某超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)承壓分析及設(shè)置

張葦葦 王瑛 徐丹 王雪松 劉曉慶

江蘇省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司

1 項(xiàng)目概況

新建某超高層建筑為集辦公、酒店和商業(yè)一體的綜合樓，項(xiàng)目位于南京市中心新街口地區(qū)?？偨ㄖ娣e約23.4 萬m2，其中地上17.7 萬m2，地下5.7 萬m2。建筑總高度360.0 m，裙樓建筑高度33.0 m，地下埋深-24.90 m。

地下共5 層。地下一層為商業(yè)、辦公大堂、機(jī)電用房，地下二層為酒店后勤、機(jī)電用房，地下三層為車庫、機(jī)電用房，地下四、五層為機(jī)動(dòng)車庫，地下五層局部為戰(zhàn)時(shí)人防。

裙樓共6 層。一至四層為商業(yè)，五層為酒店宴會(huì)廳，六層為機(jī)電用房加物管用房。

塔樓共76 層。一、二層為辦公和酒店大堂，三、四層為配套健身房，五層為酒店會(huì)議中心，七至五十八層為甲級(jí)辦公，六十至七十六層為酒店，六、十六、二十七、三十七、四十八、五十九、六十三層為避難兼機(jī)電用房層，七十五層為屋頂設(shè)備層。

2 空調(diào)系統(tǒng)及冷熱源形式

2.1 空調(diào)系統(tǒng)形式

酒店：大堂、宴會(huì)廳、大餐廳等采用一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)，客房、后勤用房、小餐廳、健身房等采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。

商業(yè)：公共區(qū)域采用一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)，商鋪采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。

辦公：大堂采用一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)；辦公樓層采用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，辦公室內(nèi)區(qū)采用單風(fēng)道變風(fēng)量末端，外區(qū)采用帶熱盤管并聯(lián)風(fēng)機(jī)型變風(fēng)量末端；電梯廳采用單風(fēng)道變風(fēng)量末端，衛(wèi)生間采用風(fēng)機(jī)盤管。

2.2 空調(diào)冷熱源

根據(jù)甲方要求，空調(diào)冷源采用水冷離心式冷水機(jī)組，供/回水溫度為6/12 ℃。由于受區(qū)域天然氣供氣壓力的限制，熱源采用燃?xì)獾偷淠簾崴仩t。該類型鍋爐常用供/回水溫度為80/60 ℃。由于酒店鍋爐同時(shí)為空調(diào)和生活熱水換熱器供熱，供/回水溫度需提高至85/65 ℃[1]。辦公和商業(yè)合用冷熱源系統(tǒng)，商業(yè)辦公中央冷源系統(tǒng)管道流程圖如圖1 所示，酒店設(shè)置獨(dú)立冷熱源系統(tǒng)，酒店中央冷源系統(tǒng)管道流程圖如圖2 所示。高區(qū)辦公和酒店在27 層避難層設(shè)熱交換機(jī)房，實(shí)現(xiàn)換熱。鍋爐房位于地下一層。酒店冷水機(jī)組和換熱機(jī)房位于地下二層并向地下三層降板，地板標(biāo)高-12.10 m。辦公和商業(yè)冷水機(jī)組和換熱機(jī)房位于地下三層并向地下四層降板，地板標(biāo)高-16.30 m。

圖1 商業(yè)辦公中央冷源系統(tǒng)管道流程圖

圖2 酒店中央冷源系統(tǒng)管道流程圖

3 常用設(shè)備及管道承壓能力

現(xiàn)有常用空調(diào)末端設(shè)備如風(fēng)機(jī)盤管、空調(diào)箱等中的換熱盤管允許最大工作壓力為1.6 MPa?？烧?qǐng)供應(yīng)商特制，但價(jià)格較高。

