武漢金三角項(xiàng)目寫(xiě)字樓空調(diào)冷水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

沙泳洪

(廣東海外建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣州510075)

1 工程概況

本項(xiàng)目位于武漢硚口區(qū)的核心地段，東臨硚口路，南靠沿河大道，與輕軌站相連，西望琴臺(tái)公園，北臨京漢大道和漢江。商業(yè)區(qū)位與交通區(qū)位優(yōu)勢(shì)顯著。本工程的寫(xiě)字樓為武漢硚口金三角項(xiàng)目其中的一棟，本棟建筑與該項(xiàng)目的四層商業(yè)相連，但系統(tǒng)和功能獨(dú)立。寫(xiě)字樓建筑面積為140 041m2，樓高317米，其中地上68層，地下3層，一至四層為中庭大堂，其以上部分為辦公，其中18、35、52層為避難層，19、36、53層為設(shè)備層，空調(diào)面積約為97 000m2，夏季設(shè)中央空調(diào)系統(tǒng)，冬季采用常壓燃?xì)鉄崴仩t，經(jīng)過(guò)板換換熱后，通過(guò)分集水器與原空調(diào)系統(tǒng)相連，本工程空調(diào)系統(tǒng)為兩管制系統(tǒng)，由于篇幅原因，本文只介紹空調(diào)冷水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

根據(jù)甲方要求及該棟寫(xiě)字樓的市場(chǎng)定位，54層以上高端客戶(hù)有可能有24小時(shí)空調(diào)的要求，為了節(jié)約整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，本次設(shè)計(jì)在屋面預(yù)留2臺(tái)模塊式一體化冷水機(jī)組，待業(yè)主招租后，根據(jù)客戶(hù)的實(shí)際需求量完善屋面的空調(diào)主機(jī)部分的設(shè)計(jì)。

2 空調(diào)水系統(tǒng)的選擇

由于本工程為超高層寫(xiě)字樓，頂端空調(diào)用戶(hù)最高點(diǎn)高度為309米，為了解決超壓?jiǎn)栴}，本工程前期提出了兩個(gè)方案。方案一 (見(jiàn)圖1)主機(jī)設(shè)于地下室，在中間設(shè)備層設(shè)置板換，解決系統(tǒng)的超壓?jiǎn)栴};方案二 (見(jiàn)圖2)主機(jī)設(shè)于中間設(shè)備層，將該建筑分為2個(gè)空調(diào)系統(tǒng)。兩個(gè)方案比較詳見(jiàn)表1。

甲方及該工程顧問(wèn)公司經(jīng)過(guò)多方論證和考察，尤其考慮到噪音對(duì)中間層辦公室的影響因素，最終選擇了方案一。

3 冷水供回水溫差及設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇

該棟辦公樓空調(diào)面積為97 000m2，經(jīng)過(guò)逐時(shí)冷負(fù)荷計(jì)算，空調(diào)冷負(fù)荷為13 328kW，冷指標(biāo)137kW/m2，根據(jù)辦公樓的使用特點(diǎn)，其負(fù)荷變化較大，所以按照大小機(jī)搭配原則，選擇3臺(tái)1000RT和2臺(tái)500RT的離心式制冷機(jī)組，2臺(tái)500RT離心機(jī)組變頻以適應(yīng)更小負(fù)荷時(shí)高效運(yùn)行。由于該空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷較大，若選用傳統(tǒng)的冷水供回水5℃溫差 (7℃/12℃)，相比采用冷水供回水8℃大溫差的空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)冷水流量大、增加主機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備及水管的造價(jià)和水泵的運(yùn)行費(fèi)用。本工程設(shè)計(jì)原考慮冷水的供回水溫度為5℃/13℃，咨詢(xún)多個(gè)空調(diào)廠(chǎng)家，只有少數(shù)廠(chǎng)家保證空調(diào)主機(jī)在該參數(shù)的條件下運(yùn)行保持較高的COP值，最后選用6℃/14℃的空調(diào)供回水溫度，滿(mǎn)足了大部分廠(chǎng)家空調(diào)主機(jī)的較高COP值，以便完成設(shè)備招投標(biāo)工作。

圖1 高、低區(qū)合用冷源

圖2 高、低區(qū)獨(dú)立冷源

表1 空調(diào)水系統(tǒng)方案比較

4 空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備形式的選擇

目前，寫(xiě)字樓的中央空調(diào)系統(tǒng)形式，較常見(jiàn)的為風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)和變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)(VAV)兩種形式，其詳細(xì)介紹見(jiàn)表2。

本工程綜合了風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)及變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng) (VAV)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了兩個(gè)方案供業(yè)主選擇，詳見(jiàn)表3。

表2 風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)和變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的比較

表3 本工程提出的兩種末端設(shè)備形式的方案比較

甲方同營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研確定了該棟寫(xiě)字樓的市場(chǎng)定位，選用了方案一，在初投資不高的情況下依然滿(mǎn)足了高端客戶(hù)要求。

5 空調(diào)冷水系統(tǒng)的壓力分析及設(shè)備承壓選擇

由于該工程中間設(shè)備層的位置比較高，該層地面標(biāo)高為160.50米，制冷機(jī)房地面標(biāo)高為－5.00米，該冷水系統(tǒng)已經(jīng)超過(guò)了普通設(shè)備的承壓能力。設(shè)計(jì)中需要仔細(xì)核算設(shè)備的最大靜壓和工作壓力，正確選擇設(shè)備承壓。

