梁揚(yáng) 葉俊明 黃開宏

鄭州某超高層空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

梁揚(yáng) 葉俊明 黃開宏

柏誠(chéng)工程技術(shù)（北京）有限公司

簡(jiǎn)要介紹鄭州市某棟綜合體超高層的冷熱源，空調(diào)、采暖、通風(fēng)、防排煙、節(jié)能環(huán)保及計(jì)量，同時(shí)討論空調(diào)水系統(tǒng)壓力分區(qū)，冷凍水大溫差。

超高層建筑空調(diào)系統(tǒng)水系統(tǒng)壓力分區(qū)冷凍水大溫差

1工程概況

本項(xiàng)目地處河南省鄭州市。項(xiàng)目分為南、北兩地塊。北地塊地上部分稱為北塔，南地塊地上部分稱為南塔。項(xiàng)目業(yè)態(tài)分別為辦公樓、會(huì)所、公寓、商業(yè)。項(xiàng)目總建筑面積約63萬(wàn)m2（地上）及17萬(wàn)m2（地下）；北塔建筑面積共計(jì)298,796m2，建筑高度300m，包含業(yè)態(tài)為辦公樓、商業(yè)。南塔建筑面積共計(jì)312,240m2，建筑高度299m，包含業(yè)態(tài)為會(huì)所、公寓、辦公樓、商業(yè)。

2空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

2.2設(shè)計(jì)負(fù)荷

項(xiàng)目設(shè)計(jì)負(fù)荷如圖1所示，其中：

北塔設(shè)計(jì)負(fù)荷：辦公空調(diào)冷負(fù)荷為24000kW（6800RTons），空調(diào)熱負(fù)荷為16.7MW。商業(yè)空調(diào)冷負(fù)荷為5300kW（1500RTons），空調(diào)熱負(fù)荷為2.9MW。

南塔設(shè)計(jì)負(fù)荷：辦公空調(diào)冷負(fù)荷為18000kW（5100RTons），空調(diào)熱負(fù)荷為12.5MW。商業(yè)空調(diào)冷負(fù)荷為7600kW（2200RTons），空調(diào)熱負(fù)荷為4.2MW。公寓會(huì)所空調(diào)冷負(fù)荷為6000kW（1700RTons），空調(diào)熱負(fù)荷為5.1MW，生活熱水負(fù)荷為3.5MW。

表1室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3冷熱源

北塔辦公設(shè)置3臺(tái)1700RTons高壓離心冷水機(jī)組，2臺(tái)850RTons離心式冷水機(jī)組；4臺(tái)4.2MW真空熱水鍋爐。由于燃?xì)夤緦?duì)于本項(xiàng)目已有明確實(shí)施政策（冬、夏季均需使用燃?xì)猓彼虡I(yè)設(shè)置3臺(tái)550RTons溴化鋰直燃機(jī)組。冷卻塔與制冷機(jī)組相互對(duì)應(yīng)，布置于在裙房屋面。

圖1項(xiàng)目設(shè)計(jì)負(fù)荷

南塔辦公設(shè)置2臺(tái)1700RTons高壓離心冷機(jī)及2臺(tái)850RTons離心式冷水機(jī)組；4臺(tái)3.5 MW真空熱水鍋爐。南塔商業(yè)設(shè)置3臺(tái)800RTons溴化鋰直燃機(jī)組。公寓會(huì)所設(shè)置2臺(tái)700RTons離心式冷水機(jī)組，1臺(tái)350RTons螺桿式冷水機(jī)組；3臺(tái)2.8MW真空熱水鍋爐。冷卻塔與制冷機(jī)組相互對(duì)應(yīng)，布置于在裙房屋面。

