淺談長沙某超高層商業(yè)綜合體暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

宋君

摘要：本文介紹了長沙某超高層商業(yè)綜合體項目暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計。主要包括集中空調(diào)系統(tǒng)，通風防排煙系統(tǒng)以及節(jié)能措施。超高層商業(yè)綜合體的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計工作復雜，這需要設(shè)計人對項目整體有全局把控，充分了解項目特點及業(yè)主實際需求，以確保系統(tǒng)設(shè)計的可行性、合理性、經(jīng)濟性與可靠性。本文對該項目進行簡要介紹，并對設(shè)計做了一些總結(jié)，供初次接觸超高層暖通設(shè)計的同行交流學習。

關(guān)鍵詞：超高層商業(yè)綜合體；水系統(tǒng)分區(qū)；節(jié)能；燃氣管井通風

一、概述

改革開放40年來，社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，建筑領(lǐng)域作為國計民生的基礎(chǔ)領(lǐng)域，也得到了廣泛的重視與發(fā)展。特別是近幾年來，國內(nèi)超高層建筑建設(shè)猶如雨后春筍，建筑高度也一次次刷新祖國的天際線。暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計作為建筑機電設(shè)計當中的重要組成部分，業(yè)主也越來越重視，本文結(jié)合項目實際，分析超高層商業(yè)綜合體暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的難點與重點。

二、項目概況

本項目位于芙蓉區(qū)五一大道以北，燕山路以南，佳兆業(yè)廣場（在建）以東，芙蓉華天賓館以西。項目總用地22669㎡，總建筑面積：332008㎡。地上部分為裙房、東塔、西塔。其中東塔高299.60米，共57層，主要功能為辦公、超五星級酒店及商務(wù)會所。西塔高269.80米（后調(diào)整為303.00米），共64層，主要功能為酒店式辦公和商務(wù)會所。裙樓高34.10米，主要功能為酒店配套用房及商業(yè)。地下共6層，主要功能為地下車庫、設(shè)備用房及地下商業(yè)。

三、設(shè)計參數(shù)及冷熱負荷

（一）設(shè)計參數(shù)

（二）冷熱負荷

裙樓及地下商業(yè)，西塔酒店式辦公，東塔辦公，東塔酒店（包含裙樓酒店配套用房）空調(diào)冷熱負荷計算值如表3所示。

四、空調(diào)冷、熱源

根據(jù)項目業(yè)態(tài)的不同，充分考慮建設(shè)方要求以及項目后期的運營管理，本項目商業(yè)、西塔酒店式辦公、東塔辦公以及東塔酒店分別設(shè)置獨立的冷熱源系統(tǒng)。商業(yè)裙樓、西塔酒店式辦公、東塔辦公冷水機房設(shè)置于負六層，鍋爐房設(shè)置于負一層。東塔酒店冷水機房設(shè)置于負三層，鍋爐房設(shè)置于負一層。東塔酒店設(shè)兩臺2t/h蒸氣承壓鍋爐（一用一備），蒸汽壓力為1.0MPa，主要為洗衣房與空調(diào)加濕提供蒸汽，洗衣房蒸汽壓力為0.7MPa，空調(diào)加濕蒸汽壓力為0.3MPa。

五、空調(diào)水系統(tǒng)

