某超高層建筑防排煙及空調系統分析與設計

楊稀童

（中機中聯工程有限公司，重慶400039）

某超高層建筑防排煙及空調系統分析與設計

楊稀童

（中機中聯工程有限公司，重慶400039）

該文結合工程實例，分析在超高層建筑設計時應注意的防排煙及空調系統的問題，并重點分析空調水系統分區、水泵控制策略，得出該項目水系統分區及水泵控制的最優方案。

防排煙系統；空調風系統；水系統分區；二次泵系統

0　前言

隨著我國的城市建設迅速發展，超高層建筑物的數量越來越多。建筑本身的消防系統以及空調系統也越來越復雜，從能耗上看，空調能耗更是占有整個建筑能耗的40%以上，筆者結合實際工程為例，探討超高層建筑的通風消防系統以及空調系統的設計。

1　工程概況

該超高層建筑位于重慶市渝中區黃金地段，總建筑高度199.5m，總建筑面積近21萬㎡，包括地下5層，地上43層。其中，地下一層至地下五層為車庫和設備用房；地上一至六層為裙房商業；該項目為集甲級辦公樓、高端商業為一體的城市地標建筑。

2　空調系統設計

2.1冷熱源配置

2.1.1設計冷、熱負荷(表1）

2.1.2冷熱源配置

根據空調冷熱負荷分析計算，考慮各區域用途、使用時間以及安全性，裙房商業采用3臺650冷噸的電離心式制冷機、2臺1.4MW的熱水鍋爐；塔樓采用2臺750冷噸的電離心式制冷機，1臺400冷噸的電螺桿式制冷機。冷水機組均置于地庫負五層，熱水鍋爐置于地下室一層（鍋爐房嚴禁設置在人員密集場所和重要部門的上一層、下一層，或者主要通道、疏散口旁邊，并且鍋爐房應設置在首層或者地下一層靠建筑外墻的位置，鍋爐房應考慮泄爆，泄爆井出地面的位置應避開人員密集區）。

2.2空調水系統設計

2.2.1空調水系統分析

超高層建筑中空調水系統豎向分區是一個非常重要的環節，合理的系統分區對整個建筑后期的能耗、管理、系統安全都有重大意義；而影響水系統豎向分區的主要因素是設備、閥門、管道承壓。為了解決這個問題，目前設計思路為中間層設置板式換熱器，實現高區與低區系統分隔。該方案解決了系統工作壓力過高的問題，但是經過板換換熱，二次側水溫溫度會降低（升高），系統的節能性較差，末端設備除濕能力下降。同時，由于末端供水溫度與設計溫度不同，會導致末端換熱設備換熱面積增加，初投資隨之升高。若考慮通過高承壓設備解決系統工作壓力高的問題，可以有效提高系統能源利用效率，末端設備除濕能力得到保證，但是提高設備的設計承壓能力同樣會增加設備初投資，同時會有水系統泄露的風險。因此在設計階段，應充分利用設備、管道的承壓能力，減少豎向分區的個數，在建筑條件允許的前提下，選擇最經濟合理的設備轉換層，綜合設備初投資、系統運行效率、末端除濕能力等因素，選擇最優方案。

表1　冷、熱負荷指標

2.2.2空調水系統承壓

一般來講，冷水機組最大承壓為1.6MPa，如果水系統工作壓力大于1.6MPa，則需要特制的冷水機組，機組造價增加。板式換熱器、水泵最大承壓可達到2.5MPa，管道、閥門最大承壓值較大，可根據需要設計額定承壓值，具體設備承壓壓力等級見表2。

