關。設于地下室的輔助制冷站、輔助換熱站、五星級酒店制冷站、避難層五星級酒店換熱機房主要設備前文已有介紹，其流程較簡單，圖中未表示。一次冷、熱水側的定壓在能源中心解決。

A塔中區空調冷熱水板換、立管及閥門部件，B塔高區空調冷水板換、立管及閥門部件按承壓2.5MP a選型，其余設備、管道及閥門部件均按承壓1.6MP a選型。

圖2 A塔空調水系統分區示意圖

3.4 蒸汽系統

A塔空調熱交換間、生活熱水熱交換間和B塔廚房、空調熱交換間、生活熱水熱交換間、泳池設備機房、裙房和地下室廚房、洗衣房、泳池設備機房等有蒸汽需求，能源中心提供的0.6MP a飽和蒸汽供至各用汽點后，分別在末端減至所需壓力。

3.5 其它

電梯機房等需不間斷運行場所單獨設空調，采用變制冷劑流量多聯機空調系統。

B塔6-36層辦公，考慮用戶將有網絡機房等散熱需求，設冷卻水系統，采用兩臺閉式冷卻塔，單臺可提供32℃/37℃的冷卻水60m3/h，冷卻水需求點和各處需求量在設計階段并不明確，冷卻水立管安裝到位，每層預留三通，用戶可根據自身需求接駁。

地下廚房設水冷式冷庫，配閉式冷卻塔兩臺。單臺可提供32℃/37℃冷卻水150m3/h。

圖3 B塔空調水系統分區示意圖

圖4 B塔61層泳池空調設計示意圖

4 空調風系統設計

4.1 酒店大堂

五星級酒店大堂從一層到五層，高度達27.5m，頂部為玻璃天窗，四周有大面積玻璃幕墻，空調負荷較大。由于氣流熱浮升作用，熱量將聚集在大堂頂部，在冬季，如氣流組織設計不當，即便送風量和供熱量足夠，人員活動區也可能難以達到設計溫度，而在夏季，頂部聚集的熱空氣將增大向人員活動區以輻射和對流方式轉移的冷負荷。設計采用分層空調，僅對人員活動區域進行空調，與全室空調相比，可有效降低設備容量，設計時空調設備供冷量按大堂全室冷負荷的70%考慮。在頂部設機械排風，夏季將頂部滯留熱量及時排出，排風量不能過大，否則將對空調區氣流起卷吸作用，反會增大空調負荷，參考《實用供熱空調設計手冊》[4]，以一層

（5.000）以上為非空調區，按非空調區換氣次數3次/h計算排風量。大堂主要出入口采用旋轉門，且設門斗，次要出入口設熱風幕，減小冬季冷風侵入。在5m左右高度設噴口送風，噴口選型確保冬季送風氣流能到達最遠區域，回風口設于大堂底部，避免加劇冬季熱氣流上升。

4.2 游泳池因池水蒸發，泳池區空氣濕度大，一方面影響舒適度，另一方面使泳池區的墻壁，玻璃等冷表面易結露，該工程在裙房五層和B塔61-66層設有兩個泳池，均采用泳池專用除濕型熱泵機組，這種機組內置一個制冷循環，室內熱濕空氣先經過蒸發盤管降溫除濕，再經過內置制冷循環的冷凝盤管或輔助加熱盤管，等濕加熱后送入房間，內置制冷循環的冷凝盤管不需要提供空氣加熱或加熱量有剩余時，可以通過池水冷凝器回收熱量，或通過輔助冷凝器排出，輔助冷凝器可以是水冷或風冷，該工程通風百葉設置較為困難，采用水冷形式。泳池區設地面輻射供暖系統。對于B塔61-66層泳池，由于其高度大，泳池頂部全部為玻璃幕墻，在大樓頂部另設一臺空調機組，在泳池頂部送風，送風氣流直吹玻璃幕墻，同時在泳池下方設備夾層內沿幕墻周圍均勻布置數臺風機盤管，采用條形風口從泳池地面高度緊貼幕墻向上送風，夏季可以隔斷玻璃幕墻向室內的傳熱，使得幕墻附近不至于溫度過高，冬季可對玻璃幕墻起到加熱的作用，避免表面結露。61層泳池空調設計示意如圖4所示。

4.3 其余區域

其余區域空調風系統設計為:多功能廳、餐廳等面積較大的房間采用低速全空氣系統，包間、客房等面積較小的房間采用風機盤管+新風空調系統。B塔辦公采用風機盤管+新風空調系統，便于后期根據出租單元劃分靈活調整空調末端。

5 通風及防排煙系統設計

5.1 消防排煙系統

超高層建筑受室外風壓影響大，因此除裙房個別房間外，均不采用自然排煙。塔樓排煙系統根據避難層位置，并按豎向不超過100m且不超過32層的原則進行分段。裙房、地下室房間及內走道、中庭、車庫等按規范要求設排煙及補風，不再贅述。

5.2 加壓送風系統

該項目所有防煙樓梯間，合用前室，消防電梯前室均設機械加壓送風。塔樓核心筒內樓梯間加壓送風系統以避難層為界進行分段，合用前室加壓送風系統按豎向不超過100m且不超過32層的原則進行分段。此外，塔樓避難區按規范設機械加壓送風。

超高層建筑設多個避難層，每個避難層都可能設有排煙出風口或加壓送風進風口，在通風百葉設計時，需統一考慮，避免同一方向下方避難層設有排煙出風口，而上方避難層設有加壓送風進風口的情況。