空調(diào)水系統(tǒng)豎向分區(qū)的主要原因是隨著建筑高度的不斷增加，空調(diào)水系統(tǒng)工作壓力也逐漸增大，為了解決設(shè)備和管道系統(tǒng)的承壓問題，一般是采用設(shè)置板式換熱器進行豎向換熱分區(qū)，但是這樣的換熱分區(qū)不宜過多，因為如果中間換熱設(shè)備和分區(qū)循環(huán)泵增多，一方面增加了能源的轉(zhuǎn)輸能耗，另一方面，冷水經(jīng)換熱設(shè)備梯級換熱后溫度逐級升高，空調(diào)末端設(shè)備換熱面積將增大，設(shè)備投資相應(yīng)增加。同時，由于冷水溫度升高，末端設(shè)備的除濕能力將顯著下降。為了保證冷水有一定的除濕能力，一般要求冷水溫度≤8℃。為了保證冷水機組的效率，冷水機組的出水溫度也不能太低，換熱次數(shù)也不能太多，一般不超過兩次。這樣一來，就需要充分利用設(shè)備和管道系統(tǒng)承壓能力，在系統(tǒng)分區(qū)時，盡可能的用足一次水可能達到的高度，以減少豎向分區(qū)，達到節(jié)能設(shè)計的目的。目前市場主流設(shè)備廠家的冷水機組承壓能力為1.6MPa、2.0MPa?？照{(diào)機組、風機盤管機組的承壓能力為1.6MPa。板式換熱器的承壓能力為1.6MPa、2.0MPa、2.5MPa。水泵殼體的承壓能力為1.6MPa、2.0MPa、2.5MPa。閥門的承壓等級很多，可根據(jù)系統(tǒng)工作壓力選取，如1.6MPa、2.0MPa、2.5MPa、4.OMPa。管道連接：螺紋連接最大承壓不超過1.6MPa，普通焊接法蘭連接最大承壓為2.5MPa，特殊工藝的法蘭可以達到4.0MPa，甚至更高的承壓要求。焊接連接承壓可以達到管道本身的承壓要求。本次論文以西塔空調(diào)冷水系統(tǒng)作為舉例說明（熱水機房位于B1層，承壓范圍在冷水系統(tǒng)內(nèi)，故不做舉例說明）。西塔高度303.0米，共64層，分3個避難層，分別為20層（標高97.00m），35層（標高161.70m），50層（標高230.50m）。西塔制冷主機房位于地下B6層（標高-27.60m）。水系統(tǒng)初步考慮分3個區(qū)，板換分別設(shè)置在20層及50層，均采用壓入式。低區(qū)空調(diào)水系統(tǒng)（服務(wù)L7～L19層），冷凍水泵揚程34m，系統(tǒng)頂端（膨脹水箱處樓面高）106.8+1.5m（L20），系統(tǒng)底部（系統(tǒng)底層樓面標高）-27.6m（B6），系統(tǒng)垂直高度135.9m，系統(tǒng)底部水泵、主機承壓：2.0MPa，系統(tǒng)末端承壓1.6MPa，空調(diào)冷水系統(tǒng)供回水溫度6℃～12℃。中區(qū)空調(diào)水系統(tǒng)（服務(wù)L21～L49層），冷凍水泵揚程32m，系統(tǒng)頂端（膨脹水箱處樓面高）240.0+1.5m（L50），系統(tǒng)底部（系統(tǒng)底層樓面標高）97.0m（L20），系統(tǒng)垂直高度144.5m，系統(tǒng)底部水泵、板換承壓2.0MPa，系統(tǒng)末端承壓1.6MPa，空調(diào)冷水系統(tǒng)一次側(cè)供回水溫度6℃～12℃，空調(diào)冷水系統(tǒng)二次側(cè)供回水溫度7℃～13℃。高區(qū)空調(diào)水系統(tǒng)（服務(wù)L51～L62層），系統(tǒng)頂端（膨脹水箱處樓面高）303.0+1.5m（L63），系統(tǒng)底部（系統(tǒng)底層樓面標高）230.5m（L50），系統(tǒng)垂直高度74m，系統(tǒng)底部水泵、板換承壓1.0MPa，系統(tǒng)末端承壓1.0MPa，空調(diào)冷水系統(tǒng)一次側(cè)供回水溫度7℃～13℃，空調(diào)冷水系統(tǒng)二次側(cè)供回水溫度8℃～14℃。該方案系統(tǒng)最大承壓2.0MPa，末端最大承壓1.6MPa，方案基本合理，但是經(jīng)過了2次換熱，高區(qū)出水溫度達到了8℃，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)輸能耗較高，末端設(shè)備的除濕能力也急劇下降。故將系統(tǒng)做如下調(diào)整：將高區(qū)的板換由50層移至20層，高區(qū)空調(diào)水系統(tǒng)（服務(wù)L51～L62層），冷凍水泵揚程34m，系統(tǒng)頂端（膨脹水箱處樓面高）303.0+1.5m（L63），系統(tǒng)底部（系統(tǒng)底層樓面標高）97.0m（L20），系統(tǒng)垂直高度207.5m，系統(tǒng)設(shè)計壓力2.5MPa，系統(tǒng)底部水泵、板換承壓2.5MPa，系統(tǒng)末端承壓1.6MPa，空調(diào)冷水系統(tǒng)一次側(cè)供回水溫度6℃～12℃，空調(diào)冷水系統(tǒng)二次側(cè)供回水溫度7℃～13℃。由此可知，通過增加20層高區(qū)板換、水泵及部分管路的承壓，從而減少了一次中間換熱過程，二次側(cè)的供水溫度也從8℃降低為7℃，末端的除濕能力也得到了保障。

