長沙某超高層建筑暖通設計

陳小明 凌嘯 李啟宇 羅志文

1 中國建筑五局建筑設計院

2 湖南建工集團工程設計研究院有限公司

1 工程概況

本項目位于長沙市岳麓區(qū)梅溪湖國際新城片區(qū)，總建筑面積為214694.61 m2，其中地上建筑面積為169332.33 m2，地下建筑面積為45362.28 m2。1#棟超高層1～3 層為底層商業(yè)，4～55 層為住宅，建筑總高度195.2 m。2#超高層1～3 層為底層商業(yè)，4～51 層為公寓，建筑總高度211.9 m。3#商業(yè)地上1～3 層。地下車庫為-1～-3 層，其中-3 層局部為人防區(qū)域。

2 空調(diào)設計參數(shù)、負荷計算

室外設計參數(shù)表見表1[1]。空調(diào)室內(nèi)設計參數(shù)具體見表2。

表1 室外設計參數(shù)表（夏熱冬冷地區(qū)，長沙市）

表2 空調(diào)室內(nèi)設計參數(shù)

進行逐時空調(diào)負荷計算，如表3 所示。

表3 空調(diào)負荷計算

3 超高層空調(diào)設計

目前，分布式能源站[2-3]已得到廣泛應用。如表4為三種空調(diào)方案的比較。

表4 空調(diào)方案比較

1#住宅和2#公寓為超高層建筑，分體空調(diào)安裝條件較差，通風百葉影響立面效果，因此1#超高層住宅和2#超高層公寓150 m 以上采用多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)，多聯(lián)機室外機設置于每層設備平臺。3#商業(yè)每鋪獨立經(jīng)營，獨立計費，分體空調(diào)較為適合。附近梅溪湖能源站距本項目地塊距離為1050 m，供能距離較短，且能源站已在同步建設中，因此本項目2# 超高層公寓150 m 以下樓層空調(diào)冷熱源全部由能源站提供。能源站采用“污水源+天然氣冷熱電三聯(lián)供”的復合供能方式，能源配比情況如下：夏季供冷能源配比由15%分布式+55%污水源+30%水冷組成，冬季供熱能源配比由25%分布式+10%鍋爐+65%污水源組成。

1）能源站在本項目中的應用

對于超高層建筑，集中空調(diào)系統(tǒng)的空調(diào)設備、管材等需承受較大的水靜壓，當設備、管材等的工作壓力超過2.0 MPa 時，其工程成本將大幅上升，因此合理的空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)將對工程的安全性，節(jié)能性，經(jīng)濟性和運行管理產(chǎn)生非常大的影響[4-5]。本工程2#超高層公寓150 m 以下（4～33F）空調(diào)冷熱源接附近能源站，換熱機房位于地下一層。空調(diào)水系統(tǒng)圖如圖1 所示。

空調(diào)水系統(tǒng)豎向分高、低共兩個區(qū)：低區(qū)（4～22F）、高區(qū)（24～33F）。低區(qū)總換熱量4500 kW，選用1 套一體化水-水板式換熱器（含2 臺換熱器，3 臺水泵及控制系統(tǒng)），單臺換熱量不小于總熱量的70%。高區(qū)總換熱量2500 kW，選用1 套一體化水-水板式換熱器（含2 臺換熱器，3 臺水泵及控制系統(tǒng)），單臺換熱量不小于總熱量的70%。一次側(cè)冷水供、回水設計溫度為：5.5 ℃/12.5 ℃，二次側(cè)冷水供、回水設計溫度為：13.5 ℃/6.5 ℃。一次采暖水側(cè)供、回水設計溫度為：50 ℃/40 ℃，二次側(cè)采暖水供、回水設計溫度為：38 ℃/48 ℃。高層建筑水系統(tǒng)須滿足設備承壓能力的需要，空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)承壓：低空調(diào)水系統(tǒng)定壓為1.1 MPa，工作壓力1.46 MPa，試驗壓力2.0 MPa。閥門及水管承壓1.6 MPa。高區(qū)空調(diào)水系統(tǒng)定壓為1.6 MPa，工作壓力1.98 MPa，試驗壓力2.5 MPa。閥門及水管承壓2.0 MPa。

