某超高層建筑防排煙及空調(diào)系統(tǒng)分析與設(shè)計

楊稀童

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶400039）

某超高層建筑防排煙及空調(diào)系統(tǒng)分析與設(shè)計

楊稀童

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶400039）

該文結(jié)合工程實例，分析在超高層建筑設(shè)計時應(yīng)注意的防排煙及空調(diào)系統(tǒng)的問題，并重點分析空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)、水泵控制策略，得出該項目水系統(tǒng)分區(qū)及水泵控制的最優(yōu)方案。

防排煙系統(tǒng)；空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)；水系統(tǒng)分區(qū)；二次泵系統(tǒng)

0　前言

隨著我國的城市建設(shè)迅速發(fā)展，超高層建筑物的數(shù)量越來越多。建筑本身的消防系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，從能耗上看，空調(diào)能耗更是占有整個建筑能耗的40%以上，筆者結(jié)合實際工程為例，探討超高層建筑的通風(fēng)消防系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計。

1　工程概況

該超高層建筑位于重慶市渝中區(qū)黃金地段，總建筑高度199.5m，總建筑面積近21萬㎡，包括地下5層，地上43層。其中，地下一層至地下五層為車庫和設(shè)備用房；地上一至六層為裙房商業(yè)；該項目為集甲級辦公樓、高端商業(yè)為一體的城市地標(biāo)建筑。

2　空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

2.1冷熱源配置

2.1.1設(shè)計冷、熱負(fù)荷(表1）

2.1.2冷熱源配置

根據(jù)空調(diào)冷熱負(fù)荷分析計算，考慮各區(qū)域用途、使用時間以及安全性，裙房商業(yè)采用3臺650冷噸的電離心式制冷機(jī)、2臺1.4MW的熱水鍋爐；塔樓采用2臺750冷噸的電離心式制冷機(jī)，1臺400冷噸的電螺桿式制冷機(jī)。冷水機(jī)組均置于地庫負(fù)五層，熱水鍋爐置于地下室一層（鍋爐房嚴(yán)禁設(shè)置在人員密集場所和重要部門的上一層、下一層，或者主要通道、疏散口旁邊，并且鍋爐房應(yīng)設(shè)置在首層或者地下一層靠建筑外墻的位置，鍋爐房應(yīng)考慮泄爆，泄爆井出地面的位置應(yīng)避開人員密集區(qū)）。

2.2空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1空調(diào)水系統(tǒng)分析

超高層建筑中空調(diào)水系統(tǒng)豎向分區(qū)是一個非常重要的環(huán)節(jié)，合理的系統(tǒng)分區(qū)對整個建筑后期的能耗、管理、系統(tǒng)安全都有重大意義；而影響水系統(tǒng)豎向分區(qū)的主要因素是設(shè)備、閥門、管道承壓。為了解決這個問題，目前設(shè)計思路為中間層設(shè)置板式換熱器，實現(xiàn)高區(qū)與低區(qū)系統(tǒng)分隔。該方案解決了系統(tǒng)工作壓力過高的問題，但是經(jīng)過板換換熱，二次側(cè)水溫溫度會降低（升高），系統(tǒng)的節(jié)能性較差，末端設(shè)備除濕能力下降。同時，由于末端供水溫度與設(shè)計溫度不同，會導(dǎo)致末端換熱設(shè)備換熱面積增加，初投資隨之升高。若考慮通過高承壓設(shè)備解決系統(tǒng)工作壓力高的問題，可以有效提高系統(tǒng)能源利用效率，末端設(shè)備除濕能力得到保證，但是提高設(shè)備的設(shè)計承壓能力同樣會增加設(shè)備初投資，同時會有水系統(tǒng)泄露的風(fēng)險。因此在設(shè)計階段，應(yīng)充分利用設(shè)備、管道的承壓能力，減少豎向分區(qū)的個數(shù)，在建筑條件允許的前提下，選擇最經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)備轉(zhuǎn)換層，綜合設(shè)備初投資、系統(tǒng)運行效率、末端除濕能力等因素，選擇最優(yōu)方案。

表1　冷、熱負(fù)荷指標(biāo)

2.2.2空調(diào)水系統(tǒng)承壓

一般來講，冷水機(jī)組最大承壓為1.6MPa，如果水系統(tǒng)工作壓力大于1.6MPa，則需要特制的冷水機(jī)組，機(jī)組造價增加。板式換熱器、水泵最大承壓可達(dá)到2.5MPa，管道、閥門最大承壓值較大，可根據(jù)需要設(shè)計額定承壓值，具體設(shè)備承壓壓力等級見表2。

