某超高層辦公樓的通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)

李紅坤

（中元國(guó)際（上海）工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200125）

某超高層辦公樓的通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)

李紅坤

（中元國(guó)際（上海）工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200125）

介紹了某超高層辦公樓的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)形式及特點(diǎn)，主要包括冷熱源系統(tǒng)的變頻控制，空調(diào)水系統(tǒng)的分區(qū)，空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的分區(qū)和熱回收，防煙系統(tǒng)的分段，新風(fēng)供冷及冷凝水回收等節(jié)能措施，并進(jìn)行了一些設(shè)計(jì)總結(jié)。

一次泵變流量；水系統(tǒng)分區(qū)；新風(fēng)供冷；冷凝水回收

0　引言

隨著城市建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，越來越多的超高層建筑在各大城市中大量涌現(xiàn)。這些建筑有著建筑高度越來越高，功能越來越復(fù)雜的趨勢(shì)，為了滿足建筑高度及建筑功能的要求，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)也愈加復(fù)雜。這就要求通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)不僅要滿足國(guó)家相關(guān)規(guī)范的要求，而且還要盡可能的降低系統(tǒng)的運(yùn)行能耗及運(yùn)行費(fèi)用。以下針對(duì)某超高層辦公樓項(xiàng)目做一些設(shè)計(jì)總結(jié)。

1　工程概況

該項(xiàng)目位于我國(guó)北方某城市，屬夏熱冬冷地區(qū)，包括一個(gè)高層展覽性建筑和一個(gè)超高層辦公樓建筑兩個(gè)單體，本文主要介紹超高層辦公樓建筑。該超高層建筑總建筑面積：102857.7m2，建筑高度：173.75m（含屋頂造型）；其中，地下4層，建筑面積：43408.84m2；地上36層，建筑面積：59448.85m2；第12層及27層為避難層，標(biāo)準(zhǔn)層層高為4.2m。該建筑地下四層至地下二層為汽車庫(kù)，地下一層為汽車庫(kù)、餐廳及設(shè)備用房等；裙房1～3層為大廳、會(huì)議室等，4層為數(shù)據(jù)中心；塔樓5～33層為開放式辦公、會(huì)議室等；塔樓34～36層為餐廳、健身、室內(nèi)泳池、屋頂花園等。

2　設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1室外空氣主要計(jì)算參數(shù)見表1。

表1　室外空氣主要計(jì)算參數(shù)

2.2空調(diào)室內(nèi)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

見表2。

表2　空調(diào)室內(nèi)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3　空調(diào)冷熱源及水系統(tǒng)

3.1空調(diào)冷熱源

該項(xiàng)目夏季空調(diào)計(jì)算冷負(fù)荷為9100kW，冬季空調(diào)計(jì)算熱負(fù)荷為6600kW。其中，超高層辦公樓夏季空調(diào)計(jì)算冷負(fù)荷為6500kW，單位建筑面積冷負(fù)荷為109W/m2，冬季空調(diào)熱負(fù)荷為5200kW，單位建筑面積熱負(fù)荷為87W/m2；展覽建筑夏季空調(diào)計(jì)算冷負(fù)荷為2600kW，冬季空調(diào)熱負(fù)荷為1400kW。

由于空調(diào)系統(tǒng)的能耗占建筑總能耗的比例較高，大約占建筑總能耗的50%，我們應(yīng)針對(duì)具體項(xiàng)目情況經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析以后，確定最適合的空調(diào)系統(tǒng)形式。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，在過去的30年內(nèi)，由于冷水機(jī)組效率的提高，空調(diào)水系統(tǒng)中，冷水機(jī)組的能耗比例降低了約20%，而水泵的能耗比例卻上升了10%［1］。所以，降低空調(diào)系統(tǒng)水泵的能耗非常必要，鑒于該工程規(guī)模較大，水泵的能耗更加突出，空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一次泵變流量系統(tǒng)。隨著設(shè)備產(chǎn)品及自動(dòng)控制技術(shù)的提高，采用一次泵變流量系統(tǒng)的技術(shù)日漸成熟，通常，其運(yùn)行費(fèi)用比二次泵系統(tǒng)節(jié)約9%，比一次泵定流量系統(tǒng)節(jié)約15%，而且，空調(diào)系統(tǒng)越大，其節(jié)能效果也越顯著。在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：應(yīng)選用允許流量變化率大的機(jī)組，這有利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行；應(yīng)盡可能選用相同型號(hào)的冷凍機(jī)組；機(jī)組的隔離閥應(yīng)緩慢動(dòng)作，以有利于機(jī)組的加減機(jī)；同時(shí)空調(diào)末端上的電動(dòng)閥應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)冷水流量［1］。

