北京某超高層公寓暖通空調設計

高麗穎王童全巍

1中國建筑設計研究院有限公司 2中國建筑科學研究院

1 工程概況

超高層建筑在不同國家有不同的界定。在1972年的國際高層建筑會議上，聯合國教科文組織的專家委員會將40層以上的建筑定義為超高層建筑；日本將15層以上的建筑定義為超高層建筑；而我國《民用建筑設計通則》（GB50352-2005）規定100 m以上高度的建筑屬于超高層建筑[1]。

本項目位于北京市區正東方向，通州運河核心區，用地屬于多功能用地。總用地面積17815 m2，總建筑面積 180750 m2，包括 A、B、C、D 四棟單體建筑，其中 D樓為超高層公寓，建筑面積36000 m2，地下3層，地上39層，首層及二層為底商空間。3層以上為標準層，其中14層及28層為避難層。

2 設計參數及冷熱負荷計算

表1為北京（寒冷地區）室外設計參數[2]。

表1 室外設計參數

表2為室內設計參數[3]。

表2 室內設計參數

本工程位于寒冷地區，經過冷熱負荷計算，公寓空調設計總冷負荷3982 kW，空調冷指標120 W/m2，公寓采暖設計熱負荷1219 kW，采暖熱指標為36.6 W/m2。

3 冷熱源

本工程采暖熱源來自能源子站，分別為低區、中高區及28層設備機房內的換熱機組提供50/40℃采暖熱水。經28層設備機房內的熱交換設備將50/40℃采暖熱水交換為45/35℃，供公寓高區采暖系統使用。本工程空調冷熱源為自帶冷源的多聯機空調系統。公寓按戶設置。每戶一個室外機，三或四個室內機?？蓪崿F每戶獨立使用，24 h不間斷的冬天供熱，夏天供冷。

4 采暖系統

公寓采暖分為兩個區（圖1），其中3-13層為低區，14-39層為中高區。高區水為中高區水通過28層避難層內的換熱機組進行換熱，中高區設計熱負荷為729 kW，采暖熱指標為32.5 W/m2，采暖低區設計熱負荷為490 kW，采暖熱指標為45.4 W/m2。

圖1 公寓采暖水系統圖

5 空調系統

超高層公寓存在入住率不高的現象，考慮節能及分戶計量的因素，提出了戶式多聯機加新風系統的空調方案。

一般住宅的設計不考慮新風系統，由于超高層公寓的高度已超100 m，高層、超高層建筑玻璃幕墻的自然通風問題至今仍是一大難題。建筑節能要求降低熱損耗，要求高的氣密性，不宜開窗，否則增加能耗，建筑節能要求封閉，自然通風要求開啟，本身就是一對矛盾[4]。建筑節能不能損壞空氣質量，影響人們生活的舒適度，所以超高層公寓應設計機械新風系統。目前市場上作為小面積的機械新風系統非戶式新風換氣機莫屬。

5.1 新風換氣機的設計特點

新風換氣機可以將新鮮的室外空氣送入室內，同時將室內污濁的空氣排到室外。內置空氣過濾器，達到通風換氣的效果。同時，機器內置熱交換器,將新風與排氣進行了冷熱交換，熱交換效率基本能保證在60%以上，大幅度降低了新風冷熱負荷，實現了高效節能。

本項目新風換氣機的管材設計為鍍鋅鋼板，是從防火安全角度考慮的，考慮公建對消防的要求較高，尤其是超高層公寓，應保證消防驗收要求，鍍鋅鋼板的防火性能是不燃，更安全。目前市場上也有用硬聚氯乙烯風管材質，但大部分為難燃材料，從防火安全角度考慮，鍍鋅鋼板材質優于硬聚氯乙烯。

若采用硬聚氯乙烯材料需要滿足要求密度為1300～1600 kg/m3，拉伸強度≥34 MPa。板材厚度3 mm，燃燒性能為不燃或燃燒產物毒性較小且煙密度等級小于等于25的難燃材料[5]。同時滿足GB50738-2011通風與空調工程施工規范及GB50243-2016通風與空調工程施工質量驗收規范要求。

公寓新風換氣機的設備選型 L=200 m3/h，P=75 Pa，由于精裝設計對吊頂寬度及高度有嚴格的限制，所以風管有幾處翻越粱窩的地方，局部壓損較大。以最大的戶型D戶型為例進行風阻計算：最遠端風管長度17 m，摩擦阻力17 Pa，局部阻力51 Pa，總阻力68 Pa。

設備壓頭基本克服最遠端總阻力，但為了追求精裝的美觀，減小風管管徑，會造成送風風速增大，風阻也會明顯加大，噪音增加，機組壓頭不保證最遠端風口有風。建議風速控制在3～5 m/s之間。

5.2 戶式多聯機的設計特點

1）外形美觀，可根據用戶需求與喜好設計。系統采用暗裝方式，能配合室內的高檔裝修。同時由于室外機組的合理安置也不會破壞建筑物的整體外型美觀。

2）分戶計量：采用模塊化主機，根據設置自動調節制冷量。合理的將白天生活和晚上生活區域分別安裝空調，各個室內可獨立運行，分別調節各房間的空氣。

6 防排煙系統

嚴格按照《高層民用建筑設計防火規范》[6]和當地規定進行防排煙系統設計。樓梯間及前室加壓系統根據避難層位置分段設置（圖2）。防煙樓梯間每隔一層設置一個自垂百葉送風口，前室每層設置電動加壓風口。風機設置于避難層加壓機房及機房層。本項目避難層設于14層及28層。同時避難間分別設置獨立的加壓系統。

圖2 公寓防排煙系統圖

7 與精裝及土建的配合

公寓內戶式多聯機及新風換氣機的安裝需要與精裝修密切配合，安裝通常采用暗裝，戶式多聯機放置于廚房或者衛生間內，防止機組運行的噪聲影響室內人員的休息及活動，同時必須預留檢修口，檢修口的大小應保證維修人員頭部和肩部通過，約300～450 mm，室內機及新風換氣機均選用超薄機組，約為200 mm厚，盡量最小程度的影響室內凈高。空調室外機一般放置于每戶的設備陽臺上，其擺放位置除滿足室外機的散熱條件外，必須考慮設備的維修空間。

同時，戶式多聯機的室內外機通過銅管連接，銅管尺寸非常小，但是銅管外側包裹保溫棉，冷凝水尺寸多為φ25和φ32，外包保溫棉，同時需保證1%的排水坡度或設備自帶冷凝水提升泵。同時，應根據管道尺寸給建筑結構專業提供預留洞口尺寸（圖3）。

圖3 多聯機管道示意圖

8 結論

1）戶式多聯機加戶式新風加地板采暖的設計，能滿足室內設計溫、濕度及噪聲、振動的要求。冬季，業主可以根據個人的喜好自主選擇采用地板采暖或中央空調采暖或兩者均開啟，極大地滿足了業主選擇的靈活性。

2）消防設計在超高層設計中不可忽視，必須嚴格按照高層建筑防火規范進行設計，根據避難層位置分段設計加壓系統。同時避難間分別設置獨立的加壓系統。

3）好的工程設計應該提前做好與精裝修及土建的密切配合，暗裝機組必須預留好檢修口，穿剪力墻位置提前讓結構專業預留足夠洞口，為業主后期使用及運行維修提供充分的條件。