廣州市某超高層超甲級寫字樓暖通系統設計剖析

摘 要：高層建筑高度高、人員聚集、功能區域多樣化，因此其暖通系統設計有著較大的難度。結合實際工程案例，對廣州某甲級超高寫字樓的暖通系統設計進行梳理和總結，通過介紹該項目暖通系統的設計思路和方法，從系統設計、運行情況、后期改造等設計要點進行剖析，可為類似項目提供指導。

關鍵詞：超高建筑；暖通系統；寫字樓；系統設計

中圖分類號：TU976.5" " " " " " " " "" """文獻標識碼：A" " " " " " " " " "" " " " " "文章編號：2096-6903（2024）11-0119-04

0 引言

超高層超甲級寫字樓是寫字樓的一種，此類型寫字樓通常位于中央商務區的核心地段，具備辦公智能化、樓宇自動化、通訊傳輸智能化、消防智能化、安保智能化等特點[1-4]。

因高度高、人員聚集、功能區域多樣化等原因，超高寫字樓的暖通系統設計有著較大的難度，因此，有較多的學者對該領域進行了相關研究。張家興[5-7]等人指出在超高層建筑設計中，需對空調負荷計算、空調水系統分區、防排煙系統、空調控制系統和綠色節能技術等方面進行具體設計。曹經福[8]等人利用氣象塔數據定量評估了建筑暖通空調設計氣象參數隨高度的變化及其對設計負荷的影響，建立了一套氣溫垂直模型。曲直[9]提出了設計過程中對各個系統的設計要求。

本文基于廣州某超高層超甲級寫字樓的暖通系統的實施、運營及整改全過程，剖析該類型超高層建筑的暖通系統設計的痛點和改進的建議。

1 工程概況

本項目位于廣州市珠江新城核心商務區，總用地面積31 084.96 m2，塔樓總高度432 m，總建筑面積448 736 m2，容積率11.11，建筑密度39.9%，綠地率31.2%，設有地下停車位1 739個。主要功能包括：智能化超甲級寫字樓（主塔1～66層）、豪華酒店（主塔69～100層）、高檔公寓（附樓兩棟7～28層）、多功能會議展覽廳及商場（裙樓1～5層）。2005年開工建設，2012年10月29日項目整體竣工驗收并取得竣工驗收備案。

2 暖通系統設計

2.1 系統介紹

本項目空調面積約35萬 m2，設計夏季冷負荷52 160 kW，冬季熱負荷4 650 kW。根據功能分區及運營需求分為三個主要的空調系統：主塔辦公區及裙樓（含部分地下室），主塔酒店，附樓套間式辦公室（高檔公寓）。

主塔辦公區及裙樓（含部分地下室）中央空調系統總裝機冷負荷40 800 kW，熱負荷1 350 kW，配置8臺1200RT型離心式主機，1臺300RT型螺桿式主機，2臺650RT型變頻離心主機（24 h空調系統）。其中，主塔樓辦公部分冷水機組配置為4臺制冷量為4 220 kW（1200RT型）的離心式冷水機組和2臺制冷量2 286 kW（650RT型）的變頻離心式冷水機組并聯運行。

主塔樓辦公部分無采暖熱水，空調冷凍水采用分組二級泵方案，冷凍水供回水設計大溫差，溫度分別為5.5℃、12.5℃。其中一級泵定流量運行，二級泵根據末端管路壓力控制變頻運行。二級泵分為主塔樓辦公地區、主塔樓辦公高區兩組。低區二級泵負擔主塔樓1～30層，高區二級泵負擔主塔樓31～66層，高區冷凍水于31層板式換熱器進行換熱。31層冷水換熱器共分兩組，每組板換配冷凍水泵變頻運行。

主塔樓辦公層采用全空氣變風量VAV系統，每層設兩臺變頻空調冷風柜。新風分別由12層、30層、48層及66層設備層的新風機組補入，每層設兩臺新風機組。新風機組采用轉輪式全熱回收新風機，回收排風冷量為新風預冷。其中12層新風機組負擔4至21層，30層新風機組負擔22至39層，48層新風機組負擔40至57層，66層新風機組負擔58至65層。

