某超高層辦公樓的通風空調設計

李紅坤

（中元國際（上海）工程設計研究院有限公司，上海200125）

某超高層辦公樓的通風空調設計

李紅坤

（中元國際（上海）工程設計研究院有限公司，上海200125）

介紹了某超高層辦公樓的通風空調系統形式及特點，主要包括冷熱源系統的變頻控制，空調水系統的分區，空調風系統的分區和熱回收，防煙系統的分段，新風供冷及冷凝水回收等節能措施，并進行了一些設計總結。

一次泵變流量；水系統分區；新風供冷；冷凝水回收

0　引言

隨著城市建設和社會經濟的發展，越來越多的超高層建筑在各大城市中大量涌現。這些建筑有著建筑高度越來越高，功能越來越復雜的趨勢，為了滿足建筑高度及建筑功能的要求，通風空調系統也愈加復雜。這就要求通風空調系統不僅要滿足國家相關規范的要求，而且還要盡可能的降低系統的運行能耗及運行費用。以下針對某超高層辦公樓項目做一些設計總結。

1　工程概況

該項目位于我國北方某城市，屬夏熱冬冷地區，包括一個高層展覽性建筑和一個超高層辦公樓建筑兩個單體，本文主要介紹超高層辦公樓建筑。該超高層建筑總建筑面積：102857.7m2，建筑高度：173.75m（含屋頂造型）；其中，地下4層，建筑面積：43408.84m2；地上36層，建筑面積：59448.85m2；第12層及27層為避難層，標準層層高為4.2m。該建筑地下四層至地下二層為汽車庫，地下一層為汽車庫、餐廳及設備用房等；裙房1～3層為大廳、會議室等，4層為數據中心；塔樓5～33層為開放式辦公、會議室等；塔樓34～36層為餐廳、健身、室內泳池、屋頂花園等。

2　設計參數

2.1室外空氣主要計算參數見表1。

表1　室外空氣主要計算參數

2.2空調室內主要設計參數

見表2。

表2　空調室內主要設計參數

3　空調冷熱源及水系統

3.1空調冷熱源

該項目夏季空調計算冷負荷為9100kW，冬季空調計算熱負荷為6600kW。其中，超高層辦公樓夏季空調計算冷負荷為6500kW，單位建筑面積冷負荷為109W/m2，冬季空調熱負荷為5200kW，單位建筑面積熱負荷為87W/m2；展覽建筑夏季空調計算冷負荷為2600kW，冬季空調熱負荷為1400kW。

由于空調系統的能耗占建筑總能耗的比例較高，大約占建筑總能耗的50%，我們應針對具體項目情況經過技術經濟比較分析以后，確定最適合的空調系統形式。據相關資料統計，在過去的30年內，由于冷水機組效率的提高，空調水系統中，冷水機組的能耗比例降低了約20%，而水泵的能耗比例卻上升了10%［1］。所以，降低空調系統水泵的能耗非常必要，鑒于該工程規模較大，水泵的能耗更加突出，空調水系統設計為一次泵變流量系統。隨著設備產品及自動控制技術的提高，采用一次泵變流量系統的技術日漸成熟，通常，其運行費用比二次泵系統節約9%，比一次泵定流量系統節約15%，而且，空調系統越大，其節能效果也越顯著。在設計該系統時，應注意以下幾個問題：應選用允許流量變化率大的機組，這有利于機組的穩定運行；應盡可能選用相同型號的冷凍機組；機組的隔離閥應緩慢動作，以有利于機組的加減機；同時空調末端上的電動閥應緩慢調節冷水流量［1］。

該工程中央空調系統冷熱源由設置于超高層辦公樓地下一層的冷凍機房及換熱站提供。空調冷源選用三臺制冷量為3363kW的變頻離心式冷水機組，在機組COP值沒有明顯變化的情況下，機組的供冷量可以調節到額定制冷量的40%，此時，冷水機的供冷量為空調系統設計冷負荷的14%左右，可以滿足過渡季節及晚上低負荷時間段的要求，所以沒必要為適應低負荷時間段而另外設計一臺小容量的制冷機；同時，設計相同型號的冷水機，更加有利于一次泵變流量系統的穩定運行。對應的冷水泵及冷卻水泵均采用變頻設備，夏季由離心式冷水機組提供6℃/12℃的空調冷水。

冬季空調熱源由市政熱網提供，市政熱水（95℃/70℃，靜水壓線為0.64MPa）經兩套板式換熱機組換熱后，提供60℃/50℃的空調熱水，空調熱水泵均采用變頻設備。

3.2水系統

該工程空調水系統采用兩管制一次泵變流量系統，空調供回水總干管經位于冷水機房內的分、集水器后，將空調冷熱水送入各建筑空調區內，每層空調回水支管上設置靜態平衡閥。空調水管主立管采用異程式，分支管水平同程布置。

