上海某超高層建筑空調系統設計

賈捷燕

柏誠工程有限公司

1 工程概況

上海某超高層建筑位于繁華地段，地上54層，地下3層，建筑總高度271m，為該地段地標性建筑。該項目54層塔樓為甲級辦公大樓，兩座商業裙房，地下部份包括3層地庫層，其功能包括停車庫、自行車庫、人防及機電設備用房等。該項目竣工時間2010年底。

2 設計參數

室內設計計算參數見表1。

表1 空調室內主要設計參數

室內通風系統設計參數見表2。

表2 室內通風系統設計參數

3 空調系統設計

3.1 空調冷熱源

該工程總冷負荷為 16，880kW，熱負荷為6，300kW。建筑面積冷負荷指標148W/m2，建筑面積熱負荷指標為55W/m2。

3.1.1 空調冷源

在冷源設計方面，應業主要求，并在綜合考慮初投資以及該項目日后的發展的可能性，于地庫一層冷凍機房內設置4臺4220 kW（1200冷噸）水冷離心式制冷機組及2臺1407kW（400冷噸）備用的水冷螺桿式制冷機組，在冷負荷需求不大的晚上及過渡季節，優先啟動小機。冷凍機組提供6℃/11℃的冷凍水供夏季空調使用。冷卻塔安裝于南商業樓西側，供回水溫度為32℃/37℃。冷卻塔水盆及室外管線設置電發熱線以防冬季水盆及管道結冰。另設置1臺熱交換器分別連接冷卻水及冷凍水系統，在冬季時提供免費冷為建筑物內區使用。中央制冷原理圖見圖1。

圖1 中央制冷系統原理圖

3.1.2 空調熱源

選用3臺2200kW燃氣熱水鍋爐，提供采暖熱水。配3臺水/水熱交換器及8臺熱水水泵組（二臺為備用），并安排放置在地庫一層鍋爐房內。鍋爐提供90℃/75℃熱水，經熱交換器換熱后，由熱水水泵經輸水管網送到各采暖設備。中央采暖系統原理圖見圖2。

圖2 中央采暖系統原理圖

3.2 空調水系統

空調水系統為一次泵定流量四管制系統。全樓的空調水輸送系統設為高、中、低區管網，低區冷凍/采暖水由設在地下一層的冷凍機房/鍋爐房直接供給，中區及高區冷凍/采暖水輸送管網利用設于十六層避難層的冷凍/采暖水熱交換器以減低系統的承壓，并由設于十六層避難層變流量空調水泵組將空調水分別輸送十七至二十九層及三十層以上辦公樓層空調水管網。

整個水管輸送系統均為異程式系統。低區冷凍水設計供/回水溫度為6℃/11℃。中區及高區冷水設計供/回水溫度為7.5℃/12.5℃。低區熱水設計供/回水溫度為62℃/52℃，中區及高區熱水設計供/回水溫度分別為 60℃/50℃。

3.3 空調風系統

3.3.1 辦公樓

本項目辦公塔樓標準層進深較大，人員、燈光及辦公設備發熱量較大，存在內區，冬季內區需要供冷，而外區需要供熱，所以采用變風量系統按內、外區分別設置[1]。內區采用單風道變風量末端裝置，全年供冷；外區采用串聯式風機動力型變風量末端裝置，同時配備熱水盤管滿足冬季的供暖需求。空調機組的風機由變頻器驅動。變頻器由安裝在送風管內的靜壓力傳感器控制，一次送風量將隨室內負荷變化以配合負荷要求。變風量末端為壓力無關型。送、回風口采用與燈具相結合的燈具風口，送風管由變風量末端接軟管至燈具風口，回風由燈具回風口經吊頂內返回空調機房（于辦公區內不設主回風管，于到頂隔墻設轉移風管將回風引回空調機房）。空調機組冬季設置電極式加濕。

為了獲得更高的室內空氣品質，室外新風直接由各層外墻百頁引入，經設于每層空調機房內的定風量新風機送至各層的空調機組，保持恒定新風量，使一次送風中的新風量能滿足設定要求。同時為了滿足衛生及室內空氣質量要求，變風量末端裝置設有最小一次送風量控制。當室內負荷減少時，能自動控制滿足最小送風量及不少于室外新風量的要求。

首層大堂采用定風量單風道系統，由數臺定風量空調機提供空調處理后的送風以滿足室內負荷。氣流組織形式為上送上回。送風口為可調型球形噴口。大堂窗邊地臺設風機式熱水散熱器以滿足冬季時采暖的要求。

3.3.2 南/北商業樓

為配合南/北商業樓作為餐飲/商店等營運單位的需要，每單位預留冷凍水管、采暖水管、廚房新風管及排風管的接駁口以供租客自行接駁。另設中央新風處理機，并提供處理新風管的接駁口至各餐廳范圍內供租客自行接駁至其空調系統。提供各層公共衛生間內的機械通風系統。

4 通風與防排煙系統

4.1 機械通風系統

為了更好地將新風送入室內，辦公區設置機械排風系統。辦公樓衛生間設置機械排風系統，利用相鄰空調地區的余風進行補風。

地下停車庫、各機電設備用房、垃圾房、衛生間及廚房等均設置機械通風系統。垃圾房及廚房隔油池間的排風系統設置活性碳過濾器。

地下停車庫排風系統設置CO監測裝置，當CO濃度超出設定上限時，開啟該分區的進、排風機，而當CO濃度低于設定下限時，關閉該區的進、排風機[2]。

氣體滅火區域（例如：變壓器房、通訊機房等）設置事故排風系統，此排風系統為手動啟動。進出房間的風管將設置電動風閥。在氣體滅火前，由消防控制中心停止該房間的空調/通風機，使與風機聯鎖的電動風閥關閉。事故通風機在室內、外便于操作的地點設置電器開關。

