某超高層綜合大樓空調系統設計

黎喜

[摘要]介紹綜合性超高層冷熱源的選擇，其空調系統的劃分以及節能措施，并提出設計中的疑難問題以及設計體會。

[關鍵詞]超高層;冷熱源;分體多聯空調系統;泳池除濕一體機;綠色建筑;熱補償

文章編號：2095-4085（2019）06-0066-04

1引言

隨著經濟的不斷發展，集辦公，酒店等于一體的綜合性超高層建筑近幾年來增長頗劇。綜合性建筑承擔了諸多的建筑功能，秉承服務于人的宗旨，對于空調專業來說，加大了系統劃分以及合理布局的設計難度。同時，此類建筑空調專業作為用電大戶，在考慮投資并滿足舒適性要求的基礎上合理選取空調系統以及節能產品，滿足綠色建筑設計要求，對于節能減排作出應有的貢獻。

2工程概況

本工程地下3層，地上塔樓44層，地上裙房6層，7，17，27，40層為避難層，總建筑面積近18.4萬m2，總建筑高度180m。由集團辦公，酒店，銀行三個獨立業主共同使用，其中集團辦公包括1-3層局部辦公，8-20層辦公（除17層），21-26層公寓式酒店和42-44層會所，建筑面積近6.3萬m2，酒店包括1-6層裙房北部分，28-41層客房（除40層），建筑面積近7萬m2，銀行包括1-6層裙房南部分，建筑面積近5萬m2。地下三層建筑面積近4.5萬m2，其中地下一，二，三層為汽車停車庫，冷凍機房，變配電間等設備用房及酒店后場用房，地下二，三層局部設置六級人防。

3設計參數

室內設計參數需滿足現行規范《公共建筑節能設計標準》和《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》，其中相對濕度為非保證值，具體參數詳見表1。

4空調冷熱源

本工程考慮三個業主空調系統使用的獨立性及空調系統劃分的合理性，故與業主商榷設置三套獨立的空調冷熱源以滿足其使用要求。

4.1冷熱負荷指標

銀行經計算夏季空調計算最大逐時冷負荷為4120kW，冷負荷指標為143 W/m2（建筑面積）;冬季空調計算熱負荷為2026kW，熱負荷指標為70.3W/m2（建筑面積）。

經計算酒店夏季空調計算最大逐時冷負荷為7244kW，冷負荷指標為117W/m2（建筑面積）。冬季空調計算熱負荷為4285kW，熱負荷指標為70.0W/m2（建筑面積）。

經計算夏季空調計算最大逐時冷負荷為5088kW，冷負荷指標為103 W/m2（建筑面積），冬季空調計算熱負荷為2530kW，熱負荷指標為51.1W/m2（建筑面積）。21層至26層公寓式酒店夏季空調計算最大逐時冷負荷為815kW，冷負荷指標107W/m2（建筑面積），冬季空調計算熱負荷為440kW，熱負荷指標為57W/m2（建筑面積）。42層至44層會所夏季空調計算最大逐時冷負荷為1230kW，冷負荷指標為192W/m2（建筑面積），冬季空調計算熱負荷為515kW，熱負荷指標為81W/m2（建筑面積）。

4.2空調冷熱源

本項目三個功能區域分別設置冷熱源。根據各區域冷負荷的計算結果，采用離心式和螺桿式冷水機組的組合方式，并通過對比兩種機組額定制冷量的運行能耗，達到合理的配置方式和臺數目標。《鍋爐房設計規范》中明確鍋爐房和其他建筑相連或設置在其內部時，應設置在首層或地下室一層靠建筑物的外墻部位。但考慮到三個鍋爐房若均設置在地下一層，鍋爐房的位置難以滿足泄爆，直通室外出口和避開人員密集場所等規范要求，且找到合適的鍋爐煙的排放位置非常困難。故征詢當地消防部門及相關部門，同意把真空鍋爐房設置在裙房屋面，但酒店的鍋爐房內設有蒸汽鍋爐，為杜絕安全隱患，該區域的鍋爐房只能設置在地下一層。具體選型結果如下所述。

4.2.1銀行夏季選用三臺390RT螺桿式冷水機組作為冷源，為節省能源輸送耗電及管道材料，冷水采用大溫差供回水6/12℃，冷卻水供回水溫度32/37℃。冷水機組及其相關設備設于地下二層機房內，冷卻塔位于裙房屋頂。冬季選用二臺1.05MW的真空熱水鍋爐作為熱源，空調熱水供回水溫度60/50℃，真空鍋爐及其相關設備設置于裙房屋頂鍋爐房內。

