某超高層綜合樓通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

唐興中 TANG Xing-zhong

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

0 引言

隨著我國(guó)建筑科學(xué)不斷發(fā)展進(jìn)步，國(guó)內(nèi)超高層建筑也迅速增加，更好地滿足了現(xiàn)代人們消費(fèi)觀念日益增長(zhǎng)需求。由于超高層建筑形體高大、業(yè)態(tài)繁多、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)通風(fēng)、空調(diào)及防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更加嚴(yán)格的要求，而且目前國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范和技術(shù)措施對(duì)超高層空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)等尚無(wú)明確規(guī)定。因此，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)及防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理，將會(huì)對(duì)工程的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性、可靠性和運(yùn)營(yíng)管理等產(chǎn)生重大的影響[1]。

1 工程概況

項(xiàng)目位于深圳市，是集地下車(chē)庫(kù)、辦公、五星級(jí)酒店以及商業(yè)于一體的超高層綜合樓，建設(shè)用地為4368.99m2，地上建筑面積65530m2，地下建筑面積13301m2，共47層（1～5層為辦公大堂、酒店大堂、社區(qū)警務(wù)室、社區(qū)（黨群）服務(wù)中心、商業(yè)文化設(shè)施、商業(yè)及宴會(huì)廳；6層為物業(yè)管理用房及架空綠化休閑；7～11層、13～24層、26～32層為辦公，31～32層局部設(shè)置兩層通高的多功能廳；38～47層為酒店客房層；33層為設(shè)備層及多功能廳上空；12層、25層、37層為消防避難、設(shè)備層），總建筑高度為199.2m。地下室主要為車(chē)庫(kù)和設(shè)備房功能，共4層。由于地處夏熱冬暖地區(qū)，因而商業(yè)裙房及辦公區(qū)僅考慮夏季供冷，五星級(jí)酒店采用四管制水系統(tǒng)滿足同時(shí)供冷供暖需求。

2 空調(diào)冷熱源系統(tǒng)選擇

2.1 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)[2-3]（表1）

表1 空調(diào)房間室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 冷熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果（表2）

表2 冷熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果

2.3 商業(yè)、辦公和酒店空調(diào)系統(tǒng)冷源

根據(jù)上述冷熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，并從該建筑功能特點(diǎn)、節(jié)能與運(yùn)行管理等方面綜合考慮，裙房商業(yè)區(qū)、塔樓辦公區(qū)、塔樓五星酒店合用一套變頻高效空調(diào)冷源系統(tǒng)。同時(shí)為了保證空調(diào)冷源系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，滿足后期運(yùn)行管理的節(jié)能性要求，減少初期投資，制冷機(jī)組采用大小機(jī)組進(jìn)行搭配；即配置2臺(tái)制冷量900RT變頻高效離心式制冷機(jī)，2臺(tái)制冷量300RT變頻高效螺桿式制冷機(jī)。冷凍水的供回水設(shè)計(jì)溫度分別為6℃/11℃，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷要求比較小時(shí)，可單獨(dú)運(yùn)行一臺(tái)300RT的變頻高效螺桿式制冷主機(jī)，以降低運(yùn)行成本，制冷機(jī)房設(shè)置于地下四層。冷卻塔與水冷機(jī)組以“多機(jī)對(duì)多塔的并聯(lián)形式”搭配，冷卻塔采用4臺(tái)400m3/h全剛方形橫流式冷卻塔（風(fēng)機(jī)變頻）及2臺(tái)300m3/h全剛方形橫流式冷卻塔（風(fēng)機(jī)變頻）搭配組合，冷卻水的進(jìn)出水設(shè)計(jì)溫度分別為32℃/37℃，各全剛方形橫流式冷卻塔通過(guò)在進(jìn)水管處設(shè)置電動(dòng)蝶閥來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能控制，冷卻塔設(shè)置裙房商業(yè)屋面。

