上海某超高層建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

賈捷燕

柏誠工程有限公司

1 工程概況

上海某超高層建筑位于繁華地段，地上54層，地下3層，建筑總高度271m，為該地段地標(biāo)性建筑。該項(xiàng)目54層塔樓為甲級(jí)辦公大樓，兩座商業(yè)裙房，地下部份包括3層地庫層，其功能包括停車庫、自行車庫、人防及機(jī)電設(shè)備用房等。該項(xiàng)目竣工時(shí)間2010年底。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 空調(diào)室內(nèi)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

室內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 室內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 空調(diào)冷熱源

該工程總冷負(fù)荷為 16，880kW，熱負(fù)荷為6，300kW。建筑面積冷負(fù)荷指標(biāo)148W/m2，建筑面積熱負(fù)荷指標(biāo)為55W/m2。

3.1.1 空調(diào)冷源

在冷源設(shè)計(jì)方面，應(yīng)業(yè)主要求，并在綜合考慮初投資以及該項(xiàng)目日后的發(fā)展的可能性，于地庫一層冷凍機(jī)房內(nèi)設(shè)置4臺(tái)4220 kW（1200冷噸）水冷離心式制冷機(jī)組及2臺(tái)1407kW（400冷噸）備用的水冷螺桿式制冷機(jī)組，在冷負(fù)荷需求不大的晚上及過渡季節(jié)，優(yōu)先啟動(dòng)小機(jī)。冷凍機(jī)組提供6℃/11℃的冷凍水供夏季空調(diào)使用。冷卻塔安裝于南商業(yè)樓西側(cè)，供回水溫度為32℃/37℃。冷卻塔水盆及室外管線設(shè)置電發(fā)熱線以防冬季水盆及管道結(jié)冰。另設(shè)置1臺(tái)熱交換器分別連接冷卻水及冷凍水系統(tǒng)，在冬季時(shí)提供免費(fèi)冷為建筑物內(nèi)區(qū)使用。中央制冷原理圖見圖1。

圖1 中央制冷系統(tǒng)原理圖

3.1.2 空調(diào)熱源

選用3臺(tái)2200kW燃?xì)鉄崴仩t，提供采暖熱水。配3臺(tái)水/水熱交換器及8臺(tái)熱水水泵組（二臺(tái)為備用），并安排放置在地庫一層鍋爐房內(nèi)。鍋爐提供90℃/75℃熱水，經(jīng)熱交換器換熱后，由熱水水泵經(jīng)輸水管網(wǎng)送到各采暖設(shè)備。中央采暖系統(tǒng)原理圖見圖2。

圖2 中央采暖系統(tǒng)原理圖

3.2 空調(diào)水系統(tǒng)

空調(diào)水系統(tǒng)為一次泵定流量四管制系統(tǒng)。全樓的空調(diào)水輸送系統(tǒng)設(shè)為高、中、低區(qū)管網(wǎng)，低區(qū)冷凍/采暖水由設(shè)在地下一層的冷凍機(jī)房/鍋爐房直接供給，中區(qū)及高區(qū)冷凍/采暖水輸送管網(wǎng)利用設(shè)于十六層避難層的冷凍/采暖水熱交換器以減低系統(tǒng)的承壓，并由設(shè)于十六層避難層變流量空調(diào)水泵組將空調(diào)水分別輸送十七至二十九層及三十層以上辦公樓層空調(diào)水管網(wǎng)。

整個(gè)水管輸送系統(tǒng)均為異程式系統(tǒng)。低區(qū)冷凍水設(shè)計(jì)供/回水溫度為6℃/11℃。中區(qū)及高區(qū)冷水設(shè)計(jì)供/回水溫度為7.5℃/12.5℃。低區(qū)熱水設(shè)計(jì)供/回水溫度為62℃/52℃，中區(qū)及高區(qū)熱水設(shè)計(jì)供/回水溫度分別為 60℃/50℃。