該工程中央空調(diào)系統(tǒng)冷熱源由設(shè)置于超高層辦公樓地下一層的冷凍機(jī)房及換熱站提供。空調(diào)冷源選用三臺(tái)制冷量為3363kW的變頻離心式冷水機(jī)組，在機(jī)組COP值沒有明顯變化的情況下，機(jī)組的供冷量可以調(diào)節(jié)到額定制冷量的40%，此時(shí)，冷水機(jī)的供冷量為空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷的14%左右，可以滿足過渡季節(jié)及晚上低負(fù)荷時(shí)間段的要求，所以沒必要為適應(yīng)低負(fù)荷時(shí)間段而另外設(shè)計(jì)一臺(tái)小容量的制冷機(jī)；同時(shí)，設(shè)計(jì)相同型號(hào)的冷水機(jī)，更加有利于一次泵變流量系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)應(yīng)的冷水泵及冷卻水泵均采用變頻設(shè)備，夏季由離心式冷水機(jī)組提供6℃/12℃的空調(diào)冷水。

冬季空調(diào)熱源由市政熱網(wǎng)提供，市政熱水（95℃/70℃，靜水壓線為0.64MPa）經(jīng)兩套板式換熱機(jī)組換熱后，提供60℃/50℃的空調(diào)熱水，空調(diào)熱水泵均采用變頻設(shè)備。

3.2水系統(tǒng)

該工程空調(diào)水系統(tǒng)采用兩管制一次泵變流量系統(tǒng)，空調(diào)供回水總干管經(jīng)位于冷水機(jī)房?jī)?nèi)的分、集水器后，將空調(diào)冷熱水送入各建筑空調(diào)區(qū)內(nèi)，每層空調(diào)回水支管上設(shè)置靜態(tài)平衡閥?？照{(diào)水管主立管采用異程式，分支管水平同程布置。

該建筑屋面高度為153.33m，地下室冷水機(jī)房標(biāo)高為-8.85m，如果水系統(tǒng)垂直方向不分區(qū)的話，系統(tǒng)最大工作壓力為1.95MPa，雖然有如此高承壓的冷水機(jī)組，但是空調(diào)末端、水系統(tǒng)管道及配件很難滿足如此高的工作壓力［2］。所以，空調(diào)水系統(tǒng)分為高、低兩個(gè)區(qū)：-4F至12F為低區(qū)；13F至36F為高區(qū)，在12F設(shè)換熱機(jī)組進(jìn)行轉(zhuǎn)換；低區(qū)冷水系統(tǒng)的供回水溫度為6℃/12℃，高區(qū)冷水系統(tǒng)的供回水溫度為7℃/13℃。低區(qū)水系統(tǒng)的工作壓力為1.0MPa，高區(qū)為1.6MPa，水系統(tǒng)采用高位膨脹水箱定壓補(bǔ)水，設(shè)全自動(dòng)軟化處理裝置向膨脹水箱補(bǔ)水。低區(qū)膨脹水箱設(shè)在12F的換熱機(jī)房?jī)?nèi)，高區(qū)膨脹水箱設(shè)置在屋頂機(jī)房設(shè)備層內(nèi)?？照{(diào)水系統(tǒng)中的冷水機(jī)組及所有管件、閥門、空調(diào)水泵、風(fēng)機(jī)盤管、空調(diào)機(jī)組等設(shè)備的承壓能力按高低區(qū)進(jìn)行配置?？照{(diào)冷熱水系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

