深圳建行大廈空調設計

萬筠 李百公

深圳華森建筑與工程設計顧問有限公司

本項目地處深圳市福田中心區，民田路與福中三路交界處，毗鄰深圳證券交易所，定位為一棟超高層辦公樓，屬一類高層建筑，建筑高度約213.6 m（幕墻頂標高224.8 m），地下5層，地上46層，其中B5～B1主要為車庫、設備用房等區域，首層至四層主要為架空層電梯廳，對外辦公、客戶服務等，五層至九層為會議中心、行政餐廳、員工餐廳、廚房等功能，十層至四十六層為辦公層，其中十一層、二十三層、三十五層為避難層、總建筑面積108040 m2。建筑外墻均采用玻璃幕墻。

1 空調系統設計

1.1 空調設計參數

表1為室外設計參數（廣東省深圳市），表2為室內設計參數。

表1 室外設計參數

表2 室內設計參數

1.2 設計日逐時冷負荷

本項目設計日空調冷負荷峰值為7361（2093 RT），空調面積 51700 m2，冷負荷指標為 142 W/m2，全天總冷負荷23867 RT·h。

1.3 冷熱源系統設計

在設計之初進行了方案的可行性論證，考慮到深圳地區有比較好的峰谷電價政策及電價結構（表2），本項目冷負荷高峰與電網高峰時段重合，電網低谷時段空調負荷較低，經技術經濟比較后，最終確認采用冰蓄冷系統。另應業主要求考慮極端天氣供暖，設置6臺螺桿式風冷冷熱水機組（高低區各三臺）作為冬季供暖熱源以及夏季加班使用。

表3 項目峰谷電價表/kW·h（2016年）

結合本項目機房面積非常緊張的特點，為充分發揮設備的作用及降低運行費用，設計采用部分蓄冰方式、主機上游串聯系統，蓄冰裝置采用內融冰蛇型鋼盤管。

由負荷計算結果，7:00～21:00時段總冷負荷為23867 RTh，扣除18:00以后螺桿式風冷冷熱水機組負擔的制冷量2843 RTh，則雙工況主機及蓄冰槽承擔冷量為21024 RTh。

一共選用三臺離心式雙工況冷水機組，主機單獨供冷工況時，乙二醇進、出口溫度為9℃/4℃，冷卻水進、出水溫度為 32℃/37℃，制冷量為 1828kW（520 RT×3），額定制冰工況乙二醇進、出口溫度為-2.15℃/-5.60℃，冷卻水進、出水溫度為30℃/33.38℃，制冷量為1200 kW（340 RT×3）。蓄冷空調系統供選用10臺內融冰鋼盤管（蓄冷量760 RT），總蓄冰量為7600 RTh，總蓄冰量為7600 RTh，蓄冷率為31.8%，制冷機房內設計有三臺乙二醇－水板式換熱器HR-1～3（圖1），換熱量為1828 kW×3，換熱器熱側進、出水溫度為為進13℃/5℃，在設計工況下聯合供冷運行時，冷側進、出乙二醇溫度為4/12℃，在主機或蓄冰盤管單獨供冷時，冷側進、出乙二醇溫度為4/9℃；即主機和蓄冰盤管聯合供冷時，主機設于上游，蓄冰盤管置于下游，總供冷溫差為8℃，主機和蓄冰盤管分別負擔5℃和3℃，其中主機進出水乙二醇溫度為12～7℃，蓄冰盤管進出水乙二醇溫度為7～4℃。

圖1 制冷機房水系統原理圖

1.4 冰蓄冷系統運行方式

考慮本項目特點，本工程冰蓄冷系統通過閥門及設備切換運行可實現夜間蓄冰、白天雙工況主機單獨供冷、蓄冰盤管單獨供冷、主機及蓄冰盤管串聯聯合供冷等4中工況，夜間可根據需要運行空氣源熱泵機組制備冷水供應加班區域空調系統使用。四種運行方式工況如表4：