表2　常用設(shè)備、管道壓力等級

2.2.3水系統(tǒng)分區(qū)方案對比

京劇團(tuán)項目總建筑高度為199.5m，冷水機(jī)組置于地下五層，水系統(tǒng)分區(qū)有兩種形式供選擇：系統(tǒng)不分區(qū)、在14F設(shè)置板式換熱器。

（1）方案一

該方案不設(shè)置中間轉(zhuǎn)換層，整棟樓共一個水系統(tǒng)，系統(tǒng)承壓示意如圖1。

（2）方案二

該方案在14F設(shè)置板式換熱器，共兩個分區(qū)，低區(qū)水系統(tǒng)服務(wù)樓層為1-28F，高區(qū)水系統(tǒng)服務(wù)樓層為28-43F，系統(tǒng)承壓示意如圖2。

（3）方案對比

圖1　方案一設(shè)備承壓示意圖

圖2　方案二設(shè)備承壓示意圖

為了避免主機(jī)、水泵超出常規(guī)額定承壓，減少系統(tǒng)漏水的風(fēng)險以及主機(jī)、水泵初投資，增加系統(tǒng)安全性，該項目采用方案二：在14F設(shè)置板式換熱器，實現(xiàn)系統(tǒng)高低分區(qū)。

表3　方案對比

2.3二次泵系統(tǒng)分析與設(shè)計

隨著超高層建筑數(shù)目不斷增多，對超高層建筑中的水系統(tǒng)的控制精度要求逐漸增加，當(dāng)同一水系統(tǒng)不同環(huán)路間負(fù)荷特性、管網(wǎng)水力特性相差較大時，建議采用二次泵水系統(tǒng)。

2.3.1二次泵水系統(tǒng)特點

二次泵系統(tǒng)是由一級泵和二級泵系統(tǒng)串聯(lián)而成，水系統(tǒng)的阻力是由一級泵和二級泵揚程共同克服，系統(tǒng)一次側(cè)與二次側(cè)由盈虧管連接而成。在設(shè)計工況下，盈虧管連接供回水管兩點的壓差應(yīng)為0Pa，值得注意的是，在計算一次側(cè)、二次側(cè)水泵揚程的時候，切忌將二次側(cè)水泵揚程取的過大，否則會造成二次側(cè)富余水頭過大，造成二次側(cè)回水通過盈虧管直接流入供水管，使得用戶側(cè)供水溫度升高。

2.3.2二次泵水系統(tǒng)控制策略

京劇團(tuán)項目為二次泵水系統(tǒng)，冷凍水經(jīng)一次泵抽出，再經(jīng)二次泵加壓后輸送至低區(qū)末端以及高區(qū)板式換熱器。在供水回水總管（分集水器）間設(shè)置盈虧管，平衡一、二次泵之間的流量。下面以高區(qū)水系統(tǒng)為例如圖3，分析當(dāng)用戶側(cè)負(fù)荷發(fā)生變化時，系統(tǒng)變化情況。

當(dāng)二次側(cè)高區(qū)用戶側(cè)負(fù)荷增加，設(shè)備開啟臺數(shù)增多（或者電動二通閥開度加大），高區(qū)二次側(cè)空調(diào)水系統(tǒng)管網(wǎng)總阻抗S減小，系統(tǒng)水流量Q增大，在高區(qū)一次側(cè)水流量增加之前，二次側(cè)水溫會升高。此時高區(qū)一次側(cè)水系統(tǒng)回水管上的電動閥接收到二次側(cè)水溫升高的信號后閥門開度增加，此時高區(qū)一次側(cè)管網(wǎng)總阻抗S減小，系統(tǒng)水流量Q增大，高區(qū)一次側(cè)旁通管壓差減?。榱吮ＷC水泵工作揚程穩(wěn)定以及水泵散熱，應(yīng)在二級泵供回水管間設(shè)置壓差旁通管），當(dāng)旁通管壓差減小到一定值的時候，水泵轉(zhuǎn)速增加，高區(qū)一次側(cè)水流量Q進(jìn)一步增大。當(dāng)高區(qū)二次側(cè)末端負(fù)荷減少時，上述變化相反（圖3）。

