深圳水貝國(guó)際珠寶中心空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張鵬

深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司

1 工程概況

深圳水貝國(guó)際珠寶中心（見(jiàn)圖1）位于深圳市羅湖區(qū)，總建筑面積約8.8萬(wàn)m2，地下室共4層，地上34層，建筑高度197.75 m。其中地下4層～地下2層為機(jī)動(dòng)車(chē)庫(kù)和設(shè)備用房，制冷機(jī)房位于地下4層，地下1層為商業(yè)和設(shè)備用房，裙房1～5層為商業(yè)，塔樓6層為避難層/架空層，塔樓7～13層、16～21層、23～25層、28～34層為辦公，塔樓14、22、27層為避難層，塔樓15、26層為架空層。

圖1 深圳水貝國(guó)際珠寶中心效果圖

2 冷源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程逐時(shí)冷負(fù)荷綜合最大值為9100 kW，其中商業(yè)部分冷負(fù)荷為3200 kW，辦公部分冷負(fù)荷為5900 kW。由于建設(shè)單位要求本工程只設(shè)置一套冷源系統(tǒng)，考慮到商業(yè)和辦公在使用時(shí)間上存在較大差異，且項(xiàng)目投入運(yùn)營(yíng)后，商業(yè)和辦公的入駐率是逐步提高的，冷源系統(tǒng)的數(shù)量和單機(jī)容量既要滿足最大冷負(fù)荷要求，又能實(shí)現(xiàn)在部分負(fù)荷下高效運(yùn)行[1]，因此本工程冷源采用制冷量為3170 kW的水冷離心式冷水機(jī)組2臺(tái)和制冷量為1407 kW的水冷螺桿式冷水機(jī)組2臺(tái)。冷水機(jī)組供回水溫度為5.5℃/10.5℃，冷卻水的設(shè)計(jì)供回水溫度為32℃/37℃。

3 空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 豎向分區(qū)設(shè)計(jì)

影響空調(diào)水系統(tǒng)豎向分區(qū)的因素主要是設(shè)備及管道的承壓和能源利用效率。理論上講，若不考慮設(shè)備及管道的承壓?jiǎn)栴}，采用“一泵到頂”的方式，由于沒(méi)有中間換熱過(guò)程，能源利用效率最高[2]。

本工程制冷機(jī)房位于地下4層，其地面相對(duì)標(biāo)高為-20.400 m，塔樓屋面相對(duì)標(biāo)高為180.550 m，兩者高差超過(guò)200 m，若采用“一泵到頂”的方式，則冷水機(jī)組、水泵以及建筑底部的空調(diào)末端設(shè)備的承壓能力必須達(dá)到2.5 MPa級(jí)別。但在目前市場(chǎng)上，常規(guī)冷水機(jī)組的最大承壓為2.0 MPa（非標(biāo)產(chǎn)品可達(dá)3.0 MPa），風(fēng)機(jī)盤(pán)管和空調(diào)機(jī)組的最大承壓為1.6 MPa[3]，無(wú)法滿足要求。因此，結(jié)合本工程避難層（設(shè)備層）的設(shè)置，在14層設(shè)置板式換熱器，將空調(diào)水系統(tǒng)分為高低區(qū)。低區(qū)為地下4層至14層，建筑高差為92.7 m，考慮水泵揚(yáng)程后系統(tǒng)承壓不超過(guò)1.6 MPa；高區(qū)為14層至34層，建筑高差為113.05 m，考慮水泵揚(yáng)程后系統(tǒng)承壓亦不超過(guò)1.6 MPa。