表4 冰蓄冷系統工況設備供水溫度一覽表

1.5 冰蓄冷系統優化控制原則

受建筑條件限制，本項目蓄冰量有限，融冰控制應遵循以下幾個原則：

1）融冰要有計劃地照顧到每天負荷高峰滿足負荷高峰需要，減少高峰負荷；

2）在設計日負荷平衡的情況下要將融冰盡量的放在電力高峰時段以節約運行費用；

3）在設計日當天的蓄冰要在當天用完（充分利用低谷電）；

4）在滿足以上條件的情況下，盡量讓各設備在高效率點運行，以使能耗最低。

2 空調水系統

2.1 空調冷凍水系統豎向分區

空調水系統豎向分區是超高層建筑空調水系統設計中的重要環節，對工程的安全性以及經濟性有重大的影響。綜合安全性、系統運行經濟性等因素，并結合建筑的避難層設置，確定空調水系統以23層避難層為高低區分界線。

本項目制冷機房位于地下4層，建筑-21.9 m，10層避難層建筑標高45 m，23層避難層建筑標高103.9 m，35層避難層建筑標高158.5 m，屋面建筑標高218.9，低區膨脹水箱底部標高107.5 m，高區膨脹水箱底部標高222.2 m。根據系統工作壓力分布為避免空調水系統底部壓力過高，分為高低兩個區，地下5層至22層為低區，冷水直接由地下5層板式換熱器提供；23～46層為中區，在23層避難層設置換熱機房、板式換熱器及水泵等，冷水由低區供至中區一次側經換熱后供高區末端。

23層至地下5層為低區，高差為125.4 m，制冷機房板換及附件承壓按2.0 MPa選用，46層至23層避難層高差為115，高區換熱板換承壓按1.6 MPa選用，制冷機房雙工況水冷離心制冷機組承壓為1.0 MPa。

2.2 空調冷凍水大溫差系統

本項目冷凍水系統采用了大溫差設計，制冷機房換熱器熱側進、出水溫度為13℃/5℃，文獻[1]指出，13℃/5℃大溫差小流量系統冷凍水流量與常規5℃溫差系統相比減少了37.5%，冷凍水泵輸送能耗相應可以減少40%～60%左右。采用13℃/5℃供回水溫度對現有風機盤管的性能影響也較小。不論是風機盤管還是風柜的盤管排數都不需要增加。

另外因水流量減少，冷凍水系統管徑、閥門、管件也相應減小，冷凍水管道系統的初投資也有所降低，末端管徑的減少也有利于保證業主要求的吊頂標高。

考慮到本項目采用大溫差水系統，我們對末端設備的制冷能力進行了校核，選用了大溫差板翅全熱回收新風處理機組與大溫差風機盤管，新風先經過板翅熱回收處理再經過表冷器，被處理到室內等含濕量點后送入房間，風機盤管僅需要負擔室內濕負荷及室內部分顯熱負荷。

本項目選用專用的大溫差風機盤管，盤管設計為逆流換熱，在循環風量基本相同且供回水溫度為13℃/5℃的情況下，其供冷量比常規5℃溫差風機盤管略高，結合大溫差板翅全熱回收新風處理機組的使用，風機盤管規格不需再加大。

本項目大溫差風機盤管參數詳表5。

表5 大溫差風機盤管參數

3 低溫送風系統

本項目采用了冰蓄冷系統，有低溫5℃冷凍水供應，我們在室內濕負荷比較穩定的場所比如三層對外辦公、5～6層會議中心，7層會議中心等區域設計了大溫差低溫送風空調機組。低溫送風系統的好處有：低溫送風空調系統的送風量比常規空調系統小，送回風的風量以及相應的風管尺寸都比常規機組小，空氣處理機組的尺寸可變小。本項目選用的低溫送風機組送風溫度為10℃，送風溫差為16℃，供回水溫度為13℃/5℃。