5.1 各設(shè)備承壓能力

離心式制冷機(jī)組:普通型PN=1.0MPa;加強(qiáng)型PN=1.6MPa;特加強(qiáng)型PN=2.1MPa;

水泵、換熱器:普通型PN=1.0MPa;加強(qiáng)型PN=1.6MPa;特加強(qiáng)型PN=2.5MPa;

風(fēng)機(jī)盤(pán)管:普通型 PN=1.0MPa;加強(qiáng)型 PN=1.6MPa;

空調(diào)風(fēng)柜:PN=1.0MPa;加強(qiáng)型 PN=1.6MPa;特加強(qiáng)型PN=2.5MPa;

5.2 本工程設(shè)備承壓分析及選擇

為了降低冷水系統(tǒng)運(yùn)行的工作壓力，冷凍水泵 (變頻)采用抽出式接入系統(tǒng)、采用回水末端頂點(diǎn)定壓方式，為了避免低區(qū) (2～34層)的水力失調(diào)問(wèn)題，空調(diào)立管采用同程式布置。通過(guò)借用采暖系統(tǒng)的水壓圖原理，可以計(jì)算出制冷機(jī)房?jī)?nèi)及末端底層設(shè)備的最大工作壓力。水泵的流量和揚(yáng)程在設(shè)計(jì)工況時(shí)，即水泵滿(mǎn)負(fù)荷工況 (最大流量)而非變頻工況時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)的工作壓力最大，該時(shí)刻低區(qū)系統(tǒng) (34層以下)的壓力分析詳見(jiàn)圖3，圖4為本工程設(shè)計(jì)的空調(diào)冷水系統(tǒng)示意圖。

圖3 2－34層冷水系統(tǒng)壓力分析

圖4 本工程空調(diào)冷水系統(tǒng)示意圖

在低區(qū) (34層以下)空調(diào)系統(tǒng)中，制冷機(jī)(位置－5.0米)最大承受的靜壓為171.5米、工作壓力為164.5米，設(shè)備承壓選用 PN=2.1MPa。冷凍水泵 (位置 －5.0米)最大承受的靜壓為171.5米、工作壓力為188.5米，設(shè)備承壓選用PN=2.5MPa。一至四層大堂的空調(diào)風(fēng)柜座落于二層，按照6.0米的高度計(jì)，則底層空調(diào)風(fēng)柜最大承受的靜壓為160.5米、工作壓力為172.5米，設(shè)備承壓選用PN=2.5MPa，五層風(fēng)機(jī)盤(pán)管 (位置25.0米)，其最大承受的靜壓為141.5米、工作壓力為153.5米，設(shè)備承壓選用 PN=1.6MPa。其他部位的末端設(shè)備承壓核算同低區(qū)，本文不再詳細(xì)介紹。

6 大溫差對(duì)末端設(shè)備換熱能力的影響

由于本工程主機(jī)的設(shè)計(jì)供回水溫度為 6℃/14℃，經(jīng)過(guò)板換后，中高區(qū)末端設(shè)備的供回水溫度為7℃/15℃。以風(fēng)機(jī)盤(pán)管為例分析當(dāng)末端供回水溫度為非標(biāo)準(zhǔn)工況，即采用大溫差冷水系統(tǒng)時(shí)對(duì)末端設(shè)備換熱能力的影響。

表4 不同工況的換熱能力

表4是廠(chǎng)家提供的經(jīng)過(guò)電腦選型軟件計(jì)算的在進(jìn)風(fēng)工況為27/19.5℃時(shí)，不同冷水供回水溫度以及調(diào)整風(fēng)機(jī)盤(pán)管回路時(shí)的換熱能力。由表4的數(shù)據(jù)看出，冷水大溫差使得空調(diào)末端設(shè)備的全熱、顯熱、潛熱冷量都有不同程度的降低，但對(duì)潛熱影響最大，除濕能力大大降低。無(wú)論冷水6℃/14℃工況還是7℃/15℃工況，其制冷能力和除濕能力均有較大降低，采取措施后，其末端設(shè)備的換熱能力基本能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

有以下幾種方式可以提高末端設(shè)備的換熱效率:a、增加盤(pán)管的排數(shù);b、在水盤(pán)管內(nèi)加裝擾流器強(qiáng)化換熱;c、改變盤(pán)管內(nèi)的結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)調(diào)整表冷器的回路數(shù)，提高每個(gè)回路的水流速，從而增加表冷器的換熱能力;d、采用親水鋁翅片。

7 結(jié)束語(yǔ)

本工程在設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了同行專(zhuān)家的大力支持，以及空調(diào)廠(chǎng)家的協(xié)助，將冷水大溫差、空調(diào)主機(jī)變頻、一次泵變流量等多個(gè)節(jié)能理念應(yīng)用在設(shè)計(jì)中，并在高級(jí)寫(xiě)字樓中應(yīng)用了24小時(shí)空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，但由于建筑條件以及甲方初投資等多個(gè)因素的影響，有些空調(diào)系統(tǒng)僅為預(yù)留，待業(yè)主招租后深化設(shè)計(jì)。本工程為在建項(xiàng)目，還有很多問(wèn)題需要在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)及完善，本文將此工程的設(shè)計(jì)過(guò)程中一些心得與同行分享，請(qǐng)各位專(zhuān)家給予寶貴意見(jiàn)。

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