由于業(yè)主不希望高區(qū)的避難層（27層）設(shè)置太多的機(jī)電用房，所以，空調(diào)水系統(tǒng)的分區(qū)位置只能設(shè)置于低區(qū)避難層（12層），這種做法雖然滿足了建筑的功能需求，卻造成了空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理的情況，加大了高區(qū)的換熱損失，這也是今后設(shè)計(jì)類似項(xiàng)目時(shí)應(yīng)該引起注意的地方。

該工程的冷卻塔設(shè)置在4層裙房屋面，通過計(jì)算，冷卻塔的補(bǔ)水量約為37m3/h。5層以上區(qū)域空調(diào)系統(tǒng)的冷凝水量約2000kg/h，該區(qū)域的空調(diào)冷凝水均通過冷凝水立管回收，采用重力流排至冷卻塔集水盤作為冷卻塔的部分補(bǔ)水。

圖1　空調(diào)冷熱水系統(tǒng)原理圖

4　空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)

4.1空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

地下一層餐廳及一層入口大廳等大空間設(shè)計(jì)為全空氣空調(diào)系統(tǒng)。一層入口大廳配合建筑造型，送風(fēng)形式為噴口送風(fēng)，為保證大廳的溫濕度及氣流組織，提高舒適度，空調(diào)處理機(jī)組配變頻調(diào)速器，在大廳設(shè)置CO2濃度監(jiān)測(cè)器，當(dāng)濃度超過800ppm時(shí)，BMS系統(tǒng)報(bào)警，信號(hào)傳至BAS樓宇控制系統(tǒng)，提高送風(fēng)中新風(fēng)量的比例；新風(fēng)量除滿足設(shè)計(jì)工況人員衛(wèi)生要求外，在過渡季節(jié)，新風(fēng)比例可提高至50%，利用新風(fēng)供冷，以降低空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。空調(diào)機(jī)組設(shè)置混合過濾段、冷卻加熱段、濕膜加濕段、送風(fēng)段。

經(jīng)過與業(yè)主協(xié)商，考慮到建筑的初投資、運(yùn)行管理水平及該工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等原因，最終，標(biāo)準(zhǔn)層辦公區(qū)域采用了傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)形式，新風(fēng)機(jī)組采用臥式新風(fēng)機(jī)組，設(shè)于每層的新風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)，新風(fēng)經(jīng)過粗中效過濾段、冷卻加熱段、濕膜加濕段后送入室內(nèi)，室外新風(fēng)首先經(jīng)過設(shè)置于避難層的新風(fēng)熱回收機(jī)組，回收排風(fēng)中的能量后送入新風(fēng)豎井，然后接至各層新風(fēng)機(jī)組。對(duì)于風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)方式，在條件允許的情況，內(nèi)、外區(qū)的新風(fēng)應(yīng)分別供應(yīng)，以滿足冬季內(nèi)區(qū)新風(fēng)供冷的要求。由于該工程的標(biāo)準(zhǔn)層不能提供足夠的新風(fēng)機(jī)房面積，內(nèi)、外區(qū)的新風(fēng)沒能分別供應(yīng)，這是較遺憾的地方。

避難層的新風(fēng)熱回收機(jī)組及標(biāo)準(zhǔn)層的新風(fēng)機(jī)組均為變風(fēng)量運(yùn)行，可根據(jù)室外空氣焓值的變化，改變新風(fēng)供應(yīng)量，過渡季可加大新風(fēng)量，利用室外新風(fēng)消除室內(nèi)熱負(fù)荷，降低系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。同時(shí)，新風(fēng)機(jī)組和組合式空調(diào)箱能夠監(jiān)測(cè)新風(fēng)量，并在BMS系統(tǒng)中顯示，當(dāng)新風(fēng)量小于設(shè)計(jì)新風(fēng)量的15%時(shí)，BMS系統(tǒng)報(bào)警，信號(hào)傳至BAS樓宇控制系統(tǒng)，通知系統(tǒng)及時(shí)調(diào)整新風(fēng)量。

