張鵬

深圳市建筑設計研究總院有限公司

1 工程概況

深圳水貝國際珠寶中心（見圖1）位于深圳市羅湖區(qū)，總建筑面積約8.8萬m2，地下室共4層，地上34層，建筑高度197.75 m。其中地下4層～地下2層為機動車庫和設備用房，制冷機房位于地下4層，地下1層為商業(yè)和設備用房，裙房1～5層為商業(yè)，塔樓6層為避難層/架空層，塔樓7～13層、16～21層、23～25層、28～34層為辦公，塔樓14、22、27層為避難層，塔樓15、26層為架空層。

圖1 深圳水貝國際珠寶中心效果圖

2 冷源系統設計

本工程逐時冷負荷綜合最大值為9100 kW，其中商業(yè)部分冷負荷為3200 kW，辦公部分冷負荷為5900 kW。由于建設單位要求本工程只設置一套冷源系統，考慮到商業(yè)和辦公在使用時間上存在較大差異，且項目投入運營后，商業(yè)和辦公的入駐率是逐步提高的，冷源系統的數量和單機容量既要滿足最大冷負荷要求，又能實現在部分負荷下高效運行[1]，因此本工程冷源采用制冷量為3170 kW的水冷離心式冷水機組2臺和制冷量為1407 kW的水冷螺桿式冷水機組2臺。冷水機組供回水溫度為5.5℃/10.5℃，冷卻水的設計供回水溫度為32℃/37℃。

3 空調水系統設計

3.1 豎向分區(qū)設計

影響空調水系統豎向分區(qū)的因素主要是設備及管道的承壓和能源利用效率。理論上講，若不考慮設備及管道的承壓問題，采用“一泵到頂”的方式，由于沒有中間換熱過程，能源利用效率最高[2]。

本工程制冷機房位于地下4層，其地面相對標高為-20.400 m，塔樓屋面相對標高為180.550 m，兩者高差超過200 m，若采用“一泵到頂”的方式，則冷水機組、水泵以及建筑底部的空調末端設備的承壓能力必須達到2.5 MPa級別。但在目前市場上，常規(guī)冷水機組的最大承壓為2.0 MPa（非標產品可達3.0 MPa），風機盤管和空調機組的最大承壓為1.6 MPa[3]，無法滿足要求。因此，結合本工程避難層（設備層）的設置，在14層設置板式換熱器，將空調水系統分為高低區(qū)。低區(qū)為地下4層至14層，建筑高差為92.7 m，考慮水泵揚程后系統承壓不超過1.6 MPa；高區(qū)為14層至34層，建筑高差為113.05 m，考慮水泵揚程后系統承壓亦不超過1.6 MPa。

3.2 冷水系統設計

本工程空調水系統低區(qū)采用一次泵變流量系統。冷水機組變流量運行，最小流量為額定流量的45%，流量允許變化率為每分鐘30%，冷水泵與冷水機組一一對應，4用2備，變頻運行，轉速由低區(qū)最不利環(huán)路末端設備壓差控制。為方便管理、計量和后期拓展，低區(qū)通過分集水器共設置4個回路，分別為商業(yè)回路、低區(qū)辦公回路、高區(qū)辦公換熱回路（接板式換熱器）和預留回路。低區(qū)空調水系統采用膨脹水箱補水定壓，膨脹水箱置于15層架空層。若按常規(guī)做法，將定壓點設置在循環(huán)水泵的吸入端，循環(huán)水泵設置在冷水機組的進水端，僅系統的靜水壓力就達到0.942 MPa，再加上水泵揚程，冷水機組的承壓必須達到1.6 MPa。考慮盡量減少設備初投資，本工程將循環(huán)水泵設置在冷水機組的出水端，定壓點設置在集水器，這樣冷水機組的承壓為1.0 MPa即可。圖2為中央空調水系統示意圖。

圖2 中央空調水系統示意圖

本工程空調水系統高區(qū)供回水溫度為7℃/12℃，冷水泵與板式換熱器一一對應，2用1備，變頻運行，轉速由高區(qū)最不利環(huán)路末端設備壓差控制。高區(qū)空調水系統采用膨脹水箱補水定壓，膨脹水箱置于192.6 m標高設備間。循環(huán)水泵設置在板式換熱器的出水端，定壓點設置在板式換熱器的進水端，系統靜水壓力為1.266 MPa，板式換熱器的承壓確定為1.6 MPa。

3.3 冷卻水系統設計

本工程在6層架空層設置4臺超低噪聲橫流式冷卻塔，與冷水機組一一對應，冷卻塔風機變頻運行，轉速由冷卻塔出水溫度控制，冷卻塔出水溫度根據室外濕球溫度取4.5℃逼近度。冷卻水泵與冷水機組一一對應，4用2備，變頻運行，轉速由冷卻塔進出水溫差控制，目標溫差為5℃。

