佛山某超高層建筑中央空調水系統(tǒng)設計

何　花

( 廣東省建筑設計研究院，廣州 510370 )

佛山某超高層建筑中央空調水系統(tǒng)設計

何花

( 廣東省建筑設計研究院，廣州 510370 )

[摘要]空調水系統(tǒng)分區(qū)及設備、管道承壓問題，是超高層建筑首要解決的技術問題,本文以佛山某超高層建筑為例，探討超高層建筑中央空調水系統(tǒng)的設計思路，并對冷凍水溫度的合理選擇給出建議。

[關鍵詞]超高層建筑；中央空調；水系統(tǒng)分區(qū)；設備、管道承壓；冷凍水溫度

引言

隨著社會經濟及建筑科技的不斷發(fā)展，超高層建筑不斷涌現。受高度影響，超高層建筑對暖通空調設計方面提出了更加嚴謹的要求，特別在空調水系統(tǒng)分區(qū)及設備、管道承壓方面，是首要解決的技術問題。本文以佛山某超高層建筑為例，探討超高層建筑中央空調水系統(tǒng)的設計思路，并對冷凍水溫度的合理選擇給出建議供參考。

1工程概況

該項目位于佛山市，總建筑面積約675000m2，其中地上總建筑面積約480000m2，包括4層裙房、北塔樓、西塔樓以及八棟住宅，塔樓高度全部在100米以上；地下共四層，總建筑面積約195000m2。本文著重介紹西塔辦公(建筑總面積約87000 m2，高度為243.4米，共52層。其中1~4層為大堂、商鋪、餐飲等功能用房；7、23及38層為避難層及設備層；其余樓層為辦公區(qū))的中央空調水系統(tǒng)的設計。

2空調冷負荷及冷源系統(tǒng)設置

2.1　空調冷負荷

西塔辦公總空調面積約70470 m2，經過逐項逐時計算夏季總冷負荷為10660kW(3032RT)。其中各分區(qū)負荷如下:

低區(qū)(負3~22層)冷負荷為4494kW(1278 RT)；

中區(qū)(23~37層)冷負荷為3084kW(877RT)；

高區(qū)(38~52層)冷負荷為3084kW(877RT)。

由于佛山市地處夏熱冬暖地區(qū)，冬季室外空調計算干球溫度為5.2℃，按設計規(guī)范要求，該辦公樓冬季不需設置供暖系統(tǒng)。

2.2　冷源系統(tǒng)設置

根據業(yè)主需求，西塔辦公是出售物業(yè)，從房間使用功能、節(jié)能及方便日后運行管理等方面考慮，西塔辦公宜獨立設置一套水冷中央空調系統(tǒng)。

冷源系統(tǒng)設置見表1：

表1　冷源系統(tǒng)設置

3制冷機房的位置

考慮到制冷主機的重量及外形尺寸是整個中央空調系統(tǒng)中最大的，制冷機房建議設置在地下室，這樣可以降低制冷主機的運輸安裝難度以及日后設備的維護更換難度；另一方面地下室往往是車庫及給排水專業(yè)、電氣專業(yè)的設備用房，制冷主機及水泵的運行噪音及振動對周圍功能房間不會造成太大的影響。本工程的制冷機房設置在地下三層。

4冷卻塔的位置

本工程采用水冷中央空調系統(tǒng)，與制冷主機容量相匹配的開式冷卻塔盡量安裝在離制冷主機較近的地方，這樣可以節(jié)省冷卻水泵的運行費用；冷卻塔與制冷主機的高差不要太大，以免造成制冷主機的冷凝器承壓過大而增加主機的初投資；冷卻塔之間或冷卻塔與周邊建筑物之間的距離應滿足通風要求，避免熱空氣回流影響換熱效果；冷卻塔應與周圍環(huán)境相協(xié)調，其噪聲應符合現行國家標準《聲環(huán)境質量標準》GB3096-2008。通過與建筑專業(yè)及甲方的溝通協(xié)調，本工程的冷卻塔設置在4層裙房屋面,冷卻水系統(tǒng)最大工作壓力為1.0MPa。

5空調水系統(tǒng)