在工程設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該注意，回收辦公區(qū)域排風(fēng)的能量時(shí)，應(yīng)盡量采用熱交換效率較高的全熱交換器；回收衛(wèi)生間排風(fēng)的能量時(shí)，為避免產(chǎn)生交叉污染，宜采用顯熱交換器；而對(duì)于污染危險(xiǎn)較大的排風(fēng)，應(yīng)采用溶液循環(huán)式的熱回收裝置。

4.2通風(fēng)系統(tǒng)

地下汽車庫(kù)按6次/h換氣設(shè)機(jī)械排風(fēng)兼排煙系統(tǒng)，車庫(kù)內(nèi)設(shè)置CO濃度監(jiān)控裝置，根據(jù)濃度變化調(diào)整送、排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)變頻控制，降低風(fēng)機(jī)能耗。

地下水泵房、冷水機(jī)房設(shè)機(jī)械送、排風(fēng)系統(tǒng)，排風(fēng)量按n≥6次/h計(jì)算，補(bǔ)風(fēng)量為排風(fēng)的80%，另外冷水機(jī)房按n≥12次/h換氣設(shè)置事故排風(fēng)系統(tǒng)［3］。

地下變電站設(shè)機(jī)械送、排風(fēng)系統(tǒng)，按設(shè)備發(fā)熱量計(jì)算通風(fēng)量，補(bǔ)風(fēng)量為排風(fēng)量的80%。由于變電站設(shè)有氣體滅火系統(tǒng)，故按照5次/h換氣設(shè)計(jì)了災(zāi)后排風(fēng)系統(tǒng)，為保證氣體滅火的效果，進(jìn)出變電間的風(fēng)管均設(shè)計(jì)了電動(dòng)密閉閥。

地下柴油發(fā)電機(jī)房按設(shè)備所需的燃燒空氣量及冷卻風(fēng)量計(jì)算，設(shè)置機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)及機(jī)械補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)；并設(shè)置事故時(shí)機(jī)械排風(fēng)及自然補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，事故排風(fēng)量按n≥12次/h計(jì)算，通過外墻百葉從車道自然補(bǔ)風(fēng)。

公共衛(wèi)生間采用集中排風(fēng)，排風(fēng)量按n≥12次/h計(jì)算，通過門下百葉從走道自然補(bǔ)風(fēng)。其它辦公等空調(diào)區(qū)域均設(shè)置機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)，排風(fēng)量為新風(fēng)量的80%，排風(fēng)經(jīng)豎井集中排至避難層。在避難層（12F，27F）的機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置新風(fēng)轉(zhuǎn)輪熱回收機(jī)組，對(duì)辦公區(qū)域的新風(fēng)和排風(fēng)集中處理，回收排風(fēng)中的能量；其中12F的新風(fēng)熱回收機(jī)組服務(wù)于2～19F，27F新風(fēng)熱回收機(jī)組服務(wù)于其余部分的新風(fēng)與排風(fēng)系統(tǒng)。地上部分的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

5　防排煙系統(tǒng)

5.1防煙系統(tǒng)

情境的選?。褐黝}同步。選用同一本教材，在同一教學(xué)周內(nèi)，選取相同的情境，通過情境下的角色扮演，反復(fù)強(qiáng)化對(duì)話訓(xùn)練和詞句運(yùn)用，促進(jìn)融會(huì)貫通。

圖2　地上通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)原理圖

由于該辦公樓的層數(shù)超過三十二層，加壓送風(fēng)系統(tǒng)采用分段設(shè)計(jì)，共分為三段：-4～-1F、1～19F和20～36F。地下層的加壓送風(fēng)機(jī)設(shè)在專用機(jī)房?jī)?nèi)和裙房屋面，地上部分的加壓送風(fēng)機(jī)設(shè)在12F、27F避難層機(jī)房?jī)?nèi)。防煙樓梯間的加壓送風(fēng)口采用自垂百葉風(fēng)口，每隔兩層設(shè)置一個(gè)；前室的加壓送風(fēng)口采用常閉多葉送風(fēng)口，每層設(shè)置一個(gè)；樓梯間保持余壓值為40～50Pa，合用前室保持余壓值為25～30Pa。防煙系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

