辦公建筑暖通空調系統設計分析

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摘要：項目是由南、北裙房及塔樓組成的城市綜合體，功能以辦公為主，屬超高層建筑。介紹該項目的空調冷熱源配置、高端辦公區的輔助采暖系統、空調水系統、空調風系統以及節能措施等，總結在超高層辦公建筑暖通空調系統設計中應注意的問題，如精確計算建筑的冷熱負荷、合理確定區域的水系統制式、根據負荷特點進行冷水機組選型等。

關鍵詞：超高層建筑；冷熱源；輔助采暖；系統設計

城市化進程的不斷加快，促使城市市區的人口密度急劇膨脹，城市核心區的土地面積有限，高層建筑逐漸被人們重視。各國對高層建筑的定義存在差異，日本將10~17層、高度低于45m的建筑稱為高層建筑，高度高于45m的建筑稱為超高層建筑；我國規定24m（住宅27m）以上的建筑為高層建筑，高度在100m及以上的高層建筑稱為超高層建筑[1-2]。超高層建筑作為城市的地標之一，處于優越的地理位置，一般作為金融、證券、貿易及各類專業人士的辦公場所[3-4]。以某典型的超高層辦公建筑為例，詳細闡述暖通空調系統的設計，包括冷熱源的選擇、水系統的豎向分區、冬夏季空調的系統流程等[5-6]，可為超高層建筑的空調系統設計提供思路。

1工程概況

項目位于無錫市經濟開發區金融街區，現代風格建筑，建成后將是無錫市地標性建筑。建筑面積109927m2，地上由塔樓及南、北裙房組成。塔樓高179.6m，為37層的超高層，功能為普通辦公區及高端辦公區；南、北裙房高度均為21m，為4層的多層建筑，南、北裙房呈對稱設計，功能為辦公及部分商業用房。共設2層地下室，地下室面積約為28142m2，包括停車位、設備用房等。項目的避難層分別設置在7層、17層及27層。

2冷熱源

2.1冷熱負荷

超高層建筑空調負荷的計算方法與多層建筑的方法相同，不同之處主要為平均風速及空氣溫度[3]。超高層建筑的室外風速隨著建筑高度的增加而增加，由于風速較大，外圍護結構受到的風壓也較大，應全面考慮超高層建筑可開啟外窗的滲透風量。針對多層建筑或低于100m的高層建筑，空氣溫度取設計規范中給出的設計溫度值即可。超高層建筑的高度越高，室外溫度越低，室外溫度的下降將影響圍護結構的傳熱計算，影響空調系統的新風冷熱量。推薦的室外計算溫度，一般根據建筑高度取規范中的當地室外空氣進行計算，干球溫度的降低范圍為-3.6~-1.2℃。冷熱負荷計算是決定冷熱源的基礎性條件，應考慮項目高度引起的室外風速的增大及空氣溫度的降低。

2.2冷熱源系統形式

空調冷熱源水系統流程如圖1所示，采暖熱源水系統流程如圖2所示。項目應充分考慮建筑布局、功能分區、運營需求，考慮能源形式時，以節能、環保為準則，滿足節能標準為前提，綜合確定能源系統形式[2]。冷熱源集中設置，地下1層設置制冷機房及鍋爐房，為南、北裙房和塔樓提供冷熱源，鍋爐房設置在靠外墻的位置，遠離主要出入口[1]，上方設置輕質屋面形式，避免出現爆炸造成沖擊。2.2.1系統水溫及系統豎向分區超高層建筑的高度較高，設計空調系統的水系統時，必須使水系統的靜水壓力及系統運行時的工作壓力小于冷熱源主機、循環水泵、空調末端設備、水管及管道系統配件的承壓能力。為降低系統的承壓，超高層建筑一般采用板式換熱器[。空調冷卻水供/回水溫度為6℃/12℃；空調熱水供/回水溫度為60℃/50℃。17層為避難層，設置空調冷熱水板式換熱器，換熱后的供/回水溫度分別為7℃/13℃和58℃/48℃；空調冷卻水供/回水溫度為32℃/37℃；采暖熱水供/回水溫度為85℃/60℃；設置2組板式換熱器，換熱后供/回水溫度為80℃/55℃，為中區（18~27層）采暖和高區（28~37層）采暖服務。2.2.2冷源采用3臺制冷量為2461kW的離心式冷水機組和1臺制冷量為1093kW的螺桿式冷水機組，作為空調系統的冷源。小機組容量為大機組容量的40%~50%，保障部分負荷工況下機組的高效率運行。在避難層（17層）設置2臺換熱量1800kW的空調冷水板式熱交換器，為高區空調冷水換熱，系統設置4臺500m3/h的開式冷卻塔，放置在南裙房屋面。2.2.3熱源熱源采用2臺制熱量2326kW和1臺1400kW的真空燃氣熱水鍋爐。在避難層（17層）設置2臺1800kW的空調熱水板式熱交換器，為高區空調熱水換熱，1臺故障時，總換熱量不低于設計需求量的60%[4]。考慮到塔樓高端辦公（8層及以上）的高舒適性要求，冬季在設置空調取暖的基礎上，還需要設置散熱器輔助采暖。輔助采暖按照50W/m2提供，高端辦公區采取空調+采暖的新模式。鍋爐房另外設置2臺制熱量1050kW的真空燃氣熱水鍋爐為塔樓高端辦公區供暖。在避難層設置2臺換熱量581kW的板式換熱器為中區18~27層服務，設置另外2臺換熱量581kW的板式換熱器為高區28~37層服務。

