超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)水力平衡技術(shù)研究

李 蒨

(中鐵建設(shè)集團有限公司 北京 100040)

1 引言

隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)外城市超高層建筑在逐年增加，大型綜合體項目也越來越多，同時人們對生活舒適度的要求也越來越高[1]。中央空調(diào)系統(tǒng)在工程中已然成為一個標準化配置，為了保證主機和控制系統(tǒng)能夠高效、節(jié)能工作，做好系統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)是必不可少的一項工作[2-3]。

2 工程概況

龍光世紀工程位于南寧市最頂級商務(wù)辦公區(qū)的核心地段，為城市超高層(400 m)地標性建筑，建成后為核心區(qū)域內(nèi)超高層酒店辦公樓、超高層公寓式辦公樓、商業(yè)核心。工程商業(yè)及辦公區(qū)域分別采用中央空調(diào)夏季制冷、冬季不制暖模式；酒店區(qū)域采用夏季制冷、冬季制暖模式。

因該工程制冷系統(tǒng)較龐大，管道路由復(fù)雜，造成部分干線水管彎曲較多，水阻增大，導(dǎo)致部分泵組揚程不足，同時由于末端負荷不夠出現(xiàn)水流不足等情況，導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)試困難[4]。樓層數(shù)量多、支路分布廣、末端設(shè)備多、調(diào)試工作持續(xù)時間長，對水力平衡調(diào)試工作增加了難度[5]。

3 水力平衡關(guān)鍵技術(shù)

水力平衡技術(shù)是解決空調(diào)冷、熱水系統(tǒng)平衡的有效方法[6-7]。通過管道直徑、設(shè)備參數(shù)選型、管道路由及末端設(shè)備相關(guān)配置，計算比摩阻及水阻，找到最不利端問題。根據(jù)現(xiàn)場已安裝設(shè)備，調(diào)整靜態(tài)平衡閥使水流量達到平衡，從而實現(xiàn)末端水流均勻、實現(xiàn)室內(nèi)工況符合設(shè)計要求，達到水力平衡條件[8-9]。

3.1 壓差旁通閥設(shè)置

在分水器和集水器之間旁通管處，裝設(shè)自力式壓差閥智能感壓裝置，自動檢測壓差變化[10-12](見圖1)。當壓差在設(shè)定范圍內(nèi)時，該閥為關(guān)閉狀態(tài)；當壓差超出設(shè)定值時，閥門自動打開，部分流量從此經(jīng)過，并在智能感壓裝置的作用下自動調(diào)節(jié)開度，保持閥門兩端壓差相對恒定，即實際工作壓差為設(shè)定壓差，以保證機組流量不小于限制值。因此可有效保護冷(熱)源機組，提高其運行穩(wěn)定性，并可有效保持整個系統(tǒng)的平衡狀態(tài)和節(jié)能效果[13]。該閥為電動壓差旁通閥的替代產(chǎn)品，其優(yōu)點是無需外來動力，靠系統(tǒng)本身壓力工作，有效地提高了機組的運行安全系數(shù)，比傳統(tǒng)電動旁通閥更為安全可靠，解決了電動旁通閥對電的依賴、降低了電路出現(xiàn)問題時對機組造成損傷的機率，并且自力式壓差閥便于安裝、節(jié)省費用。

3.2 水泵出水口裝設(shè)限流止回閥

限流止回閥安裝于水泵出口，在單泵啟動和非全數(shù)設(shè)計工作泵工作時，對工作泵起限制流量的作用，使水泵在較高效率狀態(tài)下工作，比傳統(tǒng)型閥門減少耗能約15% ～20%，提高了系統(tǒng)的節(jié)能率[14]。該閥具有微阻緩閉止回功能，無關(guān)閉噪聲、零回流，可以有效地防止電動機在水泵低揚程、大流量、低效率時發(fā)生過載現(xiàn)象，防止超額定電流燒電機現(xiàn)象的發(fā)生，最大限度地減少水泵、管道等設(shè)備的損耗和故障率；平衡功能可有效提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、安全性、節(jié)能性和舒適性。

圖1 壓差旁通調(diào)節(jié)閥設(shè)置

3.3 連續(xù)調(diào)節(jié)、開關(guān)式調(diào)節(jié)