裙樓商場采用全空氣系統，空調末端采用立式冷風柜、風機變頻，餐飲包房采用風機盤管加新風系統，餐飲大廳采用全空氣系統，空調末端采用立式變頻冷風柜。

宴會廳及會議中心周邊獨立間隔的功能用房采用風機盤管加新風系統。裙樓廚房的煙氣由油煙凈化器處理后經過專用煙道排放到附樓28層天面。

主塔酒店采用中央空調系統：總裝機冷負荷5 200 kW，熱負荷1 760 kW，配置為3臺600RT型水冷離心式冷水機組（1臺為帶熱回收模式），1臺300RT型水冷螺桿式冷水機組。

副樓公寓采用變制冷劑流量多聯式VRV空調系統，總裝機冷負荷6 160 kW（124 W/ m2），熱負荷1 540 kW。公寓的六層會所餐廳、首層大堂等大空間采用變制冷劑流量多聯式VRV空調系統全空氣低速風導系統。氣流組織采用上送上回形式。

公寓房間采用VRV系統，共裝有151套VRV系統、44套新風系統。室外分別布置在套間式辦公樓天面、中間樓層專用設備平臺層及裙房天面。每層在南北翼設兩個新風系統，設專用新風室外機。電梯廳設獨立VRV系統。公寓室內游泳池設專用空氣源熱泵機組，并設有熱回收裝置。

2.2 運行情況分析

對主塔辦公區及裙樓地下室部分2015年期間運行電量統計分析，能耗情況如表1所示。

基于運行5年調研數據，分析冷凍主機最大負荷的運行情況，核算實際運行冷負荷指標，例如：寫字樓最大荷載運行狀況下，啟動3臺1200RT型離心式冷水機組加1臺650RT型螺桿式冷水機組，占裝機容量約78%；最大負荷為4220×3+2286=14 946 kW，辦公空調面積167 612 m2，即實際負荷為89 W/ m2，主機運行效率在80%～85%之間，設計負荷指標對比如表2所示。

從表3分析，可以看出裙樓冷負荷指標運行最大值為設計符合的53%，有較大的富余量，酒店71.4%，其中酒店有超高中庭，冷負荷指標有特殊性。

3 改造情況

開業五年來，為滿足運營需求，空調專業方面持續進行改造。這包括空調系統未完善設計或冷負荷預估不足的優化、廚房排油煙及負壓量不足的調整、空調節能措施的實施以及風口冷凝水現象的改善等。盡管取得一定成效，但仍存在部分至今未能解決的問題，需進一步深入分析，制定有效措施，確保空調系統穩定運行，提升整體環境質量。

3.1 未設計或冷負荷考慮不足

在開業后，根據使用情況，部分區域原設計未考慮空調，或空調設計冷量不足，或沒有備用空調等，主要情況如表4所示。

3.2 廚房排油煙效果不佳或負壓量不足

99層明廚餐廳排油煙量不足，空調側送風造成氣流組織導致燒烤BBQ的油煙外泄，未達到設計效果。原因如下：①空調側送風，氣流組織非廚具公司設想的煙氣流向。②采用四面開放的排煙罩，且爐灶離排煙罩相距1 m，邊緣煙氣速度小。③排煙機選擇的壓頭未充分考慮隔油柵阻力。

3.3 廚房排油煙效果不佳

存在的原因可能是：①空調全熱回收未能使用。②空調冷凝水回收未能使用。③空調冷凍主機熱回收未能使用。④調能源計量表未能使用。

原因在于節能效果不顯著，如全熱交換器運行導致系統阻力增大以及設計的功能缺乏實際意義，例如公共區域的能源計量未能發揮預期作用，需重新審視并優化相關設計與措施。

3.4 VRV系統風口冷凝水現象嚴重

公寓采用VRV空調，風口采用鋁合金材質，由于VRV空調運行由租客、管理人員經常控制開關，冷熱狀態頻繁交換，形成風口的冷凝水情況非常嚴重，之后改造為木質風口，情況有所好轉。