3空調水系統

（1）空調冷、熱水系統為閉式系統，采用二管制機械循環異程式系統，水系統為一級泵定流量系統。低位設置落地式定壓裝置定壓，設置全自動加藥裝置進行水質處理。（2）空調冷、熱水系統采用一級泵變流量系統，根據最不利環路空調末端的壓差調節水泵的轉速。在滿足空調系統供水量需求的前提下，降低了部分負荷下的輸送能耗。供回水總管之間設置最小流量旁通。（3）在集水器各回路干管上設置靜態平衡閥，每臺空調機組、新風空調機組的回水管路上設置比例積分式電動調節閥及動態壓差平衡閥。每臺風機盤管的回水管路上設置電動兩通閥，連接風機盤管的供回水支干管上設置靜態平衡閥及自力式壓差控制閥。（4）空調冷熱水分為5環路，分別向南裙房、北裙房、塔樓6層及以下、塔樓8~16層、塔樓避難層17層空調用板換供水。其中南裙房、北裙房、塔樓6層及以下區域采用二管制末端；塔樓8~16層、經板換向塔樓18層及以上樓層供水均采用四管制末端。（5）塔樓8層及以上為高端辦公區域，有采暖需求。采暖熱水分為2環路，分別向塔樓8~16層、塔樓避難層17層采暖用板換供水。在避難層17層設置兩組板式換熱器分別為中區18~27層和高區28~37層服務。

4空調風系統

（1）商業、大空間辦公、大堂、復式辦公等大空間場所，采用全空氣空調系統，送風方式根據不同空間條件及使用需要，采用頂送、側送等不同的送風方式，回風采用集中回風。南、北裙房商業及塔樓6層及以下根據層高選用不同的風口，塔樓8層及以上采用VAVBOX變風量末端形式。（2）包間等一些小面積房間，采用風機盤管加新風系統，氣流組織根據不同空間條件及使用需求，采用頂送、側送等不同的送風方式。（3）全空氣空調系統的新風比可調，過渡季最大新風量可達50%，人員密集場所可達70%，排風系統風機風量與新風量對應控制，所有空調箱均自帶變頻器。人員密集的全空氣系統中，室內設置CO2濃度監測裝置，實現運行中新風量可調，節約空調系統新風能耗。（4）塔樓是辦公區域的主要承載部分，大部分布置為辦公功能，造成各層設備機房的面積有限。將新風和排風換熱的輪轉式換熱模塊布置在設備層，經過預處理的新風經豎向新風井道分配至各層空調機房，再經過空調箱送至各辦公區域。排風經豎向排風井道，經輪轉式換熱模塊與新風熱交換后排至室外。（5）新風系統、空調系統的新風入口處設置與風機聯鎖啟閉的電動密閉風閥。新風機組、空調機組內設置加濕器對空氣進行加濕處理，空調系統采用濕膜加濕。

5節能措施

（1）采用高效率的水冷冷水機組，在名義工況和規定條件下，冷水機組制冷性能系數COP滿足規范要求；采用高效率的真空燃氣熱水鍋爐，在名義工況和規定條件下，鍋爐的熱效率滿足規范要求。冷熱源采用模塊機組群控方式。（2）全空氣空調系統、送風機、排風機均采用變頻調速電機，實現了過渡季全新風運行模式或空調季可調新風比。（3）新風機組、空調機組采用排風熱回收式的新風預冷（熱）模式，空調季節室外新風通過初效過濾器后，經過熱回收元件（輪轉式換熱）與排風進行熱、濕交換，進行預冷或預熱。過渡季節開啟旁通閥，新風不經過輪轉式換熱元件，直接送入新風機組、空調機組；排風也不經過熱回收元件，直接排至室外。（4）南、北裙房及塔樓的空調水系統采用一級泵變流量系統，落地式定壓裝置定壓，一級泵變速運行調節流量，可以根據末端流量的變化調節循環泵的轉速，通過BMS系統調節機組的運行臺數，達到節能的目的。（5）冷卻塔風機采用臺數控制及變頻調速控制。

6結語

（1）超高層建筑的暖通空調系統設計的前提是準確地計算建筑的冷熱負荷。相較于一般的多層建筑負荷計算，要考慮建筑高度變化帶來的室外平均風速增大及空氣溫度降低帶來的負荷變化。（2）超高層建筑空調（采暖）水系統的豎向分區要結合建筑的避難層設置，綜合安全性、經濟性及運行管理因素，全面比較后確定方案。（3）根據不同場所的功能定位及甲方對冷熱環境的要求等，合理確定區域的水系統制式，合理采用二管制、四管制及分區兩管制等。（4）根據負荷特點，冷水機組選型按照“三大一小”制冷容量搭配，小機組容量為大機組容量40%~50%，保障部分負荷工況下機組高效率運行。熱水鍋爐按照“二大一小”搭配，保障部分負荷工況下鍋爐的高效率運行。

參考文獻

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[2]張鐵輝.深圳中州控股中心暖通空調設計［J］.暖通空調，2014，44（5）：21-26.

[3]范存養，楊國榮，葉大法.高層建筑空調設計及工程實錄［M］.北京：中國建筑工業出版社，2014.

[4]GB50736—2012，民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范［S］.

[5]李鵬.鄭州某超高層建筑綜合體暖通空調系統設計［J］.建筑熱能通風空調，2019，38（4）：93-95.

[6]肖小野.大連某超高層建筑暖通空調系統設計［J］.建筑熱能通風空調，2017，36（1）：92-95.

作者：李晴 單位：上海建工集團股份有限公司