2.4 酒店空調(diào)系統(tǒng)熱源

基于建筑地下室及周?chē)鷮?shí)際情況難以滿足鍋爐房的設(shè)置要求，且鍋爐設(shè)置在室外或地下室為38層至47層酒店冬季供暖，初期投資和后期運(yùn)行費(fèi)用均較高。故采用6臺(tái)132kW模塊式風(fēng)冷熱泵機(jī)組為酒店熱源，并保證其中一臺(tái)機(jī)組故障時(shí)，仍能保障酒店88%熱負(fù)荷，熱水的供回水設(shè)計(jì)溫度分別為45℃/40℃，每臺(tái)機(jī)組的進(jìn)水管均設(shè)置了電動(dòng)蝶閥，以滿足節(jié)能控制要求，風(fēng)冷熱泵機(jī)組設(shè)置在36層避難層。

3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于空調(diào)水系統(tǒng)的制冷機(jī)組、空調(diào)末端裝置、管道及其附件等都有各自的承壓值。通常空調(diào)末端裝置的運(yùn)行壓力可達(dá)1.6MPa，管道及其附件的耐壓能力亦可大于1.6MPa，組合空調(diào)機(jī)組承受最大壓力不應(yīng)高于1.6MPa，但冷水機(jī)組的蒸發(fā)器和冷凝器工作壓力一般不超過(guò)1.6MPa。因此，對(duì)于超高層建筑來(lái)說(shuō)，空調(diào)冷熱水系統(tǒng)必須進(jìn)行合理的高、低分區(qū)，以保證整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行[4-5]。

中央空調(diào)冷源布置于負(fù)四層（標(biāo)高-17.9）的設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)，空調(diào)水系統(tǒng)需滿足1～47層空調(diào)房間區(qū)域的供冷需求，鑒于最高層與負(fù)四層之間的高度已超200m，假如不考慮對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行合理有效的分區(qū)，則空調(diào)系統(tǒng)中的制冷機(jī)組、循環(huán)泵、低區(qū)部分空調(diào)末端等設(shè)備的最大承壓值均高于2.0MPa，這不僅給空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行管理帶來(lái)了極大的安全隱患，而且使空調(diào)系統(tǒng)的初投資大幅度增加。

根據(jù)空調(diào)水系統(tǒng)豎向分區(qū)基本原則，并結(jié)合建筑的使用功能特點(diǎn)及避難設(shè)備層位置，且為了充分利用制冷機(jī)組直接供冷，故在25層（標(biāo)高為103.8）利用板式換熱器對(duì)25層上下區(qū)域的靜水壓力進(jìn)行有效分隔，從而劃分為高、低區(qū)獨(dú)立空調(diào)水系統(tǒng)，高區(qū)水系統(tǒng)供回水設(shè)計(jì)溫度分別為7℃/12℃，高區(qū)的靜水壓力加上二次循環(huán)水泵的揚(yáng)程（33m）可控制在1.6MPa以下；低區(qū)的空調(diào)水系統(tǒng)靜水壓力加上一次循環(huán)水泵的揚(yáng)程（34m）亦不超過(guò)1.6MPa；低區(qū)商業(yè)裙房與低區(qū)辦公區(qū)域受使用功能特點(diǎn)的影響，因而將低區(qū)以功能劃分了為兩個(gè)獨(dú)立的空調(diào)水系統(tǒng)。基于上述合理分區(qū)，不僅可以保證各獨(dú)立水系統(tǒng)處于安全可靠運(yùn)行，而且避免了設(shè)備因承壓過(guò)大而帶來(lái)的初期投資過(guò)高等問(wèn)題，因而具有較高的經(jīng)濟(jì)可靠性。此外，綜合考慮空調(diào)房間舒適性、初投資等多方面因素，辦公區(qū)域采用兩管制同程空調(diào)水系統(tǒng)，商業(yè)裙房采用兩管制異程空調(diào)水系統(tǒng)，酒店塔樓部分采用四管制同程空調(diào)水系統(tǒng)。