圖1 空調(diào)水系統(tǒng)原理圖

集中空調(diào)水系統(tǒng)采用雙管制，整個水系統(tǒng)采用閉式循環(huán)系統(tǒng)，每個空調(diào)水環(huán)路均為同程布置。每層回水管設置靜態(tài)平衡閥，在系統(tǒng)最高點設自動排氣閥。空調(diào)供、回水總管間設置差壓旁通管，使末端設備低流量時水系統(tǒng)壓力保持穩(wěn)定。空調(diào)系統(tǒng)采用膨脹水箱定壓補水。空調(diào)分區(qū)域回水總干管及每層回水干管、每戶空調(diào)回水總管上設置能量計進行計量。

圖2 Loft 公寓下層空調(diào)布置

2#超高層公寓空調(diào)室內(nèi)機的布置需與精裝緊密配合。空調(diào)室內(nèi)機布置影響設備安裝及維護，室內(nèi)機布置不合理會造成室內(nèi)噪音超標。如圖2 和圖3 所示，為公寓Loft 室內(nèi)機及風口布置。公寓每層通過新風機房內(nèi)設置新風全熱回收機組，采用豎風井集中送排風，每層新風量為3000 m3/h，焓回收效率不小于65%。

圖3 Loft 公寓上層空調(diào)布置

2）多聯(lián)機系統(tǒng)在本項目中的應用

本工程2#公寓150 m 以上（35～51 層）空調(diào)冷熱源采用分層分戶設置多聯(lián)式空調(diào)，可實現(xiàn)分戶計量。室外機分層擺放在設備平臺。對于如圖4 所示，東側(cè)兩戶空調(diào)室外機處在凹槽處，造成室外機氣流短路，影響室外機正常散熱，有必要對該處空調(diào)室外機散熱進行氣流解析。

圖4 公寓35～51 層多聯(lián)機空調(diào)室外機布置示意圖

圖5 多聯(lián)機空調(diào)室外機平臺吸風溫度及速度立面圖（最不利51 層）

選取2#公寓35～51F 東側(cè)兩戶空調(diào)室外機機位進行氣流解析。根據(jù)圖5 計算結(jié)果，吸風溫度最高值為51 層機位49.11 ℃，未超過室外機的運轉(zhuǎn)極限溫度50 ℃。因此，按照本次氣流解析的外機散熱條件，設備平臺擺放的室外機在35～45、47～51 層空調(diào)機位產(chǎn)生氣流短路的可能性比較小。

4 通風防排煙設計

1）防煙設計

由于新規(guī)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術標準》（GB51251-2017）已于2018 年8 月1 日執(zhí)行，因此本工程根據(jù)GB51251-2017 進行防排煙系統(tǒng)設計。

1#超高層住宅（地下3 層，地上55 層），2#超高層公寓（地下3 層，地上51 層）其防煙樓梯間、合用前室、前室、避難層前室均設計機械加壓送風系統(tǒng)，加壓風機設置于避難層風機房或屋頂風機房內(nèi)。避難層設計機械加壓送風系統(tǒng)，加壓送風量按避難層凈面積每平方米不小于30 m3/h 計算，避難層的防火窗為可開啟，有效面積不小于避難層地面面積的1%，火災時關閉，有煙時手動（或自動）開啟防火窗排煙。3#商業(yè)防煙樓梯間和前室、合用前室、消防前室均設置機械加壓送風系統(tǒng)，加壓送風機設置在專用送風風機房內(nèi)。防煙樓梯間內(nèi)機械加壓送風系統(tǒng)的余壓值50 Pa，前室、合用前室為25 Pa。設置機械加壓送風系統(tǒng)的防煙樓梯間，在其頂部設置不小于1 m2的固定窗。靠外墻的防煙樓梯間，在其外墻上每5 層內(nèi)設置總面積不小于2 m2的固定窗。機械加壓送風系統(tǒng)的設計風量按計算風量乘以1.2 倍確定。加壓送風系統(tǒng)采用管道送風，土建豎井各內(nèi)壁邊預留75～100 mm 空間以便安裝管道。