表2　常用設備、管道壓力等級

2.2.3水系統分區方案對比

京劇團項目總建筑高度為199.5m，冷水機組置于地下五層，水系統分區有兩種形式供選擇：系統不分區、在14F設置板式換熱器。

（1）方案一

該方案不設置中間轉換層，整棟樓共一個水系統，系統承壓示意如圖1。

（2）方案二

該方案在14F設置板式換熱器，共兩個分區，低區水系統服務樓層為1-28F，高區水系統服務樓層為28-43F，系統承壓示意如圖2。

（3）方案對比

圖1　方案一設備承壓示意圖

圖2　方案二設備承壓示意圖

為了避免主機、水泵超出常規額定承壓，減少系統漏水的風險以及主機、水泵初投資，增加系統安全性，該項目采用方案二：在14F設置板式換熱器，實現系統高低分區。

表3　方案對比

2.3二次泵系統分析與設計

隨著超高層建筑數目不斷增多，對超高層建筑中的水系統的控制精度要求逐漸增加，當同一水系統不同環路間負荷特性、管網水力特性相差較大時，建議采用二次泵水系統。

2.3.1二次泵水系統特點

二次泵系統是由一級泵和二級泵系統串聯而成，水系統的阻力是由一級泵和二級泵揚程共同克服，系統一次側與二次側由盈虧管連接而成。在設計工況下，盈虧管連接供回水管兩點的壓差應為0Pa，值得注意的是，在計算一次側、二次側水泵揚程的時候，切忌將二次側水泵揚程取的過大，否則會造成二次側富余水頭過大，造成二次側回水通過盈虧管直接流入供水管，使得用戶側供水溫度升高。

2.3.2二次泵水系統控制策略

京劇團項目為二次泵水系統，冷凍水經一次泵抽出，再經二次泵加壓后輸送至低區末端以及高區板式換熱器。在供水回水總管（分集水器）間設置盈虧管，平衡一、二次泵之間的流量。下面以高區水系統為例如圖3，分析當用戶側負荷發生變化時，系統變化情況。

當二次側高區用戶側負荷增加，設備開啟臺數增多（或者電動二通閥開度加大），高區二次側空調水系統管網總阻抗S減小，系統水流量Q增大，在高區一次側水流量增加之前，二次側水溫會升高。此時高區一次側水系統回水管上的電動閥接收到二次側水溫升高的信號后閥門開度增加，此時高區一次側管網總阻抗S減小，系統水流量Q增大，高區一次側旁通管壓差減?。榱吮ＷC水泵工作揚程穩定以及水泵散熱，應在二級泵供回水管間設置壓差旁通管），當旁通管壓差減小到一定值的時候，水泵轉速增加，高區一次側水流量Q進一步增大。當高區二次側末端負荷減少時，上述變化相反（圖3）。

圖3　二次泵水系統原理圖

2.4空調風系統設計

2.4.1空調風系統設計

京劇團項目商業、塔樓存在房間功能、營業時間、房間溫濕度等差異，均采用風機盤管+獨立新風系統，這樣有利于后期各個房間室內溫濕度的獨立控制。新風機組均采用帶全熱回收功能的機組，對于裙房商業來說，如果建筑條件允許，商鋪新風系統可與公區新風系統分開設置，有利于后期物業管理。同時由于超高層建筑對外立面的要求較高，外立面不允許出現大量空調百葉，低區新風系統通過每層的新風機組處理后送至室內，新風井道在2-3F統一設置百葉。高區新風系統新風機設置在29F、RF，分別服務于22-29F、30-43F，新風井道均內置鐵皮風管，保證送風溫度。

2.4.2空調、消防、通風系統設布置原則

風井的個數、位置對整個建筑空調通風、防排煙系統有較大影響，合理的安排能有效減少輸送距離，更能避免風管之間交叉，節省層高。其中，空調通風系統與排煙系統的豎井盡量避免集中設置，否則容易造成排煙風管和空調送風管、回風管的交叉，即使能相互避開，也必然會增加彎頭，增加風阻、噪聲，影響使用效果，施工難度也會增大。同時，空調新風井與排風井的水平距離需大于10m。

2.4.3新風進口位置和要求

進風口宜設在室外空氣比較潔凈的地方，以保證空氣質量，建筑條件允許的情況下，宜設在北墻上，并宜設在建筑物的背陰處這樣可以使夏季吸入的室外空氣溫度更低。

3　超高層建筑防排煙設計

3.1排煙系統設計

3.1.1機械排煙系統設置原則

面積超過1000㎡的地下車庫、公共建筑內面積大于100㎡且經常有人停留的地上無窗房間，地下或半地下建筑、地上建筑內無窗房間，當總建筑面積大于200或一個房間建筑面積大于50，且經常有人停留或可燃物較多的房間，高度超過12m的中庭均設置機械排煙設施。

3.1.2設置機械排煙系統的場所

該項目設置機械排煙設置的場所有：地下車庫、1-6F裙房商業、塔樓7～13F辦公區域、內走道及15-43F內走道、長度超過20m的地下內走道、中庭。除設置機械排煙系統的場所外，均采用自然排煙系統，如圖4、圖5。

