淺析某超高層建筑空調水系統豎向分區

楊 志

湖南省建筑設計院有限公司，湖南長沙 410012

當前，中國社會經濟快速發展，城鎮化水平不斷提升，人員大量涌進城市。城市核心區的土地供應日趨緊張，超高層建筑因其在土地利用方面的優勢在我國得到了蓬勃的發展。伴隨著超高層建筑的飛速發展，其空調系統的經濟性、節能性和安全性等問題也成為人們關注的焦點。空調水系統豎向分區是超高層建筑空調設計中的難點，分區是否合理關系到空調系統的經濟性、節能性和安全性。而目前國內的規范和技術措施對于此問題尚無規定和指導，遇到此問題時設計人員常常因無借鑒而感到棘手。因此，對于超高層建筑空調水系統的豎向分區進行研究和分析有其必要性。本文將結合工程實例對超高層建筑空調水系統的豎向分區進行分析。

1 工程概況

本工程為某超高層建筑，總用地面積約1.6萬m2，總建筑面積約23萬m2，地下4層，地上72層，建筑高度324.6m。裙房地上5層主要功能為商業及餐飲；主樓地上67層主要功能為辦公；地下4層，主要功能為停車庫及設備機房。本工程冷源采用電制冷機組，熱源采用燃氣真空熱水鍋爐，冷熱水機組均設置于地下2層（-12.300m）。裙房商鋪空調末端采用風機盤管加新風系統，裙房公共區域采用全空氣系統，塔樓辦公空調末端采用全空氣變風量系統。

2 空調水系統豎向分區方案

2.1 影響空調水系統分區的主要因素

2.1.1 管道承壓

本工程水管管材DN≤50采用熱鍍鋅鋼管，50＜DN≤300采用無縫鋼管，DN＞300采用螺旋焊接鋼管；管道連接方式DN≤50采用螺紋法蘭連接，DN＞50采用焊接。上述金屬管道常用壓力等級及管道連接方式的承壓要求如表1、2所示。

表1 金屬鋼管常用壓力等級

表2 金屬鋼管連接方式承壓要求

2.1.2 設備承壓

本工程和水系統相關設備有電制冷機組、燃氣真空熱水鍋爐、板式換熱器、水泵、空調機組和風機盤管，各設備常用承壓等級見表3。

表3 設備常用承壓等級

2.1.3 系統供水溫度

電制冷機組國家標準工況下的供回水溫度為7/12℃，空調末端國家標準工況下的冷水進出水溫度亦為7/12℃。為滿足設備承壓要求，會采用板式換熱器進行豎向分區，由于板式換熱器和分區循環水泵增多，末端空調設備的進水溫度升高，換熱面積增大，初投資和運行費用隨之增加。為降低初投資及運行費用，會采取降低制冷機組供水溫度來保證末端設備的供冷量，而制冷機組供水溫度每降低1℃，其制冷性能系數（COP）會降低3%～5%，制冷機組運行費用增加。

綜上所述，空調水系統豎向分區方案需綜合考慮上述因素，對初投資、節能性和安全性進行綜合比較后確定。

2.2 豎向分區方案分析

根據上述設備承壓要求，考慮初投資及運行費用，提出以下3種方案進行比較。

方案1：將水系統分為4個區，設置3組板式換熱器。一組設置在制冷機房內，服務22層及以下區域；2組設置在38層避難(設備)層處，1組服務39～57層，1組服務58～72層 ；23～38層由制冷機組直供（圖1）。

方案2：將水系統分為4個區，設置3組板式換熱器。一組設置在22層避難（設備）層處，服務23～38層；2組設置在38層避難（設備）層處，1組服務39～57層，1組服務58～72層；22層以下區域由制冷機組直供（圖2）。

方案3：將水系統分為4個區，設置3組板式換熱器。一組設置在制冷機房內，服務22層及以下區域；1組設置在38層避難（設備）層處，服務39～57層；1組設置在52層避難（設備）層處，服務58～72層 ；23～38層由制冷機組直供（圖3）。

圖1 方案1

圖2 方案2

圖3 方案3

各方案的設備承壓及末端設備的進出水溫度見表4。

表4 各方案設備承壓及末端設備進出水溫度

2.3 初投資對比估算

根據項目實際計算冷負荷17334kW及系統形式選擇相應設備，通過咨詢設備廠商，確定各方案設備初投資如表5所示（因各方案中冷卻塔、冷卻水泵及空調末端的型號和數量相同，故初投資未考慮此部分成本）。

表5 各方案初投資對比分析表

2.4 運行費用對比估算

根據項目所在地制冷季天數、日空調運行小時數、當地非居民電價，考慮平均負荷率，各方案運行費用估算如表6所示（因各方案中冷卻塔及冷卻水泵型號數量相同，故初投資未考慮此部分費用）。

表6 各方案運行費用對比分析表

通過上述分析，本項目3種空調水系統豎向分區方案均能滿足當前設備、管道及附件的承壓要求，方案1與方案2、3的最大區別在于高區冷凍水為冷源水經過2次換熱后提供，設備數量增加、冷水供水溫度降低，造成初投資及運行費用增加。故整體考慮安全性、經濟性及節能性，本項目空調水系統分區以方案1為最優。

3 結語

通過對某超高層空調水系統3種豎向分區方案的對比分析，建議超高層建筑空調水系統豎向分區的一般原則為：

（1）空調水系統的豎向分區主要受設備、管道及附件的承壓能力限制。

（2）在滿足設備、管道及附件承壓要求的條件下，盡量減少換熱次數，以減少設備數量，合理確定制冷主機供水溫度，節省初投資及運行費用。

（3）在滿足設備、管道及附件承壓要求的條件下，還需根據項目的具體情況，對多種空調水系統豎向分區方案進行技術經濟比較，確定滿足安全性、經濟性和節能性的設計方案。