3.3 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

3.3.1 辦公樓

本項(xiàng)目辦公塔樓標(biāo)準(zhǔn)層進(jìn)深較大，人員、燈光及辦公設(shè)備發(fā)熱量較大，存在內(nèi)區(qū)，冬季內(nèi)區(qū)需要供冷，而外區(qū)需要供熱，所以采用變風(fēng)量系統(tǒng)按內(nèi)、外區(qū)分別設(shè)置[1]。內(nèi)區(qū)采用單風(fēng)道變風(fēng)量末端裝置，全年供冷；外區(qū)采用串聯(lián)式風(fēng)機(jī)動(dòng)力型變風(fēng)量末端裝置，同時(shí)配備熱水盤管滿足冬季的供暖需求?？照{(diào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)由變頻器驅(qū)動(dòng)。變頻器由安裝在送風(fēng)管內(nèi)的靜壓力傳感器控制，一次送風(fēng)量將隨室內(nèi)負(fù)荷變化以配合負(fù)荷要求。變風(fēng)量末端為壓力無關(guān)型。送、回風(fēng)口采用與燈具相結(jié)合的燈具風(fēng)口，送風(fēng)管由變風(fēng)量末端接軟管至燈具風(fēng)口，回風(fēng)由燈具回風(fēng)口經(jīng)吊頂內(nèi)返回空調(diào)機(jī)房（于辦公區(qū)內(nèi)不設(shè)主回風(fēng)管，于到頂隔墻設(shè)轉(zhuǎn)移風(fēng)管將回風(fēng)引回空調(diào)機(jī)房）?？照{(diào)機(jī)組冬季設(shè)置電極式加濕。

為了獲得更高的室內(nèi)空氣品質(zhì)，室外新風(fēng)直接由各層外墻百頁引入，經(jīng)設(shè)于每層空調(diào)機(jī)房內(nèi)的定風(fēng)量新風(fēng)機(jī)送至各層的空調(diào)機(jī)組，保持恒定新風(fēng)量，使一次送風(fēng)中的新風(fēng)量能滿足設(shè)定要求。同時(shí)為了滿足衛(wèi)生及室內(nèi)空氣質(zhì)量要求，變風(fēng)量末端裝置設(shè)有最小一次送風(fēng)量控制。當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷減少時(shí)，能自動(dòng)控制滿足最小送風(fēng)量及不少于室外新風(fēng)量的要求。

首層大堂采用定風(fēng)量單風(fēng)道系統(tǒng)，由數(shù)臺(tái)定風(fēng)量空調(diào)機(jī)提供空調(diào)處理后的送風(fēng)以滿足室內(nèi)負(fù)荷。氣流組織形式為上送上回。送風(fēng)口為可調(diào)型球形噴口。大堂窗邊地臺(tái)設(shè)風(fēng)機(jī)式熱水散熱器以滿足冬季時(shí)采暖的要求。

3.3.2 南/北商業(yè)樓

為配合南/北商業(yè)樓作為餐飲/商店等營運(yùn)單位的需要，每單位預(yù)留冷凍水管、采暖水管、廚房新風(fēng)管及排風(fēng)管的接駁口以供租客自行接駁。另設(shè)中央新風(fēng)處理機(jī)，并提供處理新風(fēng)管的接駁口至各餐廳范圍內(nèi)供租客自行接駁至其空調(diào)系統(tǒng)。提供各層公共衛(wèi)生間內(nèi)的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)。

4 通風(fēng)與防排煙系統(tǒng)

4.1 機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)

為了更好地將新風(fēng)送入室內(nèi)，辦公區(qū)設(shè)置機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)。辦公樓衛(wèi)生間設(shè)置機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)，利用相鄰空調(diào)地區(qū)的余風(fēng)進(jìn)行補(bǔ)風(fēng)。

地下停車庫、各機(jī)電設(shè)備用房、垃圾房、衛(wèi)生間及廚房等均設(shè)置機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)。垃圾房及廚房隔油池間的排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置活性碳過濾器。

地下停車庫排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置CO監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)CO濃度超出設(shè)定上限時(shí)，開啟該分區(qū)的進(jìn)、排風(fēng)機(jī)，而當(dāng)CO濃度低于設(shè)定下限時(shí)，關(guān)閉該區(qū)的進(jìn)、排風(fēng)機(jī)[2]。

氣體滅火區(qū)域（例如：變壓器房、通訊機(jī)房等）設(shè)置事故排風(fēng)系統(tǒng)，此排風(fēng)系統(tǒng)為手動(dòng)啟動(dòng)。進(jìn)出房間的風(fēng)管將設(shè)置電動(dòng)風(fēng)閥。在氣體滅火前，由消防控制中心停止該房間的空調(diào)/通風(fēng)機(jī)，使與風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖的電動(dòng)風(fēng)閥關(guān)閉。事故通風(fēng)機(jī)在室內(nèi)、外便于操作的地點(diǎn)設(shè)置電器開關(guān)。