空調水系統(tǒng)的承壓分為設備承壓及管道承壓；設備承壓主要包括制冷主機、水泵、板式換熱器、風機盤管、空調器等的承壓。管道承壓主要指水管、管件、水閥門等的承壓。在超高層建筑的空調水系統(tǒng)里，超過2.5MPa的系統(tǒng)是很少使用的，不僅因為焊接、密封很難保證，設備的制造難度大、產品不普及、可靠性難以保證，同時成本也會大幅增加。目前市場上的空調設備的承壓有1.0MPa,1.6MPa,2.0MPa和2.5MPa這幾種。一般制冷主機、水泵、板式換熱器及其連接件承壓控制在1.6MPa或2.0MPa；必要時承壓可選擇2.5MPa；空調器及其連接件承壓控制在1.6MPa，必要時承壓可選擇2.0MPa；而風機盤管的管道連接方式為喇叭口或管螺紋，連接件承壓一般達不到2.0MPa，因此風機盤管及其連接件承壓控制在1.0MPa或1.6MPa。

本工程西塔樓高為243.4米，為降低系統(tǒng)造價，保障系統(tǒng)的安全性及可靠性，其冷凍水循環(huán)水系統(tǒng)豎向將分為低區(qū)(負3~22層)、中區(qū)(23~37層)及高區(qū)(38~52層)；中區(qū)及高區(qū)的水系統(tǒng)壓力隔斷設備水—水板式換熱器及配套的冷凍水泵均設置在設備層23層。低區(qū)末端設備由設在地下三層的制冷主機直接提供冷凍水；中區(qū)及高區(qū)的末端設備由設在23層的水—水板式換熱器經與設在地下三層的制冷主機提供的冷凍水換熱后再提供冷凍水。本工程的冷凍水系統(tǒng)定壓方式均采用閉式膨脹水箱定壓，空調水系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1　西塔辦公中央空調水系統(tǒng)示意圖

對于低區(qū)水系統(tǒng)，地下三層到23層的高差為125.9米，經過詳細的水力計算，低區(qū)冷凍水泵揚程為380kPa,低區(qū)冷凍水系統(tǒng)最大工作壓力為1639 kPa，冷凍水泵及其連接件的承壓選用2.0MPa。為了降低制冷主機蒸發(fā)器的承壓，冷凍回水先經過制冷主機再到冷凍水泵，即冷凍水泵采用抽出式。制冷主機蒸發(fā)器入口的水靜壓為1259 kPa，制冷主機到冷凍水泵吸入口的壓力損失為120 kPa，則制冷主機蒸發(fā)器的工作壓力為1379 kPa，制冷主機蒸發(fā)器及其連接件的承壓選用1.6MPa。低區(qū)的空調末端設置在1到22層,中區(qū)及高區(qū)的水—水板式換熱器設置在23層設備層,1到23層的高差為112.9米，即首層空調末端的最大水靜壓為1129 kPa,首層空調末端入口到冷凍水泵吸入口的壓力損失為350kPa，空調末端的最大工作壓力為1479 kPa,空調末端及其連接件的承壓選用1.6MPa;中區(qū)及高區(qū)的水—水板式換熱器一次冷凍水側及其連接件的承壓選用1.0MPa。

對于中區(qū)水系統(tǒng)，23到37層高差為67.5米，經過詳細的水力計算，中區(qū)冷凍水泵揚程為270kPa,中區(qū)冷凍水系統(tǒng)最大工作壓力為945 kPa。冷凍回水先經過冷凍水泵再到水—水板式換熱器的二次冷凍水側，即冷凍水泵采用壓入式。這樣設置使得水—水板式換熱器的二次冷凍水側、冷凍水泵、空調末端及其相應的連接件承壓均控制在1.0MPa。

對于高區(qū)水系統(tǒng)，由于水—水板式換熱器及相應的冷凍水泵設置在23層設備層，從圖1可知，23到52層高差為135米，經過詳細的水力計算，高區(qū)冷凍水泵揚程為320kPa,高區(qū)冷凍水系統(tǒng)最大工作壓力為1670 kPa。冷凍水泵及其連接件的承壓選用2.0MPa。為了降低水—水板式換熱器二次冷凍水側的承壓，冷凍回水先經過水—水板式換熱器二次冷凍水側再到冷凍水泵，即冷凍水泵采用抽出式。水—水板式換熱器二次冷凍水側入口的水靜壓為1350 kPa，水—水板式換熱器到冷凍水泵吸入口的壓力損失為90 kPa，則水—水板式換熱器二次冷凍水側的工作壓力為1440 kPa，水—水板式換熱器二次冷凍水側及其連接件的承壓選用1.6MPa。高區(qū)的空調末端設置在39到52層，39到52層高差為63米，即高區(qū)空調末端的最大水靜壓為630 kPa,39層空調末端入口到23層冷凍水泵吸入口的壓力損失為280kPa，空調末端的最大工作壓力為910 kPa,空調末端及其連接件的承壓選用1.0MPa。