3.2 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

結(jié)合建筑使用功能特點(diǎn)，辦公大堂、位于塔樓的酒店宴會(huì)廳等高大空間均考慮全空氣變風(fēng)量系統(tǒng)，酒店客房、辦公區(qū)域、社區(qū)（黨群）服務(wù)中心、商業(yè)文化設(shè)施、商業(yè)等功能區(qū)采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管與新風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合。由于商業(yè)裙房與標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)難以設(shè)置空調(diào)機(jī)房、新風(fēng)機(jī)房等設(shè)備用房，因此，需充分利用商業(yè)裙房屋面或架空綠化層以及消防避難、設(shè)備層，集中設(shè)置商業(yè)、辦公、酒店客房區(qū)域的新風(fēng)機(jī)組以及酒店大堂宴會(huì)廳的組合空調(diào)機(jī)組，新風(fēng)經(jīng)新風(fēng)機(jī)組處理后由新風(fēng)豎井引入與新風(fēng)干管相連接。

酒店客房采用垂直新風(fēng)系統(tǒng)，在37層避難設(shè)備層處設(shè)置2臺(tái)新風(fēng)處理機(jī)組，經(jīng)處理后的新風(fēng)，由37層避難設(shè)備層內(nèi)的水平新風(fēng)干管輸送至酒店客房的新風(fēng)豎井內(nèi)，然后由水平支管經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后送入各個(gè)客房。酒店客房的衛(wèi)生間排風(fēng)由設(shè)于天花內(nèi)的靜音型管道式離心風(fēng)機(jī)連接至豎向風(fēng)道，再由設(shè)置在37層的2臺(tái)變頻中央排風(fēng)機(jī)排至室外。

裙房商業(yè)及7～11層、13～24層、26～32層辦公的新風(fēng)系統(tǒng)與酒店客房新風(fēng)系統(tǒng)原理基本相類(lèi)似，但商業(yè)及辦公區(qū)若采用分散布置新風(fēng)立管會(huì)占用較多的室內(nèi)空間，且商業(yè)、辦公區(qū)域的層高也較高達(dá)到了4.2m，故結(jié)合工程實(shí)際，新風(fēng)系統(tǒng)采用了垂直與水平分層相結(jié)合的形式。裙房商業(yè)新風(fēng)機(jī)組設(shè)置于6層架空綠化層，辦公區(qū)域的6臺(tái)新風(fēng)機(jī)組分別設(shè)置于12層、25層、33層避難設(shè)備層，經(jīng)處理的新風(fēng)由新風(fēng)豎井引入，再通過(guò)設(shè)置在走道吊頂內(nèi)的水平新風(fēng)干管分送至樓層各個(gè)辦公房間或裙房商業(yè)商鋪內(nèi)。辦公區(qū)域及裙房商業(yè)均設(shè)置集中排風(fēng)系統(tǒng)，裙房商業(yè)排風(fēng)匯總于6層排風(fēng)干管經(jīng)變頻排風(fēng)機(jī)（1臺(tái)）排至室外；辦公區(qū)域的排風(fēng)分別匯總至12層、25層、33層避難設(shè)備層的排風(fēng)干管，并由設(shè)置在每個(gè)避難層的單臺(tái)變頻排風(fēng)機(jī)排至室外。

4 節(jié)能設(shè)計(jì)

①選擇高效率的設(shè)備，根據(jù)建筑功能和使用情況合理配置各設(shè)備型號(hào)，盡量使設(shè)備在最高效率的工作點(diǎn)上運(yùn)行。項(xiàng)目采用的變頻螺桿式水冷冷水機(jī)組的COP值與IPLV值分別為5.24、6.79，變頻離心式水冷冷水機(jī)組的COP值與IPLV值分別為6.13、6.06，風(fēng)冷螺桿式熱泵機(jī)組IPLV值為3.7，其中制冷機(jī)組的COP值均比《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50189-2015要求值提高3.8%以上。