制冷機(jī)房提供事故排風(fēng)系統(tǒng)，由工質(zhì)泄漏檢測(cè)器及報(bào)警器啟動(dòng)。

燃?xì)忮仩t房提供平時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)，和事故排風(fēng)系統(tǒng)，平時(shí)通風(fēng)由BMS系統(tǒng)控制，事故排風(fēng)由可燃?xì)怏w濃度報(bào)警器啟動(dòng)。此系統(tǒng)風(fēng)機(jī)為防爆型風(fēng)機(jī)。

4.2 防排煙系統(tǒng)

4.2.1 防煙系統(tǒng)

辦公樓防煙樓梯間、消防電梯合用前室及封閉避難區(qū)，設(shè)置機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)。

4.2.2 辦公樓排煙系統(tǒng)

在辦公層的內(nèi)走道、辦公區(qū)域及首層大堂分別設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)。當(dāng)火災(zāi)被確認(rèn)后或由設(shè)于內(nèi)走道的手動(dòng)開啟裝置被啟動(dòng)后，將開啟排煙區(qū)域的排風(fēng)總管上的電動(dòng)排煙閥和排煙機(jī)，并自動(dòng)關(guān)閉與排煙無關(guān)的通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)。辦公區(qū)域的排煙機(jī)與辦公層的內(nèi)走道的排煙機(jī)聯(lián)動(dòng)。

辦公區(qū)域?qū)匆?guī)范要求提供補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，且補(bǔ)風(fēng)量不少于排煙量的50%[3]。

4.2.3 南/北商業(yè)樓

由于南商業(yè)樓滿足可開啟外窗的要求，所以采用自然排煙方式進(jìn)行排煙。北商業(yè)樓的商店及中庭設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)及自然補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。

4.2.4 地下停車庫

地下停車庫利用停車庫的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行排煙。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，自動(dòng)切換為排煙系統(tǒng)。排煙系統(tǒng)由自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)提供信號(hào)啟動(dòng)，該防煙分區(qū)的所有排煙口將根據(jù)感煙探測(cè)器的信號(hào)，自動(dòng)聯(lián)鎖開啟此防煙分區(qū)的所有排煙風(fēng)機(jī)及補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)。

5 自控系統(tǒng)

本項(xiàng)目運(yùn)用多種靈活空調(diào)自控方式，采用了較先進(jìn)的樓宇控制設(shè)備，達(dá)到很好的節(jié)能效果，方便運(yùn)行管理。

1）具體的監(jiān)控對(duì)象包括冷水機(jī)組、冷水泵、冷卻塔、冷卻水泵、鍋爐、熱水循環(huán)泵、換熱器、空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組、變風(fēng)量末端、送風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)等，由樓宇控制中心控制冷源系統(tǒng)設(shè)備的啟停順序及運(yùn)行監(jiān)測(cè)、所有風(fēng)機(jī)盤管、新風(fēng)機(jī)組和全空氣處理機(jī)組的啟停、溫濕度控制及運(yùn)行監(jiān)測(cè)、所有通風(fēng)設(shè)備的啟停。

2）水系統(tǒng)設(shè)置供回水壓差控制，冷熱量控制及機(jī)組和設(shè)備運(yùn)行臺(tái)數(shù)控制。冷卻塔風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)由冷卻水回水溫度控制。

3）AHU機(jī)組的回水管上設(shè)有動(dòng)態(tài)平衡閥和比例電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)設(shè)置在回風(fēng)管上的溫度傳感器調(diào)節(jié)進(jìn)入空氣處理機(jī)組盤管的水流量，以達(dá)到控制室內(nèi)溫度的要求。根據(jù)室內(nèi)CO2濃度控制新回風(fēng)比。

4）風(fēng)機(jī)盤管的回水管上設(shè)有電動(dòng)兩通閥，由室內(nèi)溫控器控制兩通閥的開度，溫控器上的三速開關(guān)控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)量大小。

