北京某超高層公寓暖通空調(diào)設(shè)計

高麗穎王童全巍

1中國建筑設(shè)計研究院有限公司 2中國建筑科學(xué)研究院

1 工程概況

超高層建筑在不同國家有不同的界定。在1972年的國際高層建筑會議上，聯(lián)合國教科文組織的專家委員會將40層以上的建筑定義為超高層建筑；日本將15層以上的建筑定義為超高層建筑；而我國《民用建筑設(shè)計通則》（GB50352-2005）規(guī)定100 m以上高度的建筑屬于超高層建筑[1]。

本項目位于北京市區(qū)正東方向，通州運河核心區(qū)，用地屬于多功能用地?？傆玫孛娣e17815 m2，總建筑面積 180750 m2，包括 A、B、C、D 四棟單體建筑，其中 D樓為超高層公寓，建筑面積36000 m2，地下3層，地上39層，首層及二層為底商空間。3層以上為標(biāo)準(zhǔn)層，其中14層及28層為避難層。

2 設(shè)計參數(shù)及冷熱負(fù)荷計算

表1為北京（寒冷地區(qū)）室外設(shè)計參數(shù)[2]。

表1 室外設(shè)計參數(shù)

表2為室內(nèi)設(shè)計參數(shù)[3]。

表2 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

本工程位于寒冷地區(qū)，經(jīng)過冷熱負(fù)荷計算，公寓空調(diào)設(shè)計總冷負(fù)荷3982 kW，空調(diào)冷指標(biāo)120 W/m2，公寓采暖設(shè)計熱負(fù)荷1219 kW，采暖熱指標(biāo)為36.6 W/m2。

3 冷熱源

本工程采暖熱源來自能源子站，分別為低區(qū)、中高區(qū)及28層設(shè)備機房內(nèi)的換熱機組提供50/40℃采暖熱水。經(jīng)28層設(shè)備機房內(nèi)的熱交換設(shè)備將50/40℃采暖熱水交換為45/35℃，供公寓高區(qū)采暖系統(tǒng)使用。本工程空調(diào)冷熱源為自帶冷源的多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)。公寓按戶設(shè)置。每戶一個室外機，三或四個室內(nèi)機。可實現(xiàn)每戶獨立使用，24 h不間斷的冬天供熱，夏天供冷。

4 采暖系統(tǒng)

公寓采暖分為兩個區(qū)（圖1），其中3-13層為低區(qū)，14-39層為中高區(qū)。高區(qū)水為中高區(qū)水通過28層避難層內(nèi)的換熱機組進行換熱，中高區(qū)設(shè)計熱負(fù)荷為729 kW，采暖熱指標(biāo)為32.5 W/m2，采暖低區(qū)設(shè)計熱負(fù)荷為490 kW，采暖熱指標(biāo)為45.4 W/m2。

圖1 公寓采暖水系統(tǒng)圖

5 空調(diào)系統(tǒng)

超高層公寓存在入住率不高的現(xiàn)象，考慮節(jié)能及分戶計量的因素，提出了戶式多聯(lián)機加新風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)方案。

一般住宅的設(shè)計不考慮新風(fēng)系統(tǒng)，由于超高層公寓的高度已超100 m，高層、超高層建筑玻璃幕墻的自然通風(fēng)問題至今仍是一大難題。建筑節(jié)能要求降低熱損耗，要求高的氣密性，不宜開窗，否則增加能耗，建筑節(jié)能要求封閉，自然通風(fēng)要求開啟，本身就是一對矛盾[4]。建筑節(jié)能不能損壞空氣質(zhì)量，影響人們生活的舒適度，所以超高層公寓應(yīng)設(shè)計機械新風(fēng)系統(tǒng)。目前市場上作為小面積的機械新風(fēng)系統(tǒng)非戶式新風(fēng)換氣機莫屬。

5.1 新風(fēng)換氣機的設(shè)計特點

新風(fēng)換氣機可以將新鮮的室外空氣送入室內(nèi)，同時將室內(nèi)污濁的空氣排到室外。內(nèi)置空氣過濾器，達(dá)到通風(fēng)換氣的效果。同時，機器內(nèi)置熱交換器,將新風(fēng)與排氣進行了冷熱交換，熱交換效率基本能保證在60%以上，大幅度降低了新風(fēng)冷熱負(fù)荷，實現(xiàn)了高效節(jié)能。

本項目新風(fēng)換氣機的管材設(shè)計為鍍鋅鋼板，是從防火安全角度考慮的，考慮公建對消防的要求較高，尤其是超高層公寓，應(yīng)保證消防驗收要求，鍍鋅鋼板的防火性能是不燃，更安全。目前市場上也有用硬聚氯乙烯風(fēng)管材質(zhì)，但大部分為難燃材料，從防火安全角度考慮，鍍鋅鋼板材質(zhì)優(yōu)于硬聚氯乙烯。