3.5 其他仍不能解決的問題

具體有以下5點：①大堂高大空間的空調熱風上送上回，冬季制熱在人員活動區域的空調效果不好。②寫字樓空調VAV變頻，由溫度控制風量，新風量無法正常保證，尤其是辦公與分隔小空間的新風量無法保證。③公寓VRV空調，尤其是在過渡季，存在使用空調制冷與空調制熱的需求，無法同時滿足。④空調能量計在公共區域無法真實測量與計費。⑤由于地下室通風條件的限制，地下辦公新風量不足。

4 設計反思

4.1 冷負荷指標宜適當

裙樓及商城的空調主機選擇四大一小（4臺1200RT，1臺300RT），在運行中，最大負荷狀態下僅使用2大1小，可以考慮減少一臺1200RT型主機，相配套的空調系統設備也可以減少。

4.2 注意特殊區域空調需求

設計中需著重考量發熱設備對該區域的影響，尤其針對溫度過高可能干擾設備運行及安全的設備。在通風條件受限的情況下，必須充分考慮并設計足夠大的空調負荷，以確保設備正常運行及區域環境安全，實現有效散熱與溫度控制。對重要機房，程控中心、消防控制等，必須考慮備用空調[7]。

針對廚房、洗衣機房、鍋爐房等特殊區域，因其散熱量大，需特別關注發熱設備特性。在設計中，應重點考慮局部排風系統，以有效排除余熱與污染物。結合崗位空調送風，確保工作區域溫度適宜，提升整體環境的舒適度與工作效率，實現精準調控與節能減排的雙重目標。

4.3 應對廚房通風氣流組織重點關注

針對廚房通風，重點考慮以下4點：①廚房的負壓量適當，排風與補風量需要匹配，尤其是全幕墻建筑，補風量不宜偏低，廚房應維持微負壓狀態，防止冷量的流失。②氣流組織要考慮防止對排油煙罩運行的影響。③每個廚房的排油煙管道應該盡量獨立，防止倒流與相互抵沖。④餐飲區也應該考慮排風，防止餐廳異味外泄。

4.4 應克服VRV系統的弊端

VRV系統有使用靈活方便的優勢，但是也存在以下缺陷：①控制靈活情況下，冷熱交換變大，風口結冷凝水較嚴重。②過渡季難以保證建筑物內外區域的溫度均勻，以及不同人體舒適度感覺。③能效比相對較低，不節能。④維修量逐年上升。⑤拆改費用較高。

4.5 VAV系統設計應克服的弊端

在大型辦公環境中，變風量（VAV）系統因其顯著優勢而被廣泛應用。然而，該系統采用集中回風及送風量變流量的方式，在辦公場地分隔為小空間并需確保隔音效果時，如何保證新風量的供給成為一個關鍵問題。為確保各小空間內的新風量充足且分布均勻，需綜合考慮系統設計與隔音措施的協調性，采用合理的送風方式與風口布局，以實現新風的有效引入與分布，從而滿足辦公環境的舒適度與空氣質量要求。

4.6 采取有效的節能方式

節能方面，有冷熱源的回收，有負荷變化的調節，有計量考核的需要，有運行狀態的控制等各方面，以及運行人員的素質，因此對于節能的設計要做到：①考慮采取簡單有效的操作方式，BA控智能匹配運行需要。②有分區域計量考核的需要，可以考慮設置能量計。③對冷熱源可以考慮熱泵的使用提高效能。④運營管理需要對節能采取有效考核。

5 結束語

本文以廣州某甲級超高寫字樓作為案例，研究了該項目暖通系統的設計思路和方法，并從系統設計、運行情況、后期改造等方面進行深入分析，得到主要結論如下：①裙樓冷負荷指標運行最大值為設計符合的53%，有較大的富余量，酒店71.4%。但塔樓酒店因有超高中庭，其運行最大值為設計符合的71.4%。②因空調系統未設計和冷負荷考慮不足等原因，空調系統每年都需對不同區域進行改造。③在初步設計時，需考慮設備發熱對重要機房，程控中心、消防控制中心等特殊區域的影響，并考慮備用空調。

參考文獻

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[9] 曲直.超高層建筑暖通空調系統設計問題研究[J].工程技術研究，2019，4（15）：164+191.

收稿日期：2024-06-25

作者簡介：尤泉（1970—），女，江蘇無錫人，碩士，高級工程師，研究方向：暖通空調節能管理。