2.4網(wǎng)絡(luò)機(jī)房冷卻塔考慮

該項(xiàng)目采用中央輔助冷卻水系統(tǒng)供辦公24小時(shí)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房使用：本系統(tǒng)為辦公樓各出租單位的網(wǎng)絡(luò)機(jī)房提供冷卻水的系統(tǒng)裝置。在辦公樓豎井中安裝冷卻水供回水立管，并在每一層預(yù)留接口。當(dāng)租戶需要使用時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況自行安裝接駁。冷卻量按照辦公面積：15～20W/m2設(shè)計(jì)。辦公網(wǎng)絡(luò)機(jī)房24小時(shí)冷卻水系統(tǒng)采用閉式冷卻塔，考慮到冷塔承壓?jiǎn)栴}，高區(qū)冷卻塔及其循環(huán)泵分別設(shè)置于塔樓屋面，提供F43～頂層網(wǎng)絡(luò)機(jī)房冷卻水；低區(qū)冷卻塔設(shè)置于裙樓屋面、循環(huán)泵設(shè)置于地下室。該冷卻系統(tǒng)提供F01～F40層網(wǎng)絡(luò)機(jī)房冷卻水。

2.5水系統(tǒng)壓力分區(qū)

考慮本項(xiàng)目高度較高，包含三個(gè)避難層，一次供水直接送至最高區(qū)，對(duì)設(shè)備承壓要求較高。故采用分段換熱斷壓輸送。若在兩個(gè)避難層設(shè)置兩個(gè)換熱機(jī)房斷壓，則會(huì)引起高區(qū)供水溫度較高，導(dǎo)致末端換熱衰減；若采取一個(gè)換熱機(jī)房，在第一個(gè)設(shè)備層斷壓，則高區(qū)末端壓力過大；若采取在低區(qū)設(shè)備層設(shè)置兩個(gè)換熱機(jī)房，則較好地解決供水溫度及末端承壓的問題。水系統(tǒng)分為低、高兩個(gè)區(qū)，高區(qū)又再分為高i區(qū)與高ii區(qū)，制冷機(jī)房設(shè)置在地下，低區(qū)為制冷機(jī)房至100m，高i區(qū)為100～200m，高ii區(qū)為200～300m。板式換熱器作為隔絕靜水壓力的方式，低區(qū)壓力均不超過1.6MPa，高i區(qū)壓力均不超過1.6MPa，高ii區(qū)的水泵、換熱器壓力不超過2.5MPa，末端空調(diào)設(shè)備壓力不超過1.6MPa。制冷機(jī)房供回水溫度為5.5/12℃，高i區(qū)與高ii區(qū)供回水溫度為7/13℃。該壓力分區(qū)的優(yōu)點(diǎn)：a）僅經(jīng)過一次換熱，最高供回水溫度不超過7/13℃，對(duì)末端供冷量影響較小；b）超過1.6 MPa的高承壓設(shè)備僅為設(shè)備層的高ii區(qū)板換與水泵并同層閥門，對(duì)整體造價(jià)影響極小。所有末端設(shè)備的承壓均在1.6MPa以下。具體見圖2。

圖2水系統(tǒng)壓力分區(qū)

2.6空調(diào)末端

本項(xiàng)目單層面積較小，進(jìn)深較淺，為降低初投資及提高輸送能效比，故辦公標(biāo)準(zhǔn)層采用兩管制的風(fēng)機(jī)盤管加預(yù)處理新風(fēng)系統(tǒng)。新風(fēng)機(jī)組按照防火分區(qū)每層設(shè)置，通過專屬豎井引入新風(fēng)及排風(fēng)，總新、排風(fēng)由避難層熱回收機(jī)組集中處理后于避難層百葉引入及排放。新風(fēng)處理機(jī)均考慮配置初、中效過濾段、表冷段，加熱段、加濕段、過濾段及UV-C空氣凈化模塊。考慮冬季末端加熱特性，本項(xiàng)目采用濕膜加濕方式。辦公大堂采用兩管制全空氣定風(fēng)量系統(tǒng)，末端采用旋流風(fēng)口下送，夏季供冷風(fēng)，冬季送熱風(fēng)。為改善大堂的熱舒適性，緩解冷風(fēng)侵入及熱風(fēng)難以下送的問題，大堂設(shè)置地板輻射采暖系統(tǒng)。