6冷凍水溫度

解決了空調水系統(tǒng)分區(qū)及設備、管道承壓方面的問題，冷凍水溫度的合理選擇也是一個重要考慮的關鍵點，這與設備的制冷能效、系統(tǒng)的運行費用有關。

本工程的中區(qū)及高區(qū)采用了水—水板式換熱器，由于水—水板式換熱器具有高值的傳熱系數及劇烈的湍流特點，可使熱交換器在兩種流體溫度十分接近的情況下運行，其溫差可以趨近1~3℃[1]。筆者通過比較國內外的樣本，了解到國內外的水—水板式換熱器基本能滿足1.5~2℃的溫差，因此在本工程中水—水板式換熱器采用了1.5℃的溫差。如果制冷主機的冷凍水供回水溫度采用常規(guī)的7/12℃，則7/12℃的一次冷凍水通過水—水板式換熱器可交換成8.5/13.5℃的二次冷凍水。中、高區(qū)的空調末端設備由常規(guī)的7/12℃冷凍水供回水溫度改為8.5/13.5℃后，空調末端的產冷量會有所減少，特別是風機盤管；為了保持空調末端的產冷量不變，必須把風機盤管加大一號或加大空調器表冷器的換熱面積，這樣會導致初投資增加10%~20%，運行費用也會有所增加[1]。鑒于這種情況，如果把制冷主機的冷凍水供回水溫度選定為6/11℃，6/11℃的一次冷凍水通過水—水板式換熱器可交換成7.5/12.5℃的二次冷凍水,空調末端設備由常規(guī)的7/12℃冷凍水供回水溫度改為7.5/12.5℃后，空調末端的產冷量變化不大，可忽略不計。但是，當制冷機組出水溫度降低時，其制冷效率隨之下降；制冷主機冷凍水出水溫度比常規(guī)出水溫度7℃低1℃時，其能耗將增加3%左右[2]，但制冷主機初投資基本不會增加。綜合比較后，筆者最終選擇制冷主機的冷凍水供回水溫度為6/11℃，水—水板式換熱器二次冷凍水供回水溫度為7.5/12.5℃。

7結語

(1)低區(qū)、中區(qū)及高區(qū)空調末端設備的承壓都在1.6MPa以內，水系統(tǒng)泄漏的潛在危險大大減低；

(2)制冷主機、水泵、水—水板式換熱器的承壓都在2.0MPa以內，可降低系統(tǒng)造價，保障系統(tǒng)的安全性及可靠性;

(3)中、高區(qū)空調末端設備的冷凍水供回水溫度為7.5/12.5℃，有利于設備的選型，對產冷量影響不大；

(4)制冷主機的冷凍水供水溫度選定為6℃，機組能耗增加不大，是目前超高層建筑通常選用的溫度。

8參考文獻

[1] 程珈寧.板式換熱器在高層建筑中的應用[J].工程設計與研究，1995,9(89)：44-50

[2] 陳敏華.中央冷水主機變冷凍水溫對系統(tǒng)節(jié)能的影響分析[J].建筑熱能通風空調，2012,31(4)：64-66

[3] 沙泳洪.武漢金三角項目寫字樓空調冷水系統(tǒng)設計[J].制冷，2013，32(3)：46-50

Design of Water System in Central Air Conditioning of a High-rise Building in Foshan

HE Hua

( The Architectural Design & Research Institute of Guangdong Province，Guangzhou 510370 )

Abstract：Partition of water system in central air conditioning, confined pressure of equipment and pipes are premier technical problems in designing high-rise buildings.Reference a high-rise building in Foshan, we discuss mentality in designing water system in central air conditioning,then given some suggestions in choosing temperature of chilled water.

Key words:High-rise buildings；Central air conditioning；Partition of water system； Confined pressure of equipment and pipes；Temperature of chilled water

[中圖分類號]TU831 [文獻標示碼]B

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2015.01.007

文章編號：ISSN1005-9180(2015)01-033-04

作者簡介：何花(1970-)，女，高級工程師，主要從事暖通空調設計。Email:hh9495@163.com

收稿日期：2015-2-10