3.2 冷水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程空調(diào)水系統(tǒng)低區(qū)采用一次泵變流量系統(tǒng)。冷水機(jī)組變流量運(yùn)行，最小流量為額定流量的45%，流量允許變化率為每分鐘30%，冷水泵與冷水機(jī)組一一對(duì)應(yīng)，4用2備，變頻運(yùn)行，轉(zhuǎn)速由低區(qū)最不利環(huán)路末端設(shè)備壓差控制。為方便管理、計(jì)量和后期拓展，低區(qū)通過(guò)分集水器共設(shè)置4個(gè)回路，分別為商業(yè)回路、低區(qū)辦公回路、高區(qū)辦公換熱回路（接板式換熱器）和預(yù)留回路。低區(qū)空調(diào)水系統(tǒng)采用膨脹水箱補(bǔ)水定壓，膨脹水箱置于15層架空層。若按常規(guī)做法，將定壓點(diǎn)設(shè)置在循環(huán)水泵的吸入端，循環(huán)水泵設(shè)置在冷水機(jī)組的進(jìn)水端，僅系統(tǒng)的靜水壓力就達(dá)到0.942 MPa，再加上水泵揚(yáng)程，冷水機(jī)組的承壓必須達(dá)到1.6 MPa。考慮盡量減少設(shè)備初投資，本工程將循環(huán)水泵設(shè)置在冷水機(jī)組的出水端，定壓點(diǎn)設(shè)置在集水器，這樣冷水機(jī)組的承壓為1.0 MPa即可。圖2為中央空調(diào)水系統(tǒng)示意圖。

圖2 中央空調(diào)水系統(tǒng)示意圖

本工程空調(diào)水系統(tǒng)高區(qū)供回水溫度為7℃/12℃，冷水泵與板式換熱器一一對(duì)應(yīng)，2用1備，變頻運(yùn)行，轉(zhuǎn)速由高區(qū)最不利環(huán)路末端設(shè)備壓差控制。高區(qū)空調(diào)水系統(tǒng)采用膨脹水箱補(bǔ)水定壓，膨脹水箱置于192.6 m標(biāo)高設(shè)備間。循環(huán)水泵設(shè)置在板式換熱器的出水端，定壓點(diǎn)設(shè)置在板式換熱器的進(jìn)水端，系統(tǒng)靜水壓力為1.266 MPa，板式換熱器的承壓確定為1.6 MPa。

3.3 冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程在6層架空層設(shè)置4臺(tái)超低噪聲橫流式冷卻塔，與冷水機(jī)組一一對(duì)應(yīng)，冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行，轉(zhuǎn)速由冷卻塔出水溫度控制，冷卻塔出水溫度根據(jù)室外濕球溫度取4.5℃逼近度。冷卻水泵與冷水機(jī)組一一對(duì)應(yīng)，4用2備，變頻運(yùn)行，轉(zhuǎn)速由冷卻塔進(jìn)出水溫差控制，目標(biāo)溫差為5℃。

3.4 辦公24 h冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為服務(wù)辦公用戶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，本工程設(shè)置獨(dú)立的24 h冷卻水系統(tǒng)（圖3）。考慮后期業(yè)態(tài)變化的不確定性，辦公服務(wù)器冷負(fù)荷暫按1000 kW預(yù)留，在塔樓188.6 m標(biāo)高設(shè)備平臺(tái)設(shè)置2臺(tái)超低噪聲橫流式冷卻塔，1用1備，冷卻塔風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行，冷卻水進(jìn)出水溫度為35℃/30℃。

圖3 辦公24 h冷卻水系統(tǒng)示意圖

塔樓7層為最底層辦公，其地面相對(duì)標(biāo)高為37.8 m，與冷卻塔高差超過(guò)150 m，若要將辦公區(qū)域機(jī)房空調(diào)冷凝器承壓控制在1.6 MPa及以下，必須進(jìn)行豎向分區(qū)，因此在14層避難層（設(shè)備層）設(shè)置2臺(tái)板式換熱器，1用1備，將24 h冷卻水系統(tǒng)分為高低區(qū)。低區(qū)為7層至14層，建筑高差為34.5 m，考慮水泵揚(yáng)程后系統(tǒng)承壓不超過(guò)1.0 MPa；高區(qū)為14層至188.6 m標(biāo)高，建筑高差為121.1 m，水泵揚(yáng)程為36 m，系統(tǒng)承壓為1.571 MPa。

24 h冷卻水系統(tǒng)高區(qū)共設(shè)2個(gè)回路，分別為高區(qū)辦公回路和低區(qū)辦公換熱回路（接板式換熱器）。在14層避難層（設(shè)備層）板式換熱器的進(jìn)水端設(shè)置2臺(tái)循環(huán)水泵，1用1備，變頻運(yùn)行，轉(zhuǎn)速由高區(qū)最不利環(huán)路末端設(shè)備壓差控制。