3空氣質(zhì)量

在保證室內(nèi)空氣質(zhì)量方面，該項(xiàng)目對(duì)廚房油煙，車庫(kù)及PM2.5污染采取處理措施。廚房通風(fēng)系統(tǒng)由排風(fēng)機(jī)、補(bǔ)風(fēng)機(jī)以及廚房排油煙凈化設(shè)備組成。由于油煙需于裙樓屋面排放，為滿足飲食行業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求，廚房的廢氣需先經(jīng)運(yùn)水煙罩或UV罩（由廚房設(shè)備廠家提供）處理，如達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，再經(jīng)靜電除油凈化，經(jīng)過處理的廢氣在裙房屋頂排至室外。此外，廚房的送、排風(fēng)機(jī)考慮變頻風(fēng)機(jī)以達(dá)到節(jié)能及配合二次調(diào)整的目的。廚房的灶前補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)（KOAF）冬季要經(jīng)過濾及預(yù)熱后（12℃）送入室內(nèi)，并同時(shí)輔助一臺(tái)PAU機(jī)組對(duì)廚房?jī)?nèi)人員工作區(qū)進(jìn)行崗位送風(fēng)及換氣處理。當(dāng)熱炒時(shí)段，開啟排油煙風(fēng)機(jī)、灶前補(bǔ)風(fēng)機(jī)（KOAF）及全面送風(fēng)機(jī)（PAU），同時(shí)滿足廚房負(fù)壓。當(dāng)非熱炒時(shí)段，開啟全面通風(fēng)排風(fēng)機(jī)及全面送風(fēng)機(jī)（PAU），同時(shí)滿足廚房負(fù)壓。地下車庫(kù)空氣由于車尾氣的排放，降低了地下車庫(kù)空氣質(zhì)量。所以在車庫(kù)有機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)和補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。排風(fēng)換氣次數(shù)為6次/h[1]；排風(fēng)系統(tǒng)由排風(fēng)機(jī)和射流誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)組成。車庫(kù)內(nèi)設(shè)計(jì)射流誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)，不僅可以減少風(fēng)管的截面、減小占用標(biāo)高空間，而且可以提高通風(fēng)換氣的效果。地庫(kù)的補(bǔ)風(fēng)量為排風(fēng)量的80%。地下車庫(kù)排風(fēng)、補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)按高、低峰時(shí)段高、低速及臺(tái)數(shù)控制運(yùn)行。近年室外空氣質(zhì)量變差，主要由工業(yè)，燃煤及公路汽車的廢氣排放引起。最近PM2.5污染物較受關(guān)注。PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5μm的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的標(biāo)準(zhǔn)，取24h允許平均值25μg/m3[2]，為設(shè)計(jì)要求送風(fēng)PM2.5含塵濃度。初級(jí)過濾按照計(jì)重過濾分級(jí)，對(duì)2.5μm粒徑以下的顆粒沒有明顯過濾效果，故過濾2.5μm粒徑以下的顆粒主要依靠于中效過濾器。根據(jù)鄭州室外空氣質(zhì)量情況，按照EN 779:2012的空氣過濾器分級(jí)情況，選用F7級(jí)過濾器可將新風(fēng)控制在要求含塵濃度內(nèi)。

4生命安全系統(tǒng)