冷水機(jī)組蒸發(fā)器水箱承壓普通為1.0 MPa，可要求供貨商提高至2.0 MPa。

板式換熱器承壓普通為1.0 MPa，可要求供貨商提高至2.0、2.5 或3.2 MPa。

循環(huán)水泵運(yùn)行壓力普通為1.6 MPa，可要求供貨商提高至2.0、2.5 或3.2 MPa。

管道材料、連接及附件的工作壓力壓力等級(jí)有：1.0 MPa，1.6 MPa，2.5 MPa 和4.0 MPa。

4 空調(diào)水系統(tǒng)承壓分析

4.1 建筑豎向分區(qū)

建筑6 層以下為裙樓，標(biāo)高-16.30～27.6 m；裙房商業(yè)地下一層至四層，標(biāo)高-6.5～22.2 m。辦公樓層結(jié)合避難層分為：低一區(qū)7～15 層，標(biāo)高32.6～73.1 m；低二區(qū)17～26 層，標(biāo)高78.1～123.1 m；中區(qū)28～36 層，標(biāo)高129.1～171.6 m；高一區(qū)38～47 層，標(biāo)高176.6～221.6 m；高二區(qū)49～58 層，標(biāo)高226.6～271.6 m。60 層以上為酒店高區(qū)，標(biāo)高277.6～360.0 m。

4.2 空調(diào)水系統(tǒng)中間換熱器樓層選擇

建筑27 層避難層，底標(biāo)高123.1 m，頂標(biāo)高129.1 m，其頂至地下三層冷熱源機(jī)房最大高差為145.4 m，加水泵楊程約38 m，冷水機(jī)組的最大工作壓力1.834 MPa，冷熱源選擇承壓能力2.0 MPa 的冷水機(jī)組和板式換熱器及相關(guān)設(shè)施，能滿足承壓要求。

4.3 空調(diào)水系統(tǒng)豎向分區(qū)

辦公商業(yè)空調(diào)水系統(tǒng)27 層避難層以下為裙樓低區(qū)、辦公低一區(qū)和低二區(qū)，辦公空調(diào)末端系統(tǒng)最大高差為135.6 m，加約20 m 的系統(tǒng)水阻力，工作壓力約1.556 MPa，小于1.6 MPa，符合承壓要求。裙樓商業(yè)空調(diào)末端系統(tǒng)最大高差為28.7 m，加約20 m 的系統(tǒng)水阻力，工作壓力約0.487 MPa，小于1.6 MPa，符合承壓的要求。

辦公商業(yè)空調(diào)水系統(tǒng)27 層避難層以上為中區(qū)、高一區(qū)和高二區(qū)。高二區(qū)至27 層最大高差148.5 m，如加約20 m 的系統(tǒng)水阻力，水系統(tǒng)工作壓力約1.685 MPa，中區(qū)低部的空調(diào)末端設(shè)備承壓大于1.6 MPa，故高二區(qū)需與中區(qū)和高一區(qū)分設(shè)空調(diào)水系統(tǒng)。中區(qū)和高一區(qū)合用水系統(tǒng)，最大高差為98.5 m，加水泵楊程約38 m，工作壓力約1.365 MPa，小于1.6 MPa，板式換熱器、空調(diào)末端設(shè)備等均能符合承壓要求。高二區(qū)空調(diào)末端最大高差為45 m，加約20 m 的系統(tǒng)水阻力，工作壓力約0.65 MPa，小于1.0 MPa，符合承壓要求；高二區(qū)板式換熱器、循環(huán)水泵等仍布置于27 層，水系統(tǒng)工作壓力約1.685 MPa，采用承壓能力2.0 MPa 的板式換熱器及相關(guān)設(shè)施，能滿足承壓要求。

酒店空調(diào)水系統(tǒng)27 層避難層以下為裙樓低區(qū)，最大高差為45.1 m，加水泵楊程約38 m，工作壓力約0.831 MPa，小于1.6 MPa，板式換熱器、空調(diào)末端設(shè)備等均能符合承壓要求。

酒店空調(diào)水系統(tǒng)60 層以上為高區(qū)，板式換熱器設(shè)置在27 層，最大高差為236.9 m，加水泵楊程約38 m，水系統(tǒng)最大工作壓力約2.749 MPa，板式換熱器置于循環(huán)水泵吸入端，采用承壓能力2.5 MPa 的板式換熱器，既能滿足承壓要求。空調(diào)末端系統(tǒng)最大高差為82.4 m，加約20 m 的系統(tǒng)水阻力，工作壓力約1.024 MPa，小于1.6 MPa，符合承壓要求[2]。