圖4　排煙系統平面圖1

圖5　排煙系統平面圖2

3.1.3排煙系統設計要點

（1）高層建筑排煙系統服務的層數不應超過32層且豎向距離不應超過100m，否則需要對其進行上下分段。

（2）裙房商業排煙系統宜盡量設置較多的土建豎井，這樣既可以減少排煙系統長度，保證使用效果。同時可以減少吊頂內風管個數，減少不同風管交叉點。在理想情況下，如果一個排煙豎井覆蓋的營業區域在控制在30m以內就基本可以保證營業區內出現極少的排煙風管。另外，若防煙分區面積劃分較大，有利于減少排煙風管長度以及擋煙垂壁個數，減少吊頂上面的排煙口個數，對營業區美觀更有利。但防煙分區越大，意味著系統風量越大，會導致排煙風管較大，土建豎井面積增大，會占用更多的營業區面積。所以，在設計階段需綜合考慮上述因素。

3.2防煙系統設計

（1）高層建筑加壓送風系統服務的層數不應超過32層且豎向距離不應超過100m，否則需要對其進行上下分段。

（2）超高層建筑封閉避難間應設置機械加壓送風系統，加壓送風風量應按照避難間凈面積每平方米不小于30m3/h計算。

（3）裙房商業加壓送風風機盡量置于裙房屋面，可以節省機房面積，后期景觀專業統一處理裙房屋面設備，減少對美觀的影響。

4　結論

（1）超高層建筑水系統分區時，應結合項目實際情況，綜合考慮設備承壓、系統安全性、系統節能性、后期運營管理等因素，以實現整個系統的最優。

（2）在設計二次泵水系統時，應注意一級泵、二級泵系統揚程、流量的匹配，否則可能會造成盈虧管中水的倒流，造成惡性循環。另外在二級泵供回水管間同樣需要連接旁通管以平衡供回水管間的流量。

（3）在設計階段，應合理布置消防系統及空調系統的機房、井道。在保證系統使用效果的前提下，減少對建筑功能的影響。

[1]GB50016-2014建筑設計防火規范[S].北京：中國計劃出版社，2015.

[2]張鎮宇，丁瑋.高層建筑防排煙系統常見問題探析[J].武警學院學報，2011，（8）.

[3]崔濤.淺談空調通風的初步設計[J].沿海企業與科技[J]. 2005（7）.

[4]劉東亮，胡居傳.超高層建筑的中央空調水系統設計與分析[J].制冷與空調，2012（5）.

責任編輯：孫蘇

智能建筑

智能建筑將是未來城市主要構成環節

智慧城市建設已在全國各地如火如荼地鋪展開來，而作為其主力建設之一，智能建筑理應被提上日程。細細探究不難發現，人們所言的智能建筑，就包括通過樓宇自動化系統實現建筑物或是建筑群內設備與建筑環境的全面監控與管理，為人們營造一個舒適、安全、經濟、高效、便捷的工作和生活環境，并通過優化設備運行與管理以降低運營費用。這樣看來，樓宇自控于智能建筑就像是內核——提高建筑本質水平的關鍵。

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事實上，“節能減排”與“綠色建筑”已成為現代建筑設計和建造的目標，也是建筑電氣技術發展的主要動力。大量的新增建筑也將為建筑電氣、樓宇自動化及智能家居控制系統和產品帶來巨大的市場機會。建筑智能化提高客戶工作效率，提升建筑適用性，降低使用成本，已經成為發展趨勢。數據顯示，2012年我國新建建筑中智能樓宇的比例僅為26%左右，遠低于美國的70%、日本的60%，市場拓展空間巨大。

未來生活智慧化將有力的促進城市建設，智能建筑將是未來城市主要構成環節。同時，通過高度自動化的樓宇管理，將在建筑能耗上得到有效降低，有助于未來社會節能化建設。

Analysis on and Design of Smoke Control and Air Conditioning System of A Super High-rise Building

Based on a practical case,the problems of smoke control and the air conditioning system in a super high-rise building design are analyzed, with water system partition and water pump control strategy analyzed in detail.And the optimal solution for the project is finally obtained.

smoke control system;air conditioning system;water system partition;secondary pump system

TU247.2

A

1671-9107（2015）12-0042-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2015.12.042

2015-10-12

楊稀童（1988-），男，重慶人，本科，助理工程師，主要從事暖通空調設計工作。