4.2.2酒店夏季選用二臺700RT離心式冷水機組和一臺350RT螺桿式冷水機組作為冷源，以滿足部分負荷狀態下的使用，為節省鍋爐燃氣消耗和運行費用，螺桿式冷水機組設計60%冷凝熱回收方式用以預熱客房生活用水。冷水采用大溫差供回水6/12℃，冷卻水供回水溫度32/37℃。冷水機組及其相關設備設于地下二層機房內，冷卻塔位于裙房屋頂。而熱源考慮到洗衣房，廚房等場所需蒸汽（由酒店管理公司提供），因此選用二臺1.5t/h的蒸汽鍋爐及二臺2.8MW的承壓熱水鍋爐作為洗衣房，廚房蒸汽用量及空調，生活用水的熱源。一次熱水供回水溫度90/70℃，二次空調熱水供回水溫度60/50℃，空調熱水通過板式熱交換器制取。鍋爐及其相關設備設于地下一層機房內。

4.2.3集團辦公為方便空調設備管理，分區和費用計量以及運行時間等因素，根據業主要求集團辦公三個功能區域采用如下冷熱源方式。

1-3層局部辦公，8- 20層辦公夏季選用一臺700RT離心式冷水機組和二臺350RT螺桿式冷水機組作為冷源，冷水采用大溫差供回水6/12℃，冷卻水供回水溫度32/37℃。冷水機組及其相關設備設于地下二層機房內，冷卻塔位于裙房屋頂。冬季選用二臺1.4MW的真空熱水鍋爐作為熱源，空調熱水供回水溫度60/500℃。真空鍋爐及其相關設備設置于裙房屋頂鍋爐房內。

21層至26層公寓式酒店采用多聯分體式空調，按層分別設置多聯空調系統，室外機設置于27層避難層內。

42層至44層會所采用多聯分體式空調，按層分別設置多聯空調系統，室外機設置于屋頂層。

5空調水系統（圖1，2）

5.1空調水系統設計

為了減少投資及減少對建筑本身的影響，空調系統通常以1.6MPa作為工作壓力劃分的界限[1] ，同時考慮使用特性和固有特性[2] ，空調水系統作如下分區。

銀行空調水系統采用一次泵變流量閉式二管制機械循環同程系統，分別由地下室冷凍機房及7層裙房屋面真空鍋爐房為冷熱水系統提供冷熱源。

酒店按五星級酒店標準設計，空調水系統采用一次泵變流量閉式四管制機械循環同程系統，并按客房和裙房功能要求不同分別設置分區和系統，便于控制及分戶計量。裙房空調冷水供回水溫度為6/12℃，空調熱水供回水溫度為60/50℃。客房空調冷，熱水通過設置于17F避難層內板式熱交換器制取。空調冷水供回水溫度為7/13℃，空調熱水供回水溫度為59/49℃。具體系統設置如圖1，2所示。

集團辦公空調水系統采用一次泵變流量閉式二管制機械循環同程系統，按裙房，辦公功能要求不同分別設置系統，便于分戶計量。

從節能角度出發，過渡季節應盡量利用天然冷源。本工程設置冷卻塔直接熱交換提供空調冷水，不用開啟制冷主機，實現過渡季免費供冷。

5.2空調水管熱補償設計

在空調水系統的設計過程中，空調水管因溫差引起的熱脹冷縮，特別是空調立管的熱補償設計往往容易被忽視。本項目在設計的過程中，對空調水管的熱補償計算和補償器，支架的設置都進行了詳細設計。空調水管的熱伸長量計算公式如下。

1）計算管道熱伸長量[1]

△X=0.012（t1-t2）L。

（1）△X-管道的熱伸長量，mm。Tt1——熱媒溫度，℃。t2——管道安裝時的溫度，℃，一般按-5℃計算。L——計算管道長度，m。0.012——鋼材料線膨脹系數，mm/m·℃。

本項目空調熱水按t1= 60℃;簡化得下式。

△X =0.78L。

（2）

2）判斷是否滿足自然補償，根據計算設置固定支架及補償器熱媒溫度為60℃時，允許不裝補償器的直管段最大長度民用建筑為55m，工業建筑為65m[5]。（管道伸長量分別約為40mm和50mm）。