圖3　二次泵水系統(tǒng)原理圖

2.4空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

2.4.1空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

京劇團(tuán)項目商業(yè)、塔樓存在房間功能、營業(yè)時間、房間溫濕度等差異，均采用風(fēng)機(jī)盤管+獨立新風(fēng)系統(tǒng)，這樣有利于后期各個房間室內(nèi)溫濕度的獨立控制。新風(fēng)機(jī)組均采用帶全熱回收功能的機(jī)組，對于裙房商業(yè)來說，如果建筑條件允許，商鋪新風(fēng)系統(tǒng)可與公區(qū)新風(fēng)系統(tǒng)分開設(shè)置，有利于后期物業(yè)管理。同時由于超高層建筑對外立面的要求較高，外立面不允許出現(xiàn)大量空調(diào)百葉，低區(qū)新風(fēng)系統(tǒng)通過每層的新風(fēng)機(jī)組處理后送至室內(nèi)，新風(fēng)井道在2-3F統(tǒng)一設(shè)置百葉。高區(qū)新風(fēng)系統(tǒng)新風(fēng)機(jī)設(shè)置在29F、RF，分別服務(wù)于22-29F、30-43F，新風(fēng)井道均內(nèi)置鐵皮風(fēng)管，保證送風(fēng)溫度。

2.4.2空調(diào)、消防、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)布置原則

風(fēng)井的個數(shù)、位置對整個建筑空調(diào)通風(fēng)、防排煙系統(tǒng)有較大影響，合理的安排能有效減少輸送距離，更能避免風(fēng)管之間交叉，節(jié)省層高。其中，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)與排煙系統(tǒng)的豎井盡量避免集中設(shè)置，否則容易造成排煙風(fēng)管和空調(diào)送風(fēng)管、回風(fēng)管的交叉，即使能相互避開，也必然會增加彎頭，增加風(fēng)阻、噪聲，影響使用效果，施工難度也會增大。同時，空調(diào)新風(fēng)井與排風(fēng)井的水平距離需大于10m。

2.4.3新風(fēng)進(jìn)口位置和要求

進(jìn)風(fēng)口宜設(shè)在室外空氣比較潔凈的地方，以保證空氣質(zhì)量，建筑條件允許的情況下，宜設(shè)在北墻上，并宜設(shè)在建筑物的背陰處這樣可以使夏季吸入的室外空氣溫度更低。

3　超高層建筑防排煙設(shè)計

3.1排煙系統(tǒng)設(shè)計

3.1.1機(jī)械排煙系統(tǒng)設(shè)置原則

面積超過1000㎡的地下車庫、公共建筑內(nèi)面積大于100㎡且經(jīng)常有人停留的地上無窗房間，地下或半地下建筑、地上建筑內(nèi)無窗房間，當(dāng)總建筑面積大于200或一個房間建筑面積大于50，且經(jīng)常有人停留或可燃物較多的房間，高度超過12m的中庭均設(shè)置機(jī)械排煙設(shè)施。

3.1.2設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)的場所

該項目設(shè)置機(jī)械排煙設(shè)置的場所有：地下車庫、1-6F裙房商業(yè)、塔樓7～13F辦公區(qū)域、內(nèi)走道及15-43F內(nèi)走道、長度超過20m的地下內(nèi)走道、中庭。除設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)的場所外，均采用自然排煙系統(tǒng)，如圖4、圖5。

圖4　排煙系統(tǒng)平面圖1

圖5　排煙系統(tǒng)平面圖2

3.1.3排煙系統(tǒng)設(shè)計要點

（1）高層建筑排煙系統(tǒng)服務(wù)的層數(shù)不應(yīng)超過32層且豎向距離不應(yīng)超過100m，否則需要對其進(jìn)行上下分段。

（2）裙房商業(yè)排煙系統(tǒng)宜盡量設(shè)置較多的土建豎井，這樣既可以減少排煙系統(tǒng)長度，保證使用效果。同時可以減少吊頂內(nèi)風(fēng)管個數(shù)，減少不同風(fēng)管交叉點。在理想情況下，如果一個排煙豎井覆蓋的營業(yè)區(qū)域在控制在30m以內(nèi)就基本可以保證營業(yè)區(qū)內(nèi)出現(xiàn)極少的排煙風(fēng)管。另外，若防煙分區(qū)面積劃分較大，有利于減少排煙風(fēng)管長度以及擋煙垂壁個數(shù)，減少吊頂上面的排煙口個數(shù)，對營業(yè)區(qū)美觀更有利。但防煙分區(qū)越大，意味著系統(tǒng)風(fēng)量越大，會導(dǎo)致排煙風(fēng)管較大，土建豎井面積增大，會占用更多的營業(yè)區(qū)面積。所以，在設(shè)計階段需綜合考慮上述因素。

3.2防煙系統(tǒng)設(shè)計

（1）高層建筑加壓送風(fēng)系統(tǒng)服務(wù)的層數(shù)不應(yīng)超過32層且豎向距離不應(yīng)超過100m，否則需要對其進(jìn)行上下分段。

（2）超高層建筑封閉避難間應(yīng)設(shè)置機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)，加壓送風(fēng)風(fēng)量應(yīng)按照避難間凈面積每平方米不小于30m3/h計算。