防排煙系統(tǒng)主要是由樓梯正壓送風(fēng)系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)及相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成，而樓梯正壓送風(fēng)系統(tǒng)則包括疏散樓梯及合用前室（包括消防電梯前室）正壓送風(fēng)系統(tǒng)。在防煙系統(tǒng)方面對(duì)需要設(shè)加壓送風(fēng)的所有疏散樓梯間、消防電梯前室、合用前室、避難層分別設(shè)置各自獨(dú)立的機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，向上述區(qū)域加壓送風(fēng)，使其處于正壓狀態(tài)。設(shè)計(jì)參數(shù)為防煙樓梯50Pa、合用前室25Pa[1]，以阻止煙氣的滲入，以便建筑內(nèi)的人能安全離開。加壓送風(fēng)機(jī)分別設(shè)在避難層；地上和地下樓梯間加壓送風(fēng)系統(tǒng)分別設(shè)置；樓梯合用前室及樓梯間的加壓送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置壓差旁通防止超壓的措施；避難層設(shè)置獨(dú)立的機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)；在排煙系統(tǒng)方面本項(xiàng)目設(shè)置了塔樓排煙，不滿足自然排煙條件的機(jī)械排煙系統(tǒng)及商場(chǎng)中庭排煙系統(tǒng)。由于本項(xiàng)目為超高層類別，受室外風(fēng)壓影響較大，故辦公室內(nèi)部不考慮自然排煙的方式，考慮機(jī)械排煙系統(tǒng)，排煙風(fēng)井設(shè)置于每層核心筒內(nèi)。辦公標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)走道提供機(jī)械排煙系統(tǒng)，機(jī)械排煙系統(tǒng)將按豎向布置，每層設(shè)4個(gè)常閉型排煙風(fēng)口。排煙風(fēng)機(jī)分別于各個(gè)避難層、設(shè)備層設(shè)置。項(xiàng)目商場(chǎng)中庭超過12m高，所以設(shè)置中庭機(jī)械排煙系統(tǒng)，排煙風(fēng)機(jī)設(shè)置于商業(yè)屋面，按照換氣次數(shù)計(jì)算排煙量，并采用自然補(bǔ)風(fēng)方式。在鍋爐房及廚房設(shè)置了事故排風(fēng)系統(tǒng)。南北塔辦公各設(shè)獨(dú)立鍋爐房供空調(diào)采暖使用。鍋爐房及燃?xì)獗黹g要求設(shè)置泄爆。并且設(shè)置平時(shí)通風(fēng)兼事故通風(fēng)系統(tǒng)。鍋爐房排煙考慮于裙房屋面排放，需得到當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門的認(rèn)可，建筑內(nèi)的鍋爐排煙管道采用防火包裹。設(shè)在建筑內(nèi)的各商用廚房，均設(shè)有燃?xì)庑孤┨綔y(cè)系統(tǒng)及事故排風(fēng)裝置，當(dāng)廚房?jī)?nèi)燃?xì)鉂舛瘸^額定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，事故排風(fēng)機(jī)將開啟，同時(shí)切斷緊急供氣閥門。廚房的事故排風(fēng)機(jī)與廚房排油煙機(jī)設(shè)置各自獨(dú)立的設(shè)備及管路。

5節(jié)能措施

1）冷凍水大溫差會(huì)使制冷機(jī)的效率略微減小，但是大溫差帶來(lái)的小流量、低阻力所大幅度降低循環(huán)水泵的電耗已經(jīng)超過制冷機(jī)效率降低的負(fù)面效應(yīng)。另外，流量減少也會(huì)直接減小水系統(tǒng)的管徑，從而會(huì)減少管道的投資和安裝費(fèi)用。同時(shí)超高層部分采用大溫差也可以降低高區(qū)由于換熱后的溫度衰減對(duì)于風(fēng)盤制冷量的相關(guān)不利影響。如表2可以看出，低區(qū)的供回水溫度為5.5/12℃，末端的制冷效率高于常規(guī)水溫差下的制冷效率；而高區(qū)的7/13℃較常規(guī)水溫差的效率只衰減不到10%。