5 空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)置

5.1 辦公商業(yè)空調(diào)水系統(tǒng)

根據(jù)甲方要求，商業(yè)空調(diào)水系統(tǒng)經(jīng)板式換熱器后成獨(dú)立系統(tǒng)，冷、熱水系統(tǒng)均在地下三層設(shè)換熱系統(tǒng)。冷水換熱后二次側(cè)供/回水溫度為7/13 ℃，熱水換熱后二次側(cè)供/回水溫度為60/50 ℃。板式換熱器承壓小于2.0 MPa，空調(diào)末端系統(tǒng)承壓小于1.0 MPa。

辦公低一區(qū)和低二區(qū)冷水采用冷水機(jī)組直供，供/回水溫度為6/12 ℃；熱水系統(tǒng)在加地下三層設(shè)換熱系統(tǒng)，熱水二次側(cè)供/回水溫度為60/50 ℃。冷水機(jī)組和板式換熱器承壓小于2.0 MPa，空調(diào)末端系統(tǒng)承壓小于1.6 MPa。

辦公中區(qū)和高一區(qū)水系統(tǒng)，冷、熱水系統(tǒng)均在27層設(shè)換熱系統(tǒng)。冷水換熱后二次側(cè)供/ 回水溫度為7/13 ℃，熱水換熱后二次側(cè)供/回水溫度為50/40 ℃。板式換熱器承壓小于2.0 MPa，空調(diào)末端系統(tǒng)承壓小于1.6 MPa。

辦公高二區(qū)水系統(tǒng)，冷、熱水系統(tǒng)均在27 層設(shè)換熱系統(tǒng)。冷水換熱后二次側(cè)供/回水溫度為7/13 ℃，熱水換熱后二次側(cè)供/回水溫度為50/40 ℃。板式換熱器承壓小于2.0 MPa，空調(diào)末端系統(tǒng)承壓小于1.0 MPa。

5.2 酒店空調(diào)水系統(tǒng)

酒店低區(qū)冷水如采用冷水機(jī)組直供，系統(tǒng)最大高差為135.2 m，加水泵楊程約38 m，工作壓力約1.732 MPa，大于1.6 MPa，不滿足空調(diào)末端設(shè)備承壓要求，故需經(jīng)板式換熱器后成獨(dú)立系統(tǒng)。冷、熱水系統(tǒng)低區(qū)在地下二層設(shè)換熱系統(tǒng)，高區(qū)在27 層設(shè)換熱系統(tǒng)?？照{(diào)水溫均采用二次側(cè)溫度：冷水供/ 回水溫度為7/13 ℃，熱水供/回水溫度為60/50 ℃。低區(qū)板式換熱器承壓小于2.0 MPa，空調(diào)末端系統(tǒng)承壓小于1.0 MPa。高區(qū)板式換熱器承壓小于2.5 MPa，空調(diào)末端系統(tǒng)承壓小于1.0 MPa。

6 總結(jié)

超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過分區(qū)設(shè)置板式換熱器分設(shè)獨(dú)立水系統(tǒng)，可以有效降低水系統(tǒng)的工作壓力。換熱次數(shù)多，則冷、熱量損失大，循環(huán)水泵耗能多，因此各區(qū)域的水系統(tǒng)在承壓滿足設(shè)備、管道系統(tǒng)要求的前提下，應(yīng)盡量減少換熱次數(shù)。本工程空調(diào)水系統(tǒng)最大高差376.3 m，經(jīng)精心分析設(shè)計(jì)后，冷水通過一次換熱，熱水因采用冷凝常壓熱水鍋爐，通過兩次換熱，已滿足各區(qū)域空調(diào)要求。在努力提高能源利用效率的同時(shí)，也保證水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理節(jié)能可靠運(yùn)行。