新風機組、空氣處理機組通過電動調(diào)節(jié)閥對流量的連續(xù)調(diào)節(jié)來滿足末端設(shè)備負荷變化的要求[15]。風機盤管通過電動二通閥控制開關(guān)時間比來調(diào)節(jié)流經(jīng)末端設(shè)備的平均流量。這兩種調(diào)節(jié)方式在一定程度上滿足了系統(tǒng)的要求，但是隨著空調(diào)系統(tǒng)的大型化，由系統(tǒng)其它區(qū)域調(diào)節(jié)導(dǎo)致的動態(tài)水力失衡程度越來越大，使流量調(diào)節(jié)精度明顯降低，系統(tǒng)的舒適性和節(jié)能性變差，這就必須采取合理措施來削弱或屏蔽水力失衡問題。

3.4 合理選型與設(shè)置平衡閥

該工程回水管選用丹佛斯MSV-F2系列靜態(tài)平衡閥。該平衡閥用于供熱和制冷定流量水系統(tǒng)中平衡流量；閥門標配閥位指示和行程限制；閥桿罩與行程限制集成為一體；閥門設(shè)定值可被鎖定；具有關(guān)斷功能。

靜態(tài)平衡閥分級設(shè)置：對支路上各個末端進行平衡時，將支路看作為一個單元。該單元對其外部流量的調(diào)整有成比例的反應(yīng)，上一級合作閥門能夠較容易地補償這種變化。單元的各支路使用立管平衡閥作為合作閥門來進行平衡。立管上的所有單元構(gòu)成一個較大的單元，其流量可使用立管上的平衡閥門來調(diào)節(jié)。最后將每個立管作為一個單元相互平衡，而立管上的平衡閥作為合作閥門，逐級進行調(diào)試，達到管路的水力平衡。

3.5 增加機房設(shè)備、管道的減振措施，減少水泵振動對系統(tǒng)的影響

(1)為了使設(shè)備振動不影響正常工況，選取浮動減振臺。設(shè)備層基礎(chǔ)全部采用浮動減振臺座，落地支架采用彈簧減振，固定在上層樓板的支架也選用彈簧減振支架(見圖2)，減少設(shè)備及管道振動，降低管道紊流對管道壓力及流量的影響。

圖2 浮動減振臺座

(2)為了滿足隔音降噪要求，機房內(nèi)設(shè)備振動不傳導(dǎo)到上層或下層。塔樓中間層的設(shè)備房采用整體機房樓板減振(見圖3)，可有效隔絕設(shè)備的振動傳導(dǎo)，保證設(shè)備運行的可靠性。

圖3 機房樓板整體減振結(jié)構(gòu)示意

3.6 機電管道減振及聲學(xué)處理

機房內(nèi)管道采用25 mm變形量外置式彈簧減振器支承，并與結(jié)構(gòu)隔離。減振范圍為管井前全部且長度不小于30 m。采用專業(yè)外置式彈簧減振器支承，與結(jié)構(gòu)隔離(見圖4)。

圖4 彈簧減振支架布置示意

4 系統(tǒng)調(diào)試

4.1 調(diào)試系統(tǒng)范圍及內(nèi)容

調(diào)試區(qū)域包括裙房商業(yè)區(qū)、1#樓辦公區(qū)、酒店后勤區(qū)及酒店高區(qū)的制冷調(diào)試。

根據(jù)設(shè)計流量采用丹佛斯平衡閥專用儀器測量各支路平衡閥流量，使其接近設(shè)計值。

4.2 調(diào)試周期

自裙房商業(yè)制冷開始，分別對商業(yè)制冷系統(tǒng)、辦公制冷系統(tǒng)、酒店后勤區(qū)制冷系統(tǒng)、酒店高區(qū)制冷系統(tǒng)進行全面調(diào)試，調(diào)試周期12個月左右。

(1)完成所有機房BA控制末端點位開孔及傳感器安裝與制冷系統(tǒng)注水、試壓工作。沖洗階段，為了防止焊渣等雜物進入設(shè)備，現(xiàn)場制作安裝臨時連通管注水沖洗。

(2)完成機房制冷系統(tǒng)保溫及水泵、制冷機組單機試運行，并對設(shè)備基礎(chǔ)減振器進行調(diào)試、校正。

(3)完成B3～61層各環(huán)路流量實測實量，調(diào)整靜態(tài)平衡閥、調(diào)試末端設(shè)備及試運行。水泵、制冷主機、冷卻塔開啟后，立管末端進行排氣，各層干管逐層開啟閥門后，末端風機盤管閥門逐臺開啟排氣，測試溫度。