5.3 廚房

該項目設有辦公樓員工餐廳廚房、酒店中心廚房、酒店特色廚房等多個廚房。廚房均設事故排風系統，排風量按熱加工區體積換氣次數12次/h計算，采用防爆型風機，風機與燃氣泄漏報警系統聯動。廚房還設有機械進風系統和崗位送風系統，崗位送風經冷熱盤管處理后，送至廚房內操作人員位置。廚房排油煙風機風壓的確定，除了要考慮油煙的粘滯系數大于空氣外，還要特別注意采用的油煙凈化設備的阻力。

6 空調通風系統其它設計要點

6.1 大溫差設計

超高層建筑空調水系統輸送距離大，適當加大供回水溫差，有利減少輸送能耗。該項目空調末端側設計供回水溫度7℃/13.5℃，溫差6.5℃，按水泵功率與流量的三次方成正比的理論，相比常規空調系統供回水溫差為5℃，可節省輸送能耗約45%。

6.2 熱回收

該項目酒店客房以及公寓的新風在避難層空調機房內進行處理，再通過豎井送至各層，而衛生間排風通過豎井在避難層收集后排出，具有應有熱回收系統的良好條件，采用帶冷熱盤管的轉輪式全熱回收新風處理機組，室外新風經過濾后，通過轉輪，與排風進行熱交換，換熱之后的新風再經過冷熱盤管的處理，達到送風狀態。全熱回收焓效率在60%以上，可節約新風能耗60%左右。A塔會議酒店客房及公寓計算新風量110000m3/h，B塔五星級酒店計算新風量34000m3/h，可節約新風能耗約1100k W。

6.3 全新風運行

過渡季節室內外溫差較小，圍護結構負荷較小，但對酒店多功能廳、餐廳等場所，由于照明、人員以及食物等散熱，還存在較大的室內負荷需消除，如能引入室外新風作為免費冷源，就可減少過渡季節制冷設備的開啟。鑒于此，多功能廳、餐廳等采用全空氣系統的場所，在新風口和新風管設計時，均考慮全新風運行的要求，對于多功能廳等相對密閉的場所，設置排風系統，以保證過渡季節全新風運行時室內處于微正壓。

6.4 冷卻塔設置

五星級酒店冷源、輔助冷源設有開式冷卻塔，辦公網絡機房、廚房設有閉式冷卻塔，冷卻塔的設置既要考慮塔體對室外景觀的影響，以及噪聲、漂水對附近房間的影響，又要考慮冷卻塔通風散熱的要求。該項目建筑方案在裙房屋面設計有造型，不允許放置大型設備，原考慮冷卻塔設于裙房屋面北側一塊設備平臺，后因地下室及裙房廚房使用的大量排油煙風機設于此平臺，油煙的排放勢必影響冷卻塔的通風散熱，最終將冷卻塔設于建筑物西側景觀帶內，出于美觀考慮，景觀設計對冷卻塔進行了遮擋，但仍需滿足冷卻塔的運行要求，要求冷卻塔頂部無任何遮擋，四周的遮擋需采用通風百葉，且距離冷卻塔距離2m以上，高度不能高于冷卻塔。

7 結語

該項目建筑面積大，設計難度大，要求高，筆者有幸全程參與施工圖設計、裝修配合及施工配合，體會如下:

該項目空間復雜，立面造型不規則，傳統二維手段難以滿足精確設計的要求，在復雜空間機電系統設計、機電管線綜合以及裙房外墻通風百葉設計等工作中，利用了R E V I T軟件，起到直觀形象的作用，大大提高了設計效率和準確性。

現代化大型公共建筑，尤其是五星級酒店，裝修要求高，裝修要求常與暖通風口或風管沖突，裝修配合設計時需把握各類風口的特點，滿足氣流組織的基本要求，風管配合裝修調整時不宜在主風管上設過多的上下翻彎，不宜為了增加吊頂高度將風管的寬高比做的過大，風機盤管不宜從吊頂回風，此外，應考慮吊頂內閥門、設備的檢修口。

五星級酒店管理公司一般有自己的機電設計要求，尤其境外管理公司，部分暖通空調設計標準可能較高，這就要求在設計之前明確設計要求，避免后期要求無法達到而要付出較大返工代價。

[1]G B50019-2003，采暖通風與空氣調節設計規范[S].北京:中國計劃出版社，2004.

[2]王麗.煙臺某超高層建筑空調設計[J].制冷與空調，2015，29（3）:283-285.

[3]張鐵輝，趙偉.超高層建筑空調水系統豎向分區研究[J].暖通空調，2014，44（5）:2-9.

[4]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].2版.北京:中國建筑工業出版社，2008.

Air Conditioning and Ventilation System Design for the Super High-rise Building of Nanjing Youth Olympic Center

GUO You-ming，BAI Wen
（Shenzhen Huasen Architectural&Engineering Designing Consultants Ltd Nanjing Branch，Nanjing 210017，China）

Air con d itionin g an d v entilation s y s tem d e s i g n f or t h e s u p er h i gh-ri s e b uil d in g o f N an j in g yout h O lym p ic center i s intro d uce d.D e s i g n i d ea s an d mea s ure s o f h eatin g an d coolin g s ource，w ater s y s tem z onin g f or air con d itionin g，v entilation an d s mo k e control s y s tem s f or t h e main area s are f ocu s e d on.L ar g e tem p erature d i ff erence，h eat reco v ery an d all f re sh air s u pp ly u s in g in t h i s b uil d in g are b rie f ly intro d uce d.

s u p er h i gh-ri s e b uil d in g；h eatin g an d coolin g s ource；w ater s y s tem z onin g；v entilation；s mo k e control s y s tem s

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.03.019

T U83

B

2095-3429（2017）03-0075-05

2017-04-14

修回日期：2017-05-27

郭友明（1985-），男，江西萍鄉人，碩士，工程師，主要從事暖通空調系統設計及研究。