（3）裙房商業(yè)加壓送風(fēng)風(fēng)機(jī)盡量置于裙房屋面，可以節(jié)省機(jī)房面積，后期景觀專業(yè)統(tǒng)一處理裙房屋面設(shè)備，減少對美觀的影響。

4　結(jié)論

（1）超高層建筑水系統(tǒng)分區(qū)時，應(yīng)結(jié)合項目實際情況，綜合考慮設(shè)備承壓、系統(tǒng)安全性、系統(tǒng)節(jié)能性、后期運營管理等因素，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的最優(yōu)。

（2）在設(shè)計二次泵水系統(tǒng)時，應(yīng)注意一級泵、二級泵系統(tǒng)揚程、流量的匹配，否則可能會造成盈虧管中水的倒流，造成惡性循環(huán)。另外在二級泵供回水管間同樣需要連接旁通管以平衡供回水管間的流量。

（3）在設(shè)計階段，應(yīng)合理布置消防系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)的機(jī)房、井道。在保證系統(tǒng)使用效果的前提下，減少對建筑功能的影響。

[1]GB50016-2014建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[2]張鎮(zhèn)宇，丁瑋.高層建筑防排煙系統(tǒng)常見問題探析[J].武警學(xué)院學(xué)報，2011，（8）.

[3]崔濤.淺談空調(diào)通風(fēng)的初步設(shè)計[J].沿海企業(yè)與科技[J]. 2005（7）.

[4]劉東亮，胡居傳.超高層建筑的中央空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計與分析[J].制冷與空調(diào)，2012（5）.

責(zé)任編輯：孫蘇

智能建筑

智能建筑將是未來城市主要構(gòu)成環(huán)節(jié)

智慧城市建設(shè)已在全國各地如火如荼地鋪展開來，而作為其主力建設(shè)之一，智能建筑理應(yīng)被提上日程。細(xì)細(xì)探究不難發(fā)現(xiàn)，人們所言的智能建筑，就包括通過樓宇自動化系統(tǒng)實現(xiàn)建筑物或是建筑群內(nèi)設(shè)備與建筑環(huán)境的全面監(jiān)控與管理，為人們營造一個舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、便捷的工作和生活環(huán)境，并通過優(yōu)化設(shè)備運行與管理以降低運營費用。這樣看來，樓宇自控于智能建筑就像是內(nèi)核——提高建筑本質(zhì)水平的關(guān)鍵。

“十二五”期間我國用于智慧城市建設(shè)的各方投資有望達(dá)到5000億，而作為智慧城市的基本單元，智慧社區(qū)的發(fā)展前景也不容小覷;在社區(qū)智能化的過程中，除綜合布線、社區(qū)安防等主導(dǎo)性要素外，“樓宇自控”這一專有名詞也逐漸進(jìn)入人們的視野，無論是作為智能建筑中的核心系統(tǒng)之一，還是被納入智慧社區(qū)建設(shè)中的戰(zhàn)略考量，這一以傳感器為“觸角”，以計算機(jī)為“大腦”，并以對設(shè)備終端進(jìn)行控制為終極目的系統(tǒng)，已現(xiàn)前驅(qū)之勢。

事實上，“節(jié)能減排”與“綠色建筑”已成為現(xiàn)代建筑設(shè)計和建造的目標(biāo)，也是建筑電氣技術(shù)發(fā)展的主要動力。大量的新增建筑也將為建筑電氣、樓宇自動化及智能家居控制系統(tǒng)和產(chǎn)品帶來巨大的市場機(jī)會。建筑智能化提高客戶工作效率，提升建筑適用性，降低使用成本，已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。數(shù)據(jù)顯示，2012年我國新建建筑中智能樓宇的比例僅為26%左右，遠(yuǎn)低于美國的70%、日本的60%，市場拓展空間巨大。

未來生活智慧化將有力的促進(jìn)城市建設(shè)，智能建筑將是未來城市主要構(gòu)成環(huán)節(jié)。同時，通過高度自動化的樓宇管理，將在建筑能耗上得到有效降低，有助于未來社會節(jié)能化建設(shè)。

Analysis on and Design of Smoke Control and Air Conditioning System of A Super High-rise Building

Based on a practical case,the problems of smoke control and the air conditioning system in a super high-rise building design are analyzed, with water system partition and water pump control strategy analyzed in detail.And the optimal solution for the project is finally obtained.

smoke control system;air conditioning system;water system partition;secondary pump system

TU247.2

A

1671-9107（2015）12-0042-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2015.12.042

2015-10-12

楊稀童（1988-），男，重慶人，本科，助理工程師，主要從事暖通空調(diào)設(shè)計工作。