24 h冷卻水系統(tǒng)低區(qū)供回水溫度為32℃/37℃，在14層避難層（設(shè)備層）板式換熱器的出水端設(shè)置2臺(tái)循環(huán)水泵，1用1備，變頻運(yùn)行，轉(zhuǎn)速由低區(qū)最不利環(huán)路末端設(shè)備壓差控制。24 h冷卻水系統(tǒng)低區(qū)采用膨脹水箱補(bǔ)水定壓，膨脹水箱置于15層架空層，定壓點(diǎn)設(shè)置在循環(huán)水泵的吸入端。

4 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程塔樓辦公部分采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)，保持辦公區(qū)域的微正壓。為了保證建筑立面的完整性，辦公標(biāo)準(zhǔn)層無(wú)法設(shè)置百葉風(fēng)口，新（排）風(fēng)只能通過(guò)避難層（設(shè)備層）引入（排出）。

辦公部分空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)豎向分為3段，其中7層至13層為低區(qū)，16層至21層、23層至25層為中區(qū)，28層至34層為高區(qū)。為盡量減小標(biāo)準(zhǔn)層新、排風(fēng)管截面尺寸，減少管道交叉，提高吊頂高度，本工程在塔樓核心筒的南、北兩側(cè)分別設(shè)置新、排風(fēng)豎井。低、中、高區(qū)分別在14層、22層、27層避難層（設(shè)備層）的南、北兩側(cè)各設(shè)置1臺(tái)排風(fēng)熱回收新風(fēng)處理機(jī)組，辦公排風(fēng)通過(guò)排風(fēng)豎井分別引至各區(qū)排風(fēng)熱回收新風(fēng)處理機(jī)組，對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)處理后排至室外，新風(fēng)通過(guò)排風(fēng)熱回收新風(fēng)處理機(jī)組回收部分排風(fēng)能量后，再集中處理至室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)，通過(guò)新風(fēng)豎井送至辦公區(qū)域。

5 BIM技術(shù)應(yīng)用

本工程建筑造型的靈感來(lái)源于挺拔、俊逸的竹子，為了實(shí)現(xiàn)這種建筑形象，同時(shí)滿足各功能使用要求，包括暖通專業(yè)在內(nèi)的各個(gè)專業(yè)在設(shè)計(jì)上都極為復(fù)雜，而利用BIM技術(shù)建立的三維可視化模型可以直觀、準(zhǔn)確的反映各專業(yè)構(gòu)件、管道的空間相對(duì)位置，當(dāng)有局部沖突或不滿足凈空要求時(shí)，可在三維環(huán)境下進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整，從而避免施工階段的返工。

圖4 深圳水貝國(guó)際珠寶中心暖通專業(yè)BIM模型

圖5 14層避難層（設(shè)備層）熱交換間BIM模型

6 結(jié)語(yǔ)

1）在進(jìn)行超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)豎向分區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，為了盡量提高能源利用效率，在合理控制初投資的前提下，應(yīng)最大限度的利用冷水機(jī)組、末端設(shè)備和管道的承壓能力，減少中間換熱過(guò)程。

2）對(duì)于冷水機(jī)組、循環(huán)水泵設(shè)置在超高層建筑最底層的情況，由于空調(diào)水系統(tǒng)本身靜水壓力大，且循環(huán)水泵揚(yáng)程高，為了盡量降低冷水機(jī)組和循環(huán)水泵的承壓等級(jí)，可以采用循環(huán)水泵設(shè)置在冷水機(jī)組的出水端，定壓點(diǎn)設(shè)置在集水器的方案。

3）對(duì)于采用“垂直加水平”布置方式的空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)，可以根據(jù)建筑平面布局分散設(shè)置送、排風(fēng)豎井，以減小水平風(fēng)管截面尺寸，減少管道交叉，提高吊頂高度。

4）相比于傳統(tǒng)CAD的二維設(shè)計(jì)，BIM技術(shù)的三維可視化特點(diǎn)可以大幅提高設(shè)計(jì)精度，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。