六、空調(diào)風系統(tǒng)

本項目大量使用排風熱回收系統(tǒng)，利用排風對新風進行預冷（熱）處理，降低新風負荷，熱回收裝置的效率不低于60%。大商業(yè)、餐廳、宴會廳等均采用全空氣系統(tǒng)，過渡季節(jié)可全新風運行，大幅降低了過渡季節(jié)的建筑能耗。

七、通風防排煙系統(tǒng)

本項目為超過250m的超高層建筑，根據(jù)消防審查專家意見，消防系統(tǒng)應(yīng)采取加強措施。本項目塔樓標準層均設(shè)置了機械排煙系統(tǒng)，玻璃幕墻外窗僅作為補風口。塔樓內(nèi)走道設(shè)置了機械排煙系統(tǒng)，并設(shè)置對應(yīng)的機械補風系統(tǒng)。防煙樓梯間及其前室及合用前室，避難層等均設(shè)置加壓送風系統(tǒng)，加壓送風系統(tǒng)均按避難層自然分段。本項目由于超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計和建筑形態(tài)原因，燃氣管道須設(shè)置于塔樓的核心筒內(nèi)，為了避免事故的發(fā)生，維持正常的工作秩序，借鑒同類項目的設(shè)計經(jīng)驗，采取如下加強措施：（1）設(shè)置獨立的燃氣管井，燃氣豎井的井壁耐火極限不低于1h；（2）燃氣立管外包金屬套管，金屬套管與立管之間留有適當?shù)目障?；?）燃氣豎井每層都采用不低于樓板耐火極限的不燃燒體進行隔斷。豎井與房間、走道等相連通的孔洞，其空隙應(yīng)采用不燃燒材料填塞密實。豎井上的檢查門采用不低于丙級的防火門。管井內(nèi)每層設(shè)一個燃氣濃度報警器；（4）為了防止樓層發(fā)生燃氣泄漏和累積，在燃氣管道井旁增加了兩個通風豎井，并在每層的通風豎井與燃氣管道井之間設(shè)置百葉風口和電動防火閥，通風井連接在避難層的防爆風機，為燃氣豎井進行機械通風。在正常情況下?lián)Q氣次數(shù)不小于6次/h，事故情況下?lián)Q氣次數(shù)不小于12次/h，事故通風系統(tǒng)與燃氣濃度檢測報警器聯(lián)動。

燃氣豎井通風設(shè)置示意圖

（5）燃氣豎井內(nèi)的燃氣立管、放散管采用FBE加強級防腐的無縫鋼管（工廠預制成品），盡量減少焊縫數(shù)。同時在管道外壁再涂刷兩遍環(huán)氧磷酸底漆、兩遍黃色聚氨酯面漆。管道豎井內(nèi)燃氣管道每層均噴涂紅色“燃氣管道”醒目字樣。管道豎井的燃氣管道盡量不設(shè)或少設(shè)閥門等附件，管道豎井內(nèi)燃氣管道設(shè)計壓力為10KPa，其管道內(nèi)燃氣實際運行壓力不大于3KPa。管道豎井內(nèi)各層燃氣管道采用活動支架固定，燃氣管道底部設(shè)承重支架支撐。

八、結(jié)語：

（一）本項目空調(diào)水系統(tǒng)將高區(qū)板換的設(shè)置位置從50層避難層調(diào)整到20層避難層，通過增加高區(qū)板換、水泵及部分管路的承壓，從而減少了一次中間換熱過程，達到了節(jié)能的目的。同時，二次側(cè)的供水溫度也降低為7℃，末端的除濕能力也得到了保障。

（二）超高層商業(yè)綜合體體量大，空調(diào)負荷大，建議盡可能的考慮能量的回收利用及過渡季節(jié)通風自然冷卻，以達到了節(jié)能的目的。

（三）超過250米的超高層建筑消防設(shè)計尚未有效規(guī)范可依，建議采取加強措施。本項目塔樓標準層設(shè)置了機械排煙系統(tǒng)，內(nèi)走道排煙設(shè)置了對應(yīng)的補風系統(tǒng)。

（四）超高層建筑應(yīng)避免將燃氣管道設(shè)置在核心筒內(nèi)，如必須設(shè)置，應(yīng)采取嚴格加強措施，以確保其消防安全。

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