②大堂、宴會(huì)廳等高大空間均采用了全空氣變風(fēng)量系統(tǒng)，并采用變新風(fēng)比焓值控制方式，新風(fēng)量可根據(jù)季節(jié)性進(jìn)行調(diào)整，即保證在空調(diào)時(shí)的最小新風(fēng)，過(guò)渡季節(jié)最大新風(fēng)運(yùn)行，以節(jié)省電消耗，減少年運(yùn)行費(fèi)用。全空氣系統(tǒng)可達(dá)到的最大總新風(fēng)比應(yīng)不低于70%，有條件的區(qū)域按100%全新風(fēng)設(shè)計(jì)。

③空調(diào)冷源系統(tǒng)可根據(jù)冷負(fù)荷大小自動(dòng)控制機(jī)組的啟停臺(tái)數(shù)及其對(duì)應(yīng)循環(huán)水泵的啟停臺(tái)數(shù)。本工程設(shè)計(jì)有能量平衡一體閥，通過(guò)檢測(cè)能量平衡一體閥門(mén)實(shí)時(shí)開(kāi)度來(lái)確定最不利末端支路及其對(duì)應(yīng)實(shí)時(shí)壓差設(shè)定值。（為了能更加節(jié)能運(yùn)行，設(shè)置BAS群控系統(tǒng)對(duì)制冷主機(jī)、冷凍水泵及其相關(guān)水路電動(dòng)閥進(jìn)行群控）。

④空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量耗功率均滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50189-2015表4.3.22中的相關(guān)規(guī)定。

⑤每臺(tái)空調(diào)器及接片區(qū)風(fēng)機(jī)盤(pán)管的冷凍水支路上的回水管均配置可視化能量平衡一體閥，可實(shí)現(xiàn)各水平支路的動(dòng)態(tài)流量平衡，避免支路過(guò)流的現(xiàn)象，同時(shí)可遠(yuǎn)程收集各個(gè)支路的實(shí)際流量，以作冷源站的末端水流量使用依據(jù)，實(shí)現(xiàn)冷凍水系統(tǒng)可視化管理的目的[6]。

⑥變頻空調(diào)器控制（風(fēng)機(jī)風(fēng)量≥10000CMH的空調(diào)器采用變頻控制）頻率控制：檢測(cè)回風(fēng)溫度（T回），當(dāng)T回＜T設(shè)（設(shè)定值）時(shí)，變頻調(diào)小空調(diào)機(jī)組風(fēng)量；當(dāng)T回＞T設(shè)時(shí)，變頻調(diào)大空調(diào)機(jī)組風(fēng)量，維持T回恒定在設(shè)定值。水閥控制：檢測(cè)送風(fēng)溫度（T送），冷水閥執(zhí)行器自動(dòng)調(diào)節(jié)，維持T送恒定在設(shè)定值。當(dāng)風(fēng)機(jī)頻率不能往下調(diào)低時(shí)，檢測(cè)回風(fēng)溫度，冷水閥執(zhí)行器自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，維持T回恒定在設(shè)定值。

⑦風(fēng)管和水管的絕熱保溫材料的材質(zhì)和厚度選擇符合節(jié)能規(guī)范的要求；空調(diào)供冷水管與風(fēng)管設(shè)置隔汽層與保護(hù)層[6]。

⑧冷凍水泵變頻控制，使系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行。空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)采用自動(dòng)控制，不僅改善了空調(diào)房間的舒適度，而且避免了由于溫度過(guò)高或異常運(yùn)行而造成能源的浪費(fèi)。

⑨自清潔初、中效過(guò)濾裝置自動(dòng)定時(shí)清潔灰塵，免人工維護(hù)以及避免阻力增大，增加能耗。

⑩宴會(huì)廳區(qū)域設(shè)置二氧化碳及污染物（甲醛+TVOC）濃度探頭，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析并與新風(fēng)調(diào)節(jié)閥或新風(fēng)機(jī)組聯(lián)動(dòng)，當(dāng)濃度超標(biāo)時(shí)自動(dòng)調(diào)大新風(fēng)調(diào)節(jié)閥或開(kāi)啟新風(fēng)機(jī)組。

