沙泳洪

(廣東海外建筑設計院有限公司，廣州510075)

1 工程概況

本項目位于武漢硚口區(qū)的核心地段，東臨硚口路，南靠沿河大道，與輕軌站相連，西望琴臺公園，北臨京漢大道和漢江。商業(yè)區(qū)位與交通區(qū)位優(yōu)勢顯著。本工程的寫字樓為武漢硚口金三角項目其中的一棟，本棟建筑與該項目的四層商業(yè)相連，但系統(tǒng)和功能獨立。寫字樓建筑面積為140 041m2，樓高317米，其中地上68層，地下3層，一至四層為中庭大堂，其以上部分為辦公，其中18、35、52層為避難層，19、36、53層為設備層，空調面積約為97 000m2，夏季設中央空調系統(tǒng)，冬季采用常壓燃氣熱水鍋爐，經過板換換熱后，通過分集水器與原空調系統(tǒng)相連，本工程空調系統(tǒng)為兩管制系統(tǒng)，由于篇幅原因，本文只介紹空調冷水系統(tǒng)的設計。

根據甲方要求及該棟寫字樓的市場定位，54層以上高端客戶有可能有24小時空調的要求，為了節(jié)約整個空調系統(tǒng)的運行費用，本次設計在屋面預留2臺模塊式一體化冷水機組，待業(yè)主招租后，根據客戶的實際需求量完善屋面的空調主機部分的設計。

2 空調水系統(tǒng)的選擇

由于本工程為超高層寫字樓，頂端空調用戶最高點高度為309米，為了解決超壓問題，本工程前期提出了兩個方案。方案一 (見圖1)主機設于地下室，在中間設備層設置板換，解決系統(tǒng)的超壓問題;方案二 (見圖2)主機設于中間設備層，將該建筑分為2個空調系統(tǒng)。兩個方案比較詳見表1。

甲方及該工程顧問公司經過多方論證和考察，尤其考慮到噪音對中間層辦公室的影響因素，最終選擇了方案一。

3 冷水供回水溫差及設計參數(shù)的選擇

該棟辦公樓空調面積為97 000m2，經過逐時冷負荷計算，空調冷負荷為13 328kW，冷指標137kW/m2，根據辦公樓的使用特點，其負荷變化較大，所以按照大小機搭配原則，選擇3臺1000RT和2臺500RT的離心式制冷機組，2臺500RT離心機組變頻以適應更小負荷時高效運行。由于該空調系統(tǒng)負荷較大，若選用傳統(tǒng)的冷水供回水5℃溫差 (7℃/12℃)，相比采用冷水供回水8℃大溫差的空調系統(tǒng)，空調冷水流量大、增加主機房內設備及水管的造價和水泵的運行費用。本工程設計原考慮冷水的供回水溫度為5℃/13℃，咨詢多個空調廠家，只有少數(shù)廠家保證空調主機在該參數(shù)的條件下運行保持較高的COP值，最后選用6℃/14℃的空調供回水溫度，滿足了大部分廠家空調主機的較高COP值，以便完成設備招投標工作。

圖1 高、低區(qū)合用冷源

圖2 高、低區(qū)獨立冷源

表1 空調水系統(tǒng)方案比較

4 空調系統(tǒng)末端設備形式的選擇

目前，寫字樓的中央空調系統(tǒng)形式，較常見的為風機盤管加新風空調系統(tǒng)和變風量空調系統(tǒng)(VAV)兩種形式，其詳細介紹見表2。

本工程綜合了風機盤管加新風及變風量空調系統(tǒng) (VAV)的優(yōu)缺點，提出了兩個方案供業(yè)主選擇，詳見表3。

表2 風機盤管加新風系統(tǒng)和變風量空調系統(tǒng)的比較

表3 本工程提出的兩種末端設備形式的方案比較

甲方同營銷部門通過市場調研確定了該棟寫字樓的市場定位，選用了方案一，在初投資不高的情況下依然滿足了高端客戶要求。

5 空調冷水系統(tǒng)的壓力分析及設備承壓選擇

由于該工程中間設備層的位置比較高，該層地面標高為160.50米，制冷機房地面標高為－5.00米，該冷水系統(tǒng)已經超過了普通設備的承壓能力。設計中需要仔細核算設備的最大靜壓和工作壓力，正確選擇設備承壓。