該建筑屋面高度為153.33m，地下室冷水機房標高為-8.85m，如果水系統垂直方向不分區的話，系統最大工作壓力為1.95MPa，雖然有如此高承壓的冷水機組，但是空調末端、水系統管道及配件很難滿足如此高的工作壓力［2］。所以，空調水系統分為高、低兩個區：-4F至12F為低區；13F至36F為高區，在12F設換熱機組進行轉換；低區冷水系統的供回水溫度為6℃/12℃，高區冷水系統的供回水溫度為7℃/13℃。低區水系統的工作壓力為1.0MPa，高區為1.6MPa，水系統采用高位膨脹水箱定壓補水，設全自動軟化處理裝置向膨脹水箱補水。低區膨脹水箱設在12F的換熱機房內，高區膨脹水箱設置在屋頂機房設備層內。空調水系統中的冷水機組及所有管件、閥門、空調水泵、風機盤管、空調機組等設備的承壓能力按高低區進行配置。空調冷熱水系統原理圖如圖1所示。

由于業主不希望高區的避難層（27層）設置太多的機電用房，所以，空調水系統的分區位置只能設置于低區避難層（12層），這種做法雖然滿足了建筑的功能需求，卻造成了空調系統設計不合理的情況，加大了高區的換熱損失，這也是今后設計類似項目時應該引起注意的地方。

該工程的冷卻塔設置在4層裙房屋面，通過計算，冷卻塔的補水量約為37m3/h。5層以上區域空調系統的冷凝水量約2000kg/h，該區域的空調冷凝水均通過冷凝水立管回收，采用重力流排至冷卻塔集水盤作為冷卻塔的部分補水。

圖1　空調冷熱水系統原理圖

4　空調風系統及通風系統

4.1空調風系統

地下一層餐廳及一層入口大廳等大空間設計為全空氣空調系統。一層入口大廳配合建筑造型，送風形式為噴口送風，為保證大廳的溫濕度及氣流組織，提高舒適度，空調處理機組配變頻調速器，在大廳設置CO2濃度監測器，當濃度超過800ppm時，BMS系統報警，信號傳至BAS樓宇控制系統，提高送風中新風量的比例；新風量除滿足設計工況人員衛生要求外，在過渡季節，新風比例可提高至50%，利用新風供冷，以降低空調系統的運行能耗。空調機組設置混合過濾段、冷卻加熱段、濕膜加濕段、送風段。

經過與業主協商，考慮到建筑的初投資、運行管理水平及該工程的設計標準等原因，最終，標準層辦公區域采用了傳統的風機盤管加新風的空調系統形式，新風機組采用臥式新風機組，設于每層的新風機房內，新風經過粗中效過濾段、冷卻加熱段、濕膜加濕段后送入室內，室外新風首先經過設置于避難層的新風熱回收機組，回收排風中的能量后送入新風豎井，然后接至各層新風機組。對于風機盤管加新風的標準空調方式，在條件允許的情況，內、外區的新風應分別供應，以滿足冬季內區新風供冷的要求。由于該工程的標準層不能提供足夠的新風機房面積，內、外區的新風沒能分別供應，這是較遺憾的地方。

避難層的新風熱回收機組及標準層的新風機組均為變風量運行，可根據室外空氣焓值的變化，改變新風供應量，過渡季可加大新風量，利用室外新風消除室內熱負荷，降低系統的運行能耗。同時，新風機組和組合式空調箱能夠監測新風量，并在BMS系統中顯示，當新風量小于設計新風量的15%時，BMS系統報警，信號傳至BAS樓宇控制系統，通知系統及時調整新風量。

在工程設計的時候應該注意，回收辦公區域排風的能量時，應盡量采用熱交換效率較高的全熱交換器；回收衛生間排風的能量時，為避免產生交叉污染，宜采用顯熱交換器；而對于污染危險較大的排風，應采用溶液循環式的熱回收裝置。

4.2通風系統

地下汽車庫按6次/h換氣設機械排風兼排煙系統，車庫內設置CO濃度監控裝置，根據濃度變化調整送、排風機轉速，實現變頻控制，降低風機能耗。

地下水泵房、冷水機房設機械送、排風系統，排風量按n≥6次/h計算，補風量為排風的80%，另外冷水機房按n≥12次/h換氣設置事故排風系統［3］。

地下變電站設機械送、排風系統，按設備發熱量計算通風量，補風量為排風量的80%。由于變電站設有氣體滅火系統，故按照5次/h換氣設計了災后排風系統，為保證氣體滅火的效果，進出變電間的風管均設計了電動密閉閥。