5 通風(fēng)系統(tǒng)及防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 通風(fēng)系統(tǒng)

制冷機(jī)房事故通風(fēng)換氣次數(shù)不小于12次/h計(jì)算。高壓配電房、發(fā)電機(jī)房、辦公商業(yè)配電房的系統(tǒng)通風(fēng)量按換氣次數(shù)不小于15次/h計(jì)算或按設(shè)備發(fā)熱量計(jì)算。廚房排油煙經(jīng)油煙罩初步處理后，通過(guò)豎向井道至塔樓屋頂，經(jīng)高壓靜電油煙凈化器處理后，排風(fēng)機(jī)在屋面，排油煙風(fēng)機(jī)及油煙凈化處理設(shè)備設(shè)置于塔樓屋頂。廚房平時(shí)排風(fēng)系統(tǒng)兼用于事故排風(fēng)，事故排風(fēng)換氣次數(shù)不小于12次/h。

5.2 防煙系統(tǒng)

為了確?；馂?zāi)時(shí)該建筑內(nèi)人員的安全性，防煙樓梯間及其前室、合用前室均設(shè)有加壓送風(fēng)系統(tǒng)，使其處于正壓狀態(tài)（設(shè)計(jì)參數(shù)：防煙樓梯間50Pa；防煙樓梯間前室、合用前室25Pa），加壓送風(fēng)口通常采用電動(dòng)式百葉風(fēng)口并設(shè)置多葉調(diào)節(jié)閥，風(fēng)速應(yīng)控制在7m/s，加壓送風(fēng)的管道多采用金屬管道且風(fēng)速應(yīng)控制在20m/s。加壓送風(fēng)機(jī)安裝在避難層機(jī)房。每組機(jī)械防排煙機(jī)系統(tǒng)均與該組各層的煙感信號(hào)聯(lián)系，當(dāng)接到火警訊號(hào)，與其聯(lián)鎖的加壓送風(fēng)系統(tǒng)及排煙系統(tǒng)隨即開(kāi)啟，同時(shí)其防火區(qū)內(nèi)的空調(diào)及通風(fēng)設(shè)備均停止運(yùn)行。

5.3 排煙系統(tǒng)

地下停車(chē)庫(kù)采用機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，排風(fēng)換氣次數(shù)不少于6次，補(bǔ)風(fēng)按排風(fēng)量80%，車(chē)庫(kù)內(nèi)設(shè)一氧化碳濃度探測(cè)系統(tǒng)，并與車(chē)庫(kù)通風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)；停車(chē)庫(kù)的通風(fēng)系統(tǒng)兼作消防時(shí)排煙系統(tǒng)。其他不滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016-2014（2018版）第8.5條文規(guī)定的房間及走道均設(shè)置了機(jī)械排煙系統(tǒng)。一層大堂單獨(dú)采用機(jī)械排煙系統(tǒng)，排煙機(jī)設(shè)置于六層架空綠化層排煙機(jī)房，3～11層、13～24層、26～32層、34～36層、38～47層分別設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng)，所采用的消防軸流風(fēng)機(jī)設(shè)置于屋面層或避難層的獨(dú)立排煙機(jī)房?jī)?nèi)。各防煙分區(qū)的排煙量按照《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51251-2017的相關(guān)要求計(jì)算。

6 結(jié)論

針對(duì)超高層綜合樓高大、體積大、業(yè)態(tài)繁多、空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，在通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)對(duì)空調(diào)冷熱源系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)性比選，對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)需科學(xué)合理的豎向分區(qū)，優(yōu)化自控節(jié)能設(shè)計(jì)，從而減少初期建設(shè)成本和運(yùn)行管理年費(fèi)用。同時(shí)通過(guò)工程實(shí)例，對(duì)超高層綜合樓通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了分析介紹總結(jié)，這為后續(xù)同類(lèi)型超高層綜合樓通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了有一定價(jià)值的參考。