5.2排煙系統(tǒng)

地下汽車庫(kù)設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)（機(jī)械補(bǔ)風(fēng)或自然補(bǔ)風(fēng)），排煙量6次/h換氣計(jì)算［4］，補(bǔ)風(fēng)量不小于排煙量的50%，排煙系統(tǒng)與平時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)合用。12層、27層長(zhǎng)度超過20m，不具備自然排煙條件的內(nèi)走道設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)和自然補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，排煙量按60m3/h·m2計(jì)算，排煙風(fēng)機(jī)置于屋頂或?qū)Ｓ脵C(jī)房?jī)?nèi)。地上辦公等區(qū)域均設(shè)有滿足自然排煙面積要求的可開啟外窗。

圖3　防煙系統(tǒng)原理圖

6　節(jié)能措施

（1）提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，減少空調(diào)運(yùn)行時(shí)的冷熱損失。

（2）選用高效節(jié)能的空調(diào)設(shè)備及風(fēng)機(jī)。

（3）空調(diào)水流速和風(fēng)速均保持在經(jīng)濟(jì)流速范圍內(nèi)，降低水泵與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能耗。

（4）風(fēng)管和水管的絕熱材料選用經(jīng)濟(jì)厚度，滿足節(jié)能要求。

（5）全空氣系統(tǒng)具有可變新風(fēng)比功能、新風(fēng)機(jī)組變頻運(yùn)行，過渡季加大新風(fēng)量，充分利用室外空氣的自然冷卻能力，降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

（7）空調(diào)水系統(tǒng)補(bǔ)水總管上設(shè)置計(jì)量裝置。

（8）空調(diào)水系統(tǒng)采用一次泵變流量控制，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

（9）回收空調(diào)系統(tǒng)的冷凝水作為冷卻塔的部分補(bǔ)水。

7　結(jié)語(yǔ)

目前市場(chǎng)上離心式冷水機(jī)組的蒸發(fā)器水側(cè)承壓能力，普通型承壓能力為1.0MPa，加強(qiáng)型承壓能力為1.7MPa，特加強(qiáng)型承壓能力為2.1MPa?？紤]到設(shè)備及管件的承壓能力，超高層建筑水系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行分區(qū)，但是分區(qū)過多，勢(shì)必會(huì)提高高區(qū)的冷水供回水溫度，降低空調(diào)系統(tǒng)效率，通常情況下，最高區(qū)的冷水供水溫度不應(yīng)高于8℃。對(duì)于高度為150m的建筑，將空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行一次換熱，分為高低區(qū)，是比較經(jīng)濟(jì)合理的。

另外，空調(diào)水系統(tǒng)在分區(qū)時(shí)，應(yīng)盡量提高低區(qū)水系統(tǒng)的服務(wù)面積，減少高區(qū)水系統(tǒng)的服務(wù)面積，從而降低系統(tǒng)的換熱損失，提高空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

［1］陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］徐理民.某超高層建筑空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)的若干問題［J］.制冷與空調(diào)，2015，15（5）：53～59.

［3］GB 50736-2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］GB 50067-97，汽車庫(kù)、修車庫(kù)、停車場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.

Ventilating and Air-Conditioning System Design of a High Rise Office Building

LI Hong-kun
（IPPR（Shanghai）International Engineering，Shanghai 200125，China）

Presents the ventilation and air-conditioning system and its features for a super high-rise office building，which includes of the frequency-variable control of heating and cooling source，the partition of air-conditioning water system，ventilation system and smoke-controlling system，heat recovering system，the measures of energy saving such as fresh air cooling，condensate water recycling etc.，and makes some design conclusions.

variable flow distribution with primary pump；water system partition，fresh air cooling；condensate water recycling

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.022

TU83

B

2095-3429（2015）04-0085-05

2015-06-08

修回日期：2015-07-22

李紅坤（1979-），男，河南鄧州人，本科，工程師，主要從事暖通空調(diào)設(shè)計(jì)工作。