制冷機房提供事故排風系統，由工質泄漏檢測器及報警器啟動。

燃氣鍋爐房提供平時通風系統，和事故排風系統，平時通風由BMS系統控制，事故排風由可燃氣體濃度報警器啟動。此系統風機為防爆型風機。

4.2 防排煙系統

4.2.1 防煙系統

辦公樓防煙樓梯間、消防電梯合用前室及封閉避難區，設置機械加壓送風系統。

4.2.2 辦公樓排煙系統

在辦公層的內走道、辦公區域及首層大堂分別設置機械排煙系統。當火災被確認后或由設于內走道的手動開啟裝置被啟動后，將開啟排煙區域的排風總管上的電動排煙閥和排煙機，并自動關閉與排煙無關的通風、空調系統。辦公區域的排煙機與辦公層的內走道的排煙機聯動。

辦公區域將按規范要求提供補風系統，且補風量不少于排煙量的50%[3]。

4.2.3 南/北商業樓

由于南商業樓滿足可開啟外窗的要求，所以采用自然排煙方式進行排煙。北商業樓的商店及中庭設置機械排煙系統及自然補風系統。

4.2.4 地下停車庫

地下停車庫利用停車庫的機械通風系統進行排煙。在火災發生時，自動切換為排煙系統。排煙系統由自動報警系統提供信號啟動，該防煙分區的所有排煙口將根據感煙探測器的信號，自動聯鎖開啟此防煙分區的所有排煙風機及補風風機。

5 自控系統

本項目運用多種靈活空調自控方式，采用了較先進的樓宇控制設備，達到很好的節能效果，方便運行管理。

1）具體的監控對象包括冷水機組、冷水泵、冷卻塔、冷卻水泵、鍋爐、熱水循環泵、換熱器、空調機組、新風機組、變風量末端、送風機、排煙風機、排風機等，由樓宇控制中心控制冷源系統設備的啟停順序及運行監測、所有風機盤管、新風機組和全空氣處理機組的啟停、溫濕度控制及運行監測、所有通風設備的啟停。

2）水系統設置供回水壓差控制，冷熱量控制及機組和設備運行臺數控制。冷卻塔風機的運行臺數由冷卻水回水溫度控制。

3）AHU機組的回水管上設有動態平衡閥和比例電動調節閥，根據設置在回風管上的溫度傳感器調節進入空氣處理機組盤管的水流量，以達到控制室內溫度的要求。根據室內CO2濃度控制新回風比。

4）風機盤管的回水管上設有電動兩通閥，由室內溫控器控制兩通閥的開度，溫控器上的三速開關控制風機的風量大小。

5）部分排風機及補風機進行聯鎖控制。

6 工程的設計特點

1）選用好的設計計算軟件。在本項目中，暖通專業采用了ASHARE標準，并運用了國際新型負荷計算軟件Carrier E20，在空調總負荷計算、冷水機組優化選型中發揮了重要的作用。

2）采用中央空調系統。采用中央制冷、采暖系統，全年為整棟大樓提供舒適的室內溫度及濕度；末端采用先進的節能環保變風量VAV空調系統；靈活的四管制空調水系統，可同時間滿足不同區域的制冷、采暖需求。

3）采取節能措施。設計中充分考慮運行節能，采用節能措施，在保證系統平穩運行的同時減少了運行能耗。本項目較好地設計及應用了空調免費冷系統。由于辦公內區常年有穩定的發熱量，需要常年不間斷的提供空調冷水，故另設置1臺熱交換器分別連接冷卻水及冷凍水系統，在冬季時運行冷卻塔以冷卻水作為冷媒，從而提供冷凍水至建筑物內區作空調使用，以起到節能的功效。地下停車庫設置CO監測裝置，在CO濃度超過設定值時開啟送排風機，避免了浪費，達到節能的效果。

4）設置良好的減震措施。按照國際甲級寫字樓設計，采取一系列消聲減震措施，以滿足室內噪聲要求。①選用低噪聲的風機盤管、新風機組和組合式空氣處理機。②適當降低主風管的風速，將風速控制在5m/s左右，風管上根據風機出口噪聲和房間噪聲標準設置阻抗復合式管道消聲器。送回風管從機組接出的前10m長度內，管內壁貼吸聲材料。③與建筑專業配合，采用消聲材料將空調機組、排煙（風）機周圍、頂部空間封閉以隔絕和消除部分噪聲。在制冷機房、空調機房等動力機房的隔墻內表面進行消聲處理。

7 設計體會

每個項目都有其特殊性，必須結合項目的定位、功能、要求以及其他相關條件，確定系統的設計原則，只有圍繞這些原則進行設計，才能使系統更好地服務于項目。

鑒于業主要求，每層新風量均單獨從本層取風，未集中設置新風，故此部分無法設計熱回收系統，不夠節能，實為設計中的遺憾。

另本項目中冷卻塔置于室外地面離主樓較遠的地方，采取了較好的消音設備及防飄水措施，較好地改善了對周邊環境的影響。經驗值得借鑒。

本項目已經與2010年建成并投入使用，空調系統使用效果良好。

[1]潘云鋼.高層民用建筑空調設計[M].北京:中國建筑工業出版社,1999

[2]中國建筑標準設計研究所.全國民用建筑工程設計技術措施-暖通空調·動力[M].北京:中國建筑工業出版社,2003

[3]上海市工程建設規范建筑防排煙技術規程[S].2006