(4)酒店低區(qū)完成壓差控制閥調(diào)整，使整個管網(wǎng)符合設(shè)計流量要求，達到水力平衡。

5 超高層系統(tǒng)調(diào)試注意事項

(1)超高層建筑末端設(shè)備數(shù)量眾多，系統(tǒng)多數(shù)采用分區(qū)換熱二次供水。由于各分區(qū)換熱機房所在位置距制冷機房距離不同，系統(tǒng)調(diào)試前應(yīng)進行水力計算，分析出各分區(qū)系統(tǒng)所需流量、管道沿程阻力等。

(2)超高層建筑系統(tǒng)工作壓力超過或接近1.6 MPa，施工前需復(fù)核系統(tǒng)工作壓力是否與設(shè)計一致。

(3)水泵出口為系統(tǒng)壓力最大處，考慮安全系數(shù)，軟接頭工作壓力應(yīng)為系統(tǒng)工作壓力的1.5倍。如系統(tǒng)工作壓力大于1.0 MPa，水泵出口軟接頭工作壓力應(yīng)選用2.5 MPa。

(4)系統(tǒng)定壓補水裝置、真空脫氣機等設(shè)備選型應(yīng)滿足系統(tǒng)最大工作壓力。

(5)靜態(tài)平衡閥選型及安裝應(yīng)滿足產(chǎn)品說明書要求。

(6)水力平衡調(diào)試過程中，系統(tǒng)應(yīng)滿負荷運行。

6 調(diào)試前后效果對比及社會經(jīng)濟效益分析

6.1 調(diào)試前后效果對比分析

(1)調(diào)試前各末端冷熱不均，近冷遠熱；調(diào)試后各樓層溫度相差不超過±2℃。

調(diào)試前，系統(tǒng)中遠離水泵的末端資用壓差不足，流量無法達到設(shè)計要求；而靠近水泵的末端資用壓差過余，流量超過設(shè)計要求，造成系統(tǒng)水量分布不勻。

通過系統(tǒng)水力平衡調(diào)試，使系統(tǒng)中各末端壓差基本一致，流量達到設(shè)計要求，系統(tǒng)水量分部均勻，各末端溫度基本一致。

(2)調(diào)試前系統(tǒng)水量比設(shè)計流量大，系統(tǒng)大流量小溫差運行；調(diào)試后接近設(shè)計值運行。

該工程設(shè)計流量為2 890 m3/h，冷凍水進出水溫度為10.5℃/5.5℃，溫差5℃。

調(diào)試前，系統(tǒng)水流量為3 000 m3/h，供回水溫度11℃/7℃，溫差4℃。通過系統(tǒng)水力平衡調(diào)試，系統(tǒng)水流量2 890 m3/h，供回水溫度為10.7℃/5.7℃，溫差5℃，接近設(shè)計值。

6.2 社會經(jīng)濟效益分析

超高層空調(diào)水系統(tǒng)水力平衡技術(shù)在工程中的應(yīng)用，不僅節(jié)省了施工成本、縮短了調(diào)試交付工期，而且大大降低了能源消耗，對工程品質(zhì)有較大提升。由于采用了新技術(shù)，施工過程對環(huán)境的影響降低到最小，取得了良好的社會效益。經(jīng)過空調(diào)水系統(tǒng)水力平衡實際調(diào)試及運行2年時間分析，超高層水力平衡技術(shù)符合項目調(diào)試運行要求，經(jīng)濟效益明顯，并且減少了人力、物力、時間成本投入，體現(xiàn)了現(xiàn)代超高層建筑經(jīng)濟節(jié)能綠色發(fā)展理念。節(jié)約費用見表1。

表1 節(jié)約費用統(tǒng)計萬元

7 結(jié)論

通過對工程水力平衡技術(shù)進行研究分析，解決了超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)水力失衡的普遍難題，有效縮短了調(diào)試周期、提高了運行效率，可為后續(xù)類似超高層建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、施工、調(diào)試、運行提供依據(jù)，為現(xiàn)代超高層建筑經(jīng)濟節(jié)能、綠色環(huán)保發(fā)展方向提供參考。