地下柴油發電機房按設備所需的燃燒空氣量及冷卻風量計算，設置機械排風系統及機械補風系統；并設置事故時機械排風及自然補風系統，事故排風量按n≥12次/h計算，通過外墻百葉從車道自然補風。

公共衛生間采用集中排風，排風量按n≥12次/h計算，通過門下百葉從走道自然補風。其它辦公等空調區域均設置機械排風系統，排風量為新風量的80%，排風經豎井集中排至避難層。在避難層（12F，27F）的機房內設置新風轉輪熱回收機組，對辦公區域的新風和排風集中處理，回收排風中的能量；其中12F的新風熱回收機組服務于2～19F，27F新風熱回收機組服務于其余部分的新風與排風系統。地上部分的通風空調系統原理圖如圖2所示。

5　防排煙系統

5.1防煙系統

情境的選取：主題同步。選用同一本教材，在同一教學周內，選取相同的情境，通過情境下的角色扮演，反復強化對話訓練和詞句運用，促進融會貫通。

圖2　地上通風空調系統原理圖

由于該辦公樓的層數超過三十二層，加壓送風系統采用分段設計，共分為三段：-4～-1F、1～19F和20～36F。地下層的加壓送風機設在專用機房內和裙房屋面，地上部分的加壓送風機設在12F、27F避難層機房內。防煙樓梯間的加壓送風口采用自垂百葉風口，每隔兩層設置一個；前室的加壓送風口采用常閉多葉送風口，每層設置一個；樓梯間保持余壓值為40～50Pa，合用前室保持余壓值為25～30Pa。防煙系統原理圖如圖3所示。

5.2排煙系統

地下汽車庫設置機械排煙系統（機械補風或自然補風），排煙量6次/h換氣計算［4］，補風量不小于排煙量的50%，排煙系統與平時通風系統合用。12層、27層長度超過20m，不具備自然排煙條件的內走道設置機械排煙系統和自然補風系統，排煙量按60m3/h·m2計算，排煙風機置于屋頂或專用機房內。地上辦公等區域均設有滿足自然排煙面積要求的可開啟外窗。

圖3　防煙系統原理圖

6　節能措施

（1）提高建筑圍護結構的保溫隔熱性能，減少空調運行時的冷熱損失。

（2）選用高效節能的空調設備及風機。

（3）空調水流速和風速均保持在經濟流速范圍內，降低水泵與風機的運行能耗。

（4）風管和水管的絕熱材料選用經濟厚度，滿足節能要求。

（5）全空氣系統具有可變新風比功能、新風機組變頻運行，過渡季加大新風量，充分利用室外空氣的自然冷卻能力，降低空調系統的能耗。

（7）空調水系統補水總管上設置計量裝置。

（8）空調水系統采用一次泵變流量控制，節省運行費用。

（9）回收空調系統的冷凝水作為冷卻塔的部分補水。

7　結語

目前市場上離心式冷水機組的蒸發器水側承壓能力，普通型承壓能力為1.0MPa，加強型承壓能力為1.7MPa，特加強型承壓能力為2.1MPa。考慮到設備及管件的承壓能力，超高層建筑水系統應進行分區，但是分區過多，勢必會提高高區的冷水供回水溫度，降低空調系統效率，通常情況下，最高區的冷水供水溫度不應高于8℃。對于高度為150m的建筑，將空調水系統進行一次換熱，分為高低區，是比較經濟合理的。

另外，空調水系統在分區時，應盡量提高低區水系統的服務面積，減少高區水系統的服務面積，從而降低系統的換熱損失，提高空調系統的運行效率。

［1］陸耀慶.實用供熱空調設計手冊［M］.2版.北京：中國建筑工業出版社，2008.

［2］徐理民.某超高層建筑空調通風設計的若干問題［J］.制冷與空調，2015，15（5）：53～59.

［3］GB 50736-2012，民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范［S］.

［4］GB 50067-97，汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范［S］.

Ventilating and Air-Conditioning System Design of a High Rise Office Building

LI Hong-kun
（IPPR（Shanghai）International Engineering，Shanghai 200125，China）

Presents the ventilation and air-conditioning system and its features for a super high-rise office building，which includes of the frequency-variable control of heating and cooling source，the partition of air-conditioning water system，ventilation system and smoke-controlling system，heat recovering system，the measures of energy saving such as fresh air cooling，condensate water recycling etc.，and makes some design conclusions.

variable flow distribution with primary pump；water system partition，fresh air cooling；condensate water recycling

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.022

TU83

B

2095-3429（2015）04-0085-05

2015-06-08

修回日期：2015-07-22

李紅坤（1979-），男，河南鄧州人，本科，工程師，主要從事暖通空調設計工作。