常采用的自然補償有L型和Z型兩種形式。當轉彎角不大于150度時，管道臂長不宜超過20-25m。[4] 在自然補償兩臂頂端設置固定支架。本工程盡量采用自然補償方式，長度超過50m的空調水管采用安裝補償器的方式進行熱補償。其中集團辦公的空調水立管服務高度最高，經計算80m長的直管段熱伸長量62.4mm，具體設置補償器如圖3所示。

6空調風系統

根據各房間的特點及使用要求，為滿足人體的舒適性，因地制宜地選擇空調風系統。

1）酒店大堂，宴會廳和餐廳等大空間采用一次回風式全空氣低速空調系統。氣流組織為上送上回，上送下回，側送下回等形式，風口形式則根據空間特點及層高選擇噴口，旋流風口或散流器等形式。為節省能源，過渡季節采用全新風運行，除塔樓外所有全空氣空調系統新風量按最大新風比不低于50%設計，酒店按最大新風比不低于100%設計。空調箱分別設置于各樓層空調機房內。

2）會議室和辦公室等小空間采用風機盤管加新風系統。新風空調箱分別設置于各樓層空調機房內。

3）客房采用風機盤管加新風系統，按垂直系統設置。為節省能耗，新風采用全熱交換器處理后送入室內并采用變頻控制措施，方便日后運營管理。

4）公寓式酒店及會所為了滿足便于管理，靈活使用以及水系統承壓分區等原因，選用制冷劑直接蒸發式多聯空調機組作為冷熱源。室外機分別設置于避難層及屋頂層，室內機根據需要靈活放置，方便控制用。會所采用全熱回收裝置，回收排風系統的余冷（熱），預冷（熱）新風，達到節能減排的目的。公寓式酒店采用室內機加全新風處理室內機系統，全新風處理室內機分別設置于各樓層空調機房內。

5）全年使用空調的特殊房間如計算機房，消防控制室，電梯機房等采用分體式空調。

筆者在設計的過程中，有幾個特殊場所的空調設計需要特點注意。（1）銀行的保管庫房出于防盜要求，所有穿越該區域的風管斷面不能超過200mm。（2）銀行的文檔庫房數量和面積都比較大，需提前預留恒溫恒濕空調室外機位置。（3）銀行計算機房和UPS機房為非常重要的場所，為防止空調水泄露以及考慮氣流組織的合理性，該區域采用全空氣空調系統并采用地板送風方式。（4）酒店各類餐廳種類繁多，且廚房的補風需進行冷熱處理，在設計中需提前預留足夠的管井和空調機房位置。（5）酒店游泳池采用無邊界設計，采用全空氣系統，并設置獨立的排風系統。采用的空調機組具有除濕，冬季熱收回及泳池加熱功能，盡量節約能源的使用。

7結論

（1）本項目的冷熱源三個功能區域分開設置。制冷機配比時需考慮冷機的性能參數，以達到合理配置，本次設計時集團辦公采用了一臺離心機組和二臺螺桿式機組的靈活配比方式，既滿足使用要求，又節省能耗。鍋爐房的位置必須滿足規范要求，本次設計采用真空鍋爐，其中兩個鍋爐房設置于裙房屋面，解決了鍋爐房泄爆及直通室外出口等難題。

（2）根據三個功能區域使用要求等特點，酒店空調水系統采用四管制，集團辦公和銀行均采用兩管制。并且采用大溫差的供水方式，節省輸送費用和管道造價，并為節約吊頂空間作出貢獻。

（3）會所和公寓式酒店考慮其便于管理，使用時間以及系統分區等因素，采用制冷劑直接蒸發式多聯空調機組作為冷熱源。

（4）銀行區域和酒店的功能比較繁雜，設計需考慮特殊場所采用不同的空調方式以及空調機房，管井和空調室外機的位置。

（5）管道熱補償計算及補償器的具體設置在工程設計時應充分考慮，以降低管道及閥門和支架運行所產生的作用力，確保安全運行。

參考文獻：

[1]潘云鋼.高層民用建筑空調設計[M].北京：中國建筑工業出版社，1999.

[2]公共建筑節能設計標準[M].北京：中國建筑工業出版社，2015.

[3]民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2012.

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

[5]陸耀慶.暖通空調設計指南[M].北京：中國建筑工業出版社，1996.