低溫送風系統送風溫度較低，為防止風口結露，送風口采用低溫送風專用風口（高誘導比低溫送風方形旋流風口或高誘導比低溫送風條形風口），風口誘導比大，防結露性能好，低溫空氣送出后對室內氣流產生強烈的誘導和卷吸，在離開風口很短的距離內達到甚至超過常規送風溫度，有效防止結露及人體吹冷風感。另外為防止系統漏風引起凝露，我們規定低溫送風風管漏風量不宜大于1.2 m3/m2，同時加強了風管保溫，保溫厚度經計算確定，減少輸送熱損失。

低溫送風系統在運行時根據送風相對濕度比例控制冷水閥開度,溫度控制和濕度控制同時操作冷水閥時，取大值，嚴格控制室內濕度，防止結露。低溫送風系統剛啟動時，為避免出現風口表面、周圍空氣結露現象，應將送風溫度設定為常規系統送風溫度，待一定時間后再調至低溫送風溫度，實現“軟啟動”。

4 網絡機房空調方案的確定

根據業主需求，標準層每三層預留了一個網絡機房位置，其空調負荷按標準層空調負荷的10%確定，文獻[2]指出通常網絡機房的空調系統冷源有以下幾種方案：1）風冷冷水機組；2）獨立的冷卻水供應系統；3）大廈冷水系統；4）風冷式機房專用空調。本項目采用風冷式機房專用空調，預留冷媒管井，室外機均考慮放置在預留在避難層通風良好機房內，室外機排風通過風管與百葉連接。

5 冷卻塔方案的確定

5.1 冷卻塔位置的確定

因本項目所在位置屬于深圳最重要的金融機構聚集區，方案設計時考慮將冷卻塔放置在裙房屋面，雖采取了多種必要的消聲，但因冷卻塔存在噪聲難以治理、飄水不能避免等諸多問題，為避免對周邊其他建筑造成影響，仍然被規劃部門否決，而放置在塔樓屋面又與建筑方案的屋頂花園嚴重沖突，最后經多方討論，最后決定設置在十層及十一層局部兩層通高位置處，采用鼓風型冷卻塔，進風從十層進，出風從十一層北面出，出風百葉風速按4～5 m/s，進風百葉風速按2～3 m/s。

5.2 冷卻塔的消聲隔震

為避免機房震動及噪音對相鄰兩層辦公造成影響，本項目采取了以下幾種措施：1）進排風均采用了消聲百葉；2）機房墻面及頂棚均做消聲處理；3）與冷卻塔連接的管道均設置減震支吊架；4）冷卻塔所在位置設置浮動地臺。

5.3 冷卻塔防白霧設計

本項目所在地春夏氣候較為潮濕，文獻[2]指出當冷卻塔排出空氣的狀態與室外空氣混合時后其空氣狀態點經過飽和區，水蒸氣就會形成水珠，產生白霧。為防止白霧的產生，通常我們可以考慮對冷卻塔進風端設置加熱段，通過對進風加熱使進風空氣狀態O點與排風狀態I點的連線不與100%相對濕度線相交，即可避免產生白霧，詳見圖2。加熱段通常可以采用電加熱或熱水加熱，本項目采用電加熱，由冷卻塔廠家配套提供。

圖2 冷卻塔與室外空氣混合焓濕圖

6 結論

1）辦公建筑采用冰蓄冷有多種好處，除了利用峰谷電價節省運行費用外，因冰蓄冷可以提供低溫水，在設計時可以采用大溫差冷水系統，節省水泵運行能耗，末端全空氣系統也可以考慮低溫送風，節能風機運行能耗。設計時應對其進行經濟性分析，使整個系統投資回收期在可接受范圍內。

2）超高層建筑水系統設計時應根據末端設備及管道、閥件的承壓進行分區設計，盡可能減少換熱次數，減少能耗損失。

3）超高層建筑冷卻塔的位置選擇至關重要，當冷卻塔設置在設備層時應對其氣流組織進行模擬，同時做好消聲減震、防白霧等措施，避免對上下層辦公造成不利影響。