若采用硬聚氯乙烯材料需要滿足要求密度為1300～1600 kg/m3，拉伸強度≥34 MPa。板材厚度3 mm，燃燒性能為不燃或燃燒產(chǎn)物毒性較小且煙密度等級小于等于25的難燃材料[5]。同時滿足GB50738-2011通風(fēng)與空調(diào)工程施工規(guī)范及GB50243-2016通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范要求。

公寓新風(fēng)換氣機的設(shè)備選型 L=200 m3/h，P=75 Pa，由于精裝設(shè)計對吊頂寬度及高度有嚴(yán)格的限制，所以風(fēng)管有幾處翻越粱窩的地方，局部壓損較大。以最大的戶型D戶型為例進行風(fēng)阻計算：最遠(yuǎn)端風(fēng)管長度17 m，摩擦阻力17 Pa，局部阻力51 Pa，總阻力68 Pa。

設(shè)備壓頭基本克服最遠(yuǎn)端總阻力，但為了追求精裝的美觀，減小風(fēng)管管徑，會造成送風(fēng)風(fēng)速增大，風(fēng)阻也會明顯加大，噪音增加，機組壓頭不保證最遠(yuǎn)端風(fēng)口有風(fēng)。建議風(fēng)速控制在3～5 m/s之間。

5.2 戶式多聯(lián)機的設(shè)計特點

1）外形美觀，可根據(jù)用戶需求與喜好設(shè)計。系統(tǒng)采用暗裝方式，能配合室內(nèi)的高檔裝修。同時由于室外機組的合理安置也不會破壞建筑物的整體外型美觀。

2）分戶計量：采用模塊化主機，根據(jù)設(shè)置自動調(diào)節(jié)制冷量。合理的將白天生活和晚上生活區(qū)域分別安裝空調(diào)，各個室內(nèi)可獨立運行，分別調(diào)節(jié)各房間的空氣。

6 防排煙系統(tǒng)

嚴(yán)格按照《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》[6]和當(dāng)?shù)匾?guī)定進行防排煙系統(tǒng)設(shè)計。樓梯間及前室加壓系統(tǒng)根據(jù)避難層位置分段設(shè)置（圖2）。防煙樓梯間每隔一層設(shè)置一個自垂百葉送風(fēng)口，前室每層設(shè)置電動加壓風(fēng)口。風(fēng)機設(shè)置于避難層加壓機房及機房層。本項目避難層設(shè)于14層及28層。同時避難間分別設(shè)置獨立的加壓系統(tǒng)。

圖2 公寓防排煙系統(tǒng)圖

7 與精裝及土建的配合

公寓內(nèi)戶式多聯(lián)機及新風(fēng)換氣機的安裝需要與精裝修密切配合，安裝通常采用暗裝，戶式多聯(lián)機放置于廚房或者衛(wèi)生間內(nèi)，防止機組運行的噪聲影響室內(nèi)人員的休息及活動，同時必須預(yù)留檢修口，檢修口的大小應(yīng)保證維修人員頭部和肩部通過，約300～450 mm，室內(nèi)機及新風(fēng)換氣機均選用超薄機組，約為200 mm厚，盡量最小程度的影響室內(nèi)凈高?？照{(diào)室外機一般放置于每戶的設(shè)備陽臺上，其擺放位置除滿足室外機的散熱條件外，必須考慮設(shè)備的維修空間。

同時，戶式多聯(lián)機的室內(nèi)外機通過銅管連接，銅管尺寸非常小，但是銅管外側(cè)包裹保溫棉，冷凝水尺寸多為φ25和φ32，外包保溫棉，同時需保證1%的排水坡度或設(shè)備自帶冷凝水提升泵。同時，應(yīng)根據(jù)管道尺寸給建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)提供預(yù)留洞口尺寸（圖3）。

圖3 多聯(lián)機管道示意圖

8 結(jié)論

1）戶式多聯(lián)機加戶式新風(fēng)加地板采暖的設(shè)計，能滿足室內(nèi)設(shè)計溫、濕度及噪聲、振動的要求。冬季，業(yè)主可以根據(jù)個人的喜好自主選擇采用地板采暖或中央空調(diào)采暖或兩者均開啟，極大地滿足了業(yè)主選擇的靈活性。

2）消防設(shè)計在超高層設(shè)計中不可忽視，必須嚴(yán)格按照高層建筑防火規(guī)范進行設(shè)計，根據(jù)避難層位置分段設(shè)計加壓系統(tǒng)。同時避難間分別設(shè)置獨立的加壓系統(tǒng)。

3）好的工程設(shè)計應(yīng)該提前做好與精裝修及土建的密切配合，暗裝機組必須預(yù)留好檢修口，穿剪力墻位置提前讓結(jié)構(gòu)專業(yè)預(yù)留足夠洞口，為業(yè)主后期使用及運行維修提供充分的條件。