3.4 辦公24 h冷卻水系統設計

為服務辦公用戶計算機網絡系統，本工程設置獨立的24 h冷卻水系統（圖3）?？紤]后期業(yè)態(tài)變化的不確定性，辦公服務器冷負荷暫按1000 kW預留，在塔樓188.6 m標高設備平臺設置2臺超低噪聲橫流式冷卻塔，1用1備，冷卻塔風機變頻運行，冷卻水進出水溫度為35℃/30℃。

圖3 辦公24 h冷卻水系統示意圖

塔樓7層為最底層辦公，其地面相對標高為37.8 m，與冷卻塔高差超過150 m，若要將辦公區(qū)域機房空調冷凝器承壓控制在1.6 MPa及以下，必須進行豎向分區(qū)，因此在14層避難層（設備層）設置2臺板式換熱器，1用1備，將24 h冷卻水系統分為高低區(qū)。低區(qū)為7層至14層，建筑高差為34.5 m，考慮水泵揚程后系統承壓不超過1.0 MPa；高區(qū)為14層至188.6 m標高，建筑高差為121.1 m，水泵揚程為36 m，系統承壓為1.571 MPa。

24 h冷卻水系統高區(qū)共設2個回路，分別為高區(qū)辦公回路和低區(qū)辦公換熱回路（接板式換熱器）。在14層避難層（設備層）板式換熱器的進水端設置2臺循環(huán)水泵，1用1備，變頻運行，轉速由高區(qū)最不利環(huán)路末端設備壓差控制。

24 h冷卻水系統低區(qū)供回水溫度為32℃/37℃，在14層避難層（設備層）板式換熱器的出水端設置2臺循環(huán)水泵，1用1備，變頻運行，轉速由低區(qū)最不利環(huán)路末端設備壓差控制。24 h冷卻水系統低區(qū)采用膨脹水箱補水定壓，膨脹水箱置于15層架空層，定壓點設置在循環(huán)水泵的吸入端。

4 空調風系統設計

本工程塔樓辦公部分采用風機盤管加新風系統，同時設置排風系統，保持辦公區(qū)域的微正壓。為了保證建筑立面的完整性，辦公標準層無法設置百葉風口，新（排）風只能通過避難層（設備層）引入（排出）。

辦公部分空調風系統豎向分為3段，其中7層至13層為低區(qū)，16層至21層、23層至25層為中區(qū)，28層至34層為高區(qū)。為盡量減小標準層新、排風管截面尺寸，減少管道交叉，提高吊頂高度，本工程在塔樓核心筒的南、北兩側分別設置新、排風豎井。低、中、高區(qū)分別在14層、22層、27層避難層（設備層）的南、北兩側各設置1臺排風熱回收新風處理機組，辦公排風通過排風豎井分別引至各區(qū)排風熱回收新風處理機組，對新風進行預處理后排至室外，新風通過排風熱回收新風處理機組回收部分排風能量后，再集中處理至室內狀態(tài)點，通過新風豎井送至辦公區(qū)域。

5 BIM技術應用

本工程建筑造型的靈感來源于挺拔、俊逸的竹子，為了實現這種建筑形象，同時滿足各功能使用要求，包括暖通專業(yè)在內的各個專業(yè)在設計上都極為復雜，而利用BIM技術建立的三維可視化模型可以直觀、準確的反映各專業(yè)構件、管道的空間相對位置，當有局部沖突或不滿足凈空要求時，可在三維環(huán)境下進行優(yōu)化、調整，從而避免施工階段的返工。

圖4 深圳水貝國際珠寶中心暖通專業(yè)BIM模型

圖5 14層避難層（設備層）熱交換間BIM模型

6 結語

1）在進行超高層建筑空調水系統豎向分區(qū)設計時，為了盡量提高能源利用效率，在合理控制初投資的前提下，應最大限度的利用冷水機組、末端設備和管道的承壓能力，減少中間換熱過程。

2）對于冷水機組、循環(huán)水泵設置在超高層建筑最底層的情況，由于空調水系統本身靜水壓力大，且循環(huán)水泵揚程高，為了盡量降低冷水機組和循環(huán)水泵的承壓等級，可以采用循環(huán)水泵設置在冷水機組的出水端，定壓點設置在集水器的方案。

3）對于采用“垂直加水平”布置方式的空調風系統，可以根據建筑平面布局分散設置送、排風豎井，以減小水平風管截面尺寸，減少管道交叉，提高吊頂高度。

4）相比于傳統CAD的二維設計，BIM技術的三維可視化特點可以大幅提高設計精度，降低施工風險。