表2風(fēng)機(jī)盤管各大溫差冷量

2）空調(diào)冷、熱水系統(tǒng)采用一次泵變流量，當(dāng)冷水機(jī)組運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)器的供回水溫差基本恒定，蒸發(fā)側(cè)流量隨負(fù)荷側(cè)流量變化而變化，從而達(dá)到按需供應(yīng)，并使得降低水泵在部分負(fù)荷時(shí)的供水量成為可能，最終降低系統(tǒng)運(yùn)行能耗。

3）循環(huán)水泵的選型均參照的是最大制冷和采暖負(fù)荷，而實(shí)際運(yùn)行中部分負(fù)荷是最常見的。變頻循環(huán)泵系統(tǒng)就是令水泵的轉(zhuǎn)速根據(jù)冷/熱負(fù)荷的變化而變化，從而減少電力消耗，減少運(yùn)行費(fèi)用。

4）排風(fēng)熱回收。由于健康、衛(wèi)生和舒適的需要，建筑當(dāng)中需要排出大量污濁的空氣，補(bǔ)入新鮮的空氣。通過熱（顯熱、全熱）回收裝置回收排風(fēng)中的能量，用于對(duì)新風(fēng)預(yù)加熱/制冷，可以大大減少由于引入新風(fēng)而帶來(lái)的能源消耗。

6能源計(jì)量系統(tǒng)

出于運(yùn)營(yíng)管理和節(jié)能的需要，并作為市政、物業(yè)收費(fèi)的依據(jù)，項(xiàng)目將對(duì)耗電量較大的用電設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立的分項(xiàng)計(jì)量。這可以及時(shí)了解和掌握這些設(shè)備的能耗水平和能耗結(jié)構(gòu)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并可針對(duì)性地提出改進(jìn)措施。進(jìn)行電耗獨(dú)立分項(xiàng)計(jì)量：a）制冷機(jī)、冷卻塔風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵的電耗單獨(dú)計(jì)量；b）鍋爐房（直燃機(jī)房）安裝燃?xì)庥?jì)量表；c）冬季在換熱機(jī)房?jī)?nèi)對(duì)來(lái)自鍋爐房（或市政熱力）的高溫?zé)崴肟谠O(shè)置熱水計(jì)量能量表，以此作為空調(diào)熱水的收費(fèi)依據(jù)。

7總結(jié)

本文基于鄭州某超高層實(shí)際應(yīng)用案例分析，對(duì)300m高的大型公共建筑的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行梳理。關(guān)于水系統(tǒng)分區(qū)對(duì)設(shè)備承壓進(jìn)行比對(duì)，在經(jīng)過一次換熱后，通過提高高區(qū)換熱器的承壓，來(lái)有效減低制冷機(jī)組的承壓。關(guān)于PM2.5的去除，根據(jù)室外氣象參數(shù)，須應(yīng)用歐標(biāo)F7等級(jí)過濾器。為保證高區(qū)空調(diào)末端制冷量衰減不影響設(shè)備選型，須加大一次冷機(jī)側(cè)出水的供回水溫差。

[1]全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-暖通空調(diào)·動(dòng)力[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009

[2]世界衛(wèi)生組織.空氣質(zhì)量準(zhǔn)則[S].2005

HVAC Sys te m De s ign of a Supe r Highris e in Zhe ngzhou

LIANG Yang,YAP Chuen-meng,HUANG Kai-hong
Parsons Brinckerhoff Engineering and Technology(Beijing)Pte Ltd.

This paper presents a brief introduction on design of heating,ventilation and air conditioning,smoke control, energy conservation and metering systems of a super highrise building in Zhengzhou.Subjects like chilled water pressure zoning,chilled water large temperature difference were discussed.

super highrise building,HVAC system,chilled water pressure zoning,chilled water large temperature difference

1003-0344（2014）05-088-4

2013-7-23

葉俊明（1967～），男，碩士；北京市朝陽(yáng)區(qū)工體北路甲2號(hào)盈科中心B座16層柏誠(chéng)工程技術(shù)（北京）有限公司（100027）；

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