2）通風、排煙設計

地下車庫均設計平時排風和火災時排煙合用系統(tǒng)。平時排風量按室內(nèi)凈高3 m、5 次/h 換氣次數(shù)計算。車庫火災時排煙量按《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規(guī)范》GB50067-2014 中表8.2.5 的規(guī)定值。負一層有直通室外車道的防火分區(qū)利用直通室外的車道自然補風外。其余防火分區(qū)均設置機械補風系統(tǒng)，補風量不小于排煙量的50%且不小于排風量的80%。選用雙速柜式離心風機，平時低速運行排風，火災時切換至高速運行排煙。地下車庫設置一氧化碳氣體濃度檢測器，根據(jù)監(jiān)測到CO 實時濃度情況，對排風機進行自動運行控制。

有自然排煙條件的房間采用可開啟外窗自然排煙，自然排煙窗設置在儲煙倉以內(nèi)，其有效開窗面積不小于房間面積的2%，設置在高處不便于直接開啟的可開啟外窗在距地高度為1.3 m 的位置設置手動開啟裝置。

不滿足規(guī)范自然排煙要求的，面積大于50 m2的地下室房間、面積大于50 m2的地上無窗房間、地上設有外窗經(jīng)常有人停留面積超過100 m2或可燃物較多面積超過300 m2的房間，以及長度大于20 m 的疏散走道均設置排煙系統(tǒng)。超過60 m 的商業(yè)建筑的公共走道，需在外墻或屋頂設置固定窗，布置間距不宜大于20 m，每個固定窗面積不小于1 m2。

公共衛(wèi)生間設機械排風系統(tǒng)，排風量按換氣次數(shù)15 次/h 計算。配電房采用氣體滅火，設置機械排風系統(tǒng)兼作氣體滅火后通風系統(tǒng)。地下室消防水泵房、生活泵房、換熱機房、通訊設備間均根據(jù)房間換氣次數(shù)設置機械排風系統(tǒng)及補風系統(tǒng)。

地上商鋪均預留廚房排油煙支管，排油煙風管接口處設置止回閥及150 ℃防火閥，以防止煙氣倒灌及火災通過油煙支管蔓延至其他商鋪，處理后油煙濃度應小于2 mg/m3，油煙凈化處理設備及配套風機由用戶根據(jù)實際需要自行安裝。

5 空調(diào)自控

火災時，由消防控制中心切斷除正壓送風機，排煙風機及消防補風機以外的所有空調(diào)通風電源。負一層換熱機房控制系統(tǒng)由廠家配套提供。機房高效節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)招標確定后由供應商完成的二次深化設計。

換熱機房設備聯(lián)鎖功能：

a）循環(huán)水泵啟動后，一次網(wǎng)的電動調(diào)節(jié)閥才能開啟，異常停電或循環(huán)泵異常停止，實現(xiàn)關閉一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥，同時發(fā)出報警信號。

b）水泵啟停及連鎖機組啟動時：管道上電動閥-水泵。停機時，次序反之。

任何一臺水泵均可由時間程序，遠控及現(xiàn)場手動啟動。對空調(diào)供，回水溫度及壓差設計控制裝置。同時對設備設計監(jiān)測和故障報警裝置監(jiān)測設備的運行。風機盤管的表冷器出水管上均安裝電動兩通閥，室內(nèi)控制面板設三速開關，在室內(nèi)溫度達到要求時停止風機運轉(zhuǎn)并聯(lián)動關閉電動兩通閥。新風機組，風機等設備自帶控制箱。通風系統(tǒng)：通風系統(tǒng)的啟停控制。風機運行狀態(tài)顯示，故障報警。

6 結(jié)論

本工程屬于超高層建筑，需要根據(jù)實際情況，選擇適合的冷熱源類型。多聯(lián)機系統(tǒng)從安裝到調(diào)試、計費較為便捷，設計時需避免在過深凹槽處布置多聯(lián)機室外機，當多聯(lián)機室外機組散熱很好的情況，多聯(lián)機是一種可靠、靈活的空調(diào)系統(tǒng)。對于超高層公寓接能源站系統(tǒng)，從空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)、空調(diào)系統(tǒng)計費、新風設計、Loft 公寓室內(nèi)機布置等各方面均需加大研究，從而保證整個空調(diào)系統(tǒng)能高效、穩(wěn)定的運行。