5.1 各設備承壓能力

離心式制冷機組:普通型PN=1.0MPa;加強型PN=1.6MPa;特加強型PN=2.1MPa;

水泵、換熱器:普通型PN=1.0MPa;加強型PN=1.6MPa;特加強型PN=2.5MPa;

風機盤管:普通型 PN=1.0MPa;加強型 PN=1.6MPa;

空調風柜:PN=1.0MPa;加強型 PN=1.6MPa;特加強型PN=2.5MPa;

5.2 本工程設備承壓分析及選擇

為了降低冷水系統(tǒng)運行的工作壓力，冷凍水泵 (變頻)采用抽出式接入系統(tǒng)、采用回水末端頂點定壓方式，為了避免低區(qū) (2～34層)的水力失調問題，空調立管采用同程式布置。通過借用采暖系統(tǒng)的水壓圖原理，可以計算出制冷機房內及末端底層設備的最大工作壓力。水泵的流量和揚程在設計工況時，即水泵滿負荷工況 (最大流量)而非變頻工況時，此時系統(tǒng)的工作壓力最大，該時刻低區(qū)系統(tǒng) (34層以下)的壓力分析詳見圖3，圖4為本工程設計的空調冷水系統(tǒng)示意圖。

圖3 2－34層冷水系統(tǒng)壓力分析

圖4 本工程空調冷水系統(tǒng)示意圖

在低區(qū) (34層以下)空調系統(tǒng)中，制冷機(位置－5.0米)最大承受的靜壓為171.5米、工作壓力為164.5米，設備承壓選用 PN=2.1MPa。冷凍水泵 (位置 －5.0米)最大承受的靜壓為171.5米、工作壓力為188.5米，設備承壓選用PN=2.5MPa。一至四層大堂的空調風柜座落于二層，按照6.0米的高度計，則底層空調風柜最大承受的靜壓為160.5米、工作壓力為172.5米，設備承壓選用PN=2.5MPa，五層風機盤管 (位置25.0米)，其最大承受的靜壓為141.5米、工作壓力為153.5米，設備承壓選用 PN=1.6MPa。其他部位的末端設備承壓核算同低區(qū)，本文不再詳細介紹。

6 大溫差對末端設備換熱能力的影響

由于本工程主機的設計供回水溫度為 6℃/14℃，經過板換后，中高區(qū)末端設備的供回水溫度為7℃/15℃。以風機盤管為例分析當末端供回水溫度為非標準工況，即采用大溫差冷水系統(tǒng)時對末端設備換熱能力的影響。

表4 不同工況的換熱能力

表4是廠家提供的經過電腦選型軟件計算的在進風工況為27/19.5℃時，不同冷水供回水溫度以及調整風機盤管回路時的換熱能力。由表4的數(shù)據看出，冷水大溫差使得空調末端設備的全熱、顯熱、潛熱冷量都有不同程度的降低，但對潛熱影響最大，除濕能力大大降低。無論冷水6℃/14℃工況還是7℃/15℃工況，其制冷能力和除濕能力均有較大降低，采取措施后，其末端設備的換熱能力基本能夠滿足設計要求。

有以下幾種方式可以提高末端設備的換熱效率:a、增加盤管的排數(shù);b、在水盤管內加裝擾流器強化換熱;c、改變盤管內的結構形式，通過調整表冷器的回路數(shù)，提高每個回路的水流速，從而增加表冷器的換熱能力;d、采用親水鋁翅片。

7 結束語

本工程在設計過程中得到了同行專家的大力支持，以及空調廠家的協(xié)助，將冷水大溫差、空調主機變頻、一次泵變流量等多個節(jié)能理念應用在設計中，并在高級寫字樓中應用了24小時空調水系統(tǒng)的設計理念，但由于建筑條件以及甲方初投資等多個因素的影響，有些空調系統(tǒng)僅為預留，待業(yè)主招租后深化設計。本工程為在建項目，還有很多問題需要在運行過程中發(fā)現(xiàn)及完善，本文將此工程的設計過程中一些心得與同行分享，請各位專家給予寶貴意見。

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