5）部分排風(fēng)機(jī)及補(bǔ)風(fēng)機(jī)進(jìn)行聯(lián)鎖控制。

6 工程的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1）選用好的設(shè)計(jì)計(jì)算軟件。在本項(xiàng)目中，暖通專業(yè)采用了ASHARE標(biāo)準(zhǔn)，并運(yùn)用了國際新型負(fù)荷計(jì)算軟件Carrier E20，在空調(diào)總負(fù)荷計(jì)算、冷水機(jī)組優(yōu)化選型中發(fā)揮了重要的作用。

2）采用中央空調(diào)系統(tǒng)。采用中央制冷、采暖系統(tǒng)，全年為整棟大樓提供舒適的室內(nèi)溫度及濕度；末端采用先進(jìn)的節(jié)能環(huán)保變風(fēng)量VAV空調(diào)系統(tǒng)；靈活的四管制空調(diào)水系統(tǒng)，可同時(shí)間滿足不同區(qū)域的制冷、采暖需求。

3）采取節(jié)能措施。設(shè)計(jì)中充分考慮運(yùn)行節(jié)能，采用節(jié)能措施，在保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的同時(shí)減少了運(yùn)行能耗。本項(xiàng)目較好地設(shè)計(jì)及應(yīng)用了空調(diào)免費(fèi)冷系統(tǒng)。由于辦公內(nèi)區(qū)常年有穩(wěn)定的發(fā)熱量，需要常年不間斷的提供空調(diào)冷水，故另設(shè)置1臺(tái)熱交換器分別連接冷卻水及冷凍水系統(tǒng)，在冬季時(shí)運(yùn)行冷卻塔以冷卻水作為冷媒，從而提供冷凍水至建筑物內(nèi)區(qū)作空調(diào)使用，以起到節(jié)能的功效。地下停車庫設(shè)置CO監(jiān)測(cè)裝置，在CO濃度超過設(shè)定值時(shí)開啟送排風(fēng)機(jī)，避免了浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)能的效果。

4）設(shè)置良好的減震措施。按照國際甲級(jí)寫字樓設(shè)計(jì)，采取一系列消聲減震措施，以滿足室內(nèi)噪聲要求。①選用低噪聲的風(fēng)機(jī)盤管、新風(fēng)機(jī)組和組合式空氣處理機(jī)。②適當(dāng)降低主風(fēng)管的風(fēng)速，將風(fēng)速控制在5m/s左右，風(fēng)管上根據(jù)風(fēng)機(jī)出口噪聲和房間噪聲標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置阻抗復(fù)合式管道消聲器。送回風(fēng)管從機(jī)組接出的前10m長度內(nèi)，管內(nèi)壁貼吸聲材料。③與建筑專業(yè)配合，采用消聲材料將空調(diào)機(jī)組、排煙（風(fēng)）機(jī)周圍、頂部空間封閉以隔絕和消除部分噪聲。在制冷機(jī)房、空調(diào)機(jī)房等動(dòng)力機(jī)房的隔墻內(nèi)表面進(jìn)行消聲處理。

7 設(shè)計(jì)體會(huì)

每個(gè)項(xiàng)目都有其特殊性，必須結(jié)合項(xiàng)目的定位、功能、要求以及其他相關(guān)條件，確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，只有圍繞這些原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能使系統(tǒng)更好地服務(wù)于項(xiàng)目。

鑒于業(yè)主要求，每層新風(fēng)量均單獨(dú)從本層取風(fēng)，未集中設(shè)置新風(fēng)，故此部分無法設(shè)計(jì)熱回收系統(tǒng)，不夠節(jié)能，實(shí)為設(shè)計(jì)中的遺憾。

另本項(xiàng)目中冷卻塔置于室外地面離主樓較遠(yuǎn)的地方，采取了較好的消音設(shè)備及防飄水措施，較好地改善了對(duì)周邊環(huán)境的影響。經(jīng)驗(yàn)值得借鑒。

本項(xiàng)目已經(jīng)與2010年建成并投入使用，空調(diào)系統(tǒng)使用效果良好。

[1]潘云鋼.高層民用建筑空調(diào)設(shè)計(jì)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999

[2]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究所.全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-暖通空調(diào)·動(dòng)力[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003

[3]上海市工程建設(shè)規(guī)范建筑防排煙技術(shù)規(guī)程[S].2006