萬筠 李百公

深圳華森建筑與工程設(shè)計顧問有限公司

本項目地處深圳市福田中心區(qū)，民田路與福中三路交界處，毗鄰深圳證券交易所，定位為一棟超高層辦公樓，屬一類高層建筑，建筑高度約213.6 m（幕墻頂標高224.8 m），地下5層，地上46層，其中B5～B1主要為車庫、設(shè)備用房等區(qū)域，首層至四層主要為架空層電梯廳，對外辦公、客戶服務(wù)等，五層至九層為會議中心、行政餐廳、員工餐廳、廚房等功能，十層至四十六層為辦公層，其中十一層、二十三層、三十五層為避難層、總建筑面積108040 m2。建筑外墻均采用玻璃幕墻。

1 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

1.1 空調(diào)設(shè)計參數(shù)

表1為室外設(shè)計參數(shù)（廣東省深圳市），表2為室內(nèi)設(shè)計參數(shù)。

表1 室外設(shè)計參數(shù)

表2 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

1.2 設(shè)計日逐時冷負荷

本項目設(shè)計日空調(diào)冷負荷峰值為7361（2093 RT），空調(diào)面積 51700 m2，冷負荷指標為 142 W/m2，全天總冷負荷23867 RT·h。

1.3 冷熱源系統(tǒng)設(shè)計

在設(shè)計之初進行了方案的可行性論證，考慮到深圳地區(qū)有比較好的峰谷電價政策及電價結(jié)構(gòu)（表2），本項目冷負荷高峰與電網(wǎng)高峰時段重合，電網(wǎng)低谷時段空調(diào)負荷較低，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后，最終確認采用冰蓄冷系統(tǒng)。另應(yīng)業(yè)主要求考慮極端天氣供暖，設(shè)置6臺螺桿式風(fēng)冷冷熱水機組（高低區(qū)各三臺）作為冬季供暖熱源以及夏季加班使用。

表3 項目峰谷電價表/kW·h（2016年）

結(jié)合本項目機房面積非常緊張的特點，為充分發(fā)揮設(shè)備的作用及降低運行費用，設(shè)計采用部分蓄冰方式、主機上游串聯(lián)系統(tǒng)，蓄冰裝置采用內(nèi)融冰蛇型鋼盤管。

由負荷計算結(jié)果，7:00～21:00時段總冷負荷為23867 RTh，扣除18:00以后螺桿式風(fēng)冷冷熱水機組負擔(dān)的制冷量2843 RTh，則雙工況主機及蓄冰槽承擔(dān)冷量為21024 RTh。

一共選用三臺離心式雙工況冷水機組，主機單獨供冷工況時，乙二醇進、出口溫度為9℃/4℃，冷卻水進、出水溫度為 32℃/37℃，制冷量為 1828kW（520 RT×3），額定制冰工況乙二醇進、出口溫度為-2.15℃/-5.60℃，冷卻水進、出水溫度為30℃/33.38℃，制冷量為1200 kW（340 RT×3）。蓄冷空調(diào)系統(tǒng)供選用10臺內(nèi)融冰鋼盤管（蓄冷量760 RT），總蓄冰量為7600 RTh，總蓄冰量為7600 RTh，蓄冷率為31.8%，制冷機房內(nèi)設(shè)計有三臺乙二醇－水板式換熱器HR-1～3（圖1），換熱量為1828 kW×3，換熱器熱側(cè)進、出水溫度為為進13℃/5℃，在設(shè)計工況下聯(lián)合供冷運行時，冷側(cè)進、出乙二醇溫度為4/12℃，在主機或蓄冰盤管單獨供冷時，冷側(cè)進、出乙二醇溫度為4/9℃；即主機和蓄冰盤管聯(lián)合供冷時，主機設(shè)于上游，蓄冰盤管置于下游，總供冷溫差為8℃，主機和蓄冰盤管分別負擔(dān)5℃和3℃，其中主機進出水乙二醇溫度為12～7℃，蓄冰盤管進出水乙二醇溫度為7～4℃。

圖1 制冷機房水系統(tǒng)原理圖

1.4 冰蓄冷系統(tǒng)運行方式

考慮本項目特點，本工程冰蓄冷系統(tǒng)通過閥門及設(shè)備切換運行可實現(xiàn)夜間蓄冰、白天雙工況主機單獨供冷、蓄冰盤管單獨供冷、主機及蓄冰盤管串聯(lián)聯(lián)合供冷等4中工況，夜間可根據(jù)需要運行空氣源熱泵機組制備冷水供應(yīng)加班區(qū)域空調(diào)系統(tǒng)使用。四種運行方式工況如表4：

表4 冰蓄冷系統(tǒng)工況設(shè)備供水溫度一覽表

1.5 冰蓄冷系統(tǒng)優(yōu)化控制原則

受建筑條件限制，本項目蓄冰量有限，融冰控制應(yīng)遵循以下幾個原則：

1）融冰要有計劃地照顧到每天負荷高峰滿足負荷高峰需要，減少高峰負荷；

2）在設(shè)計日負荷平衡的情況下要將融冰盡量的放在電力高峰時段以節(jié)約運行費用；

3）在設(shè)計日當(dāng)天的蓄冰要在當(dāng)天用完（充分利用低谷電）；

4）在滿足以上條件的情況下，盡量讓各設(shè)備在高效率點運行，以使能耗最低。

2 空調(diào)水系統(tǒng)

2.1 空調(diào)冷凍水系統(tǒng)豎向分區(qū)

空調(diào)水系統(tǒng)豎向分區(qū)是超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，對工程的安全性以及經(jīng)濟性有重大的影響。綜合安全性、系統(tǒng)運行經(jīng)濟性等因素，并結(jié)合建筑的避難層設(shè)置，確定空調(diào)水系統(tǒng)以23層避難層為高低區(qū)分界線。

本項目制冷機房位于地下4層，建筑-21.9 m，10層避難層建筑標高45 m，23層避難層建筑標高103.9 m，35層避難層建筑標高158.5 m，屋面建筑標高218.9，低區(qū)膨脹水箱底部標高107.5 m，高區(qū)膨脹水箱底部標高222.2 m。根據(jù)系統(tǒng)工作壓力分布為避免空調(diào)水系統(tǒng)底部壓力過高，分為高低兩個區(qū)，地下5層至22層為低區(qū)，冷水直接由地下5層板式換熱器提供；23～46層為中區(qū)，在23層避難層設(shè)置換熱機房、板式換熱器及水泵等，冷水由低區(qū)供至中區(qū)一次側(cè)經(jīng)換熱后供高區(qū)末端。

23層至地下5層為低區(qū)，高差為125.4 m，制冷機房板換及附件承壓按2.0 MPa選用，46層至23層避難層高差為115，高區(qū)換熱板換承壓按1.6 MPa選用，制冷機房雙工況水冷離心制冷機組承壓為1.0 MPa。

2.2 空調(diào)冷凍水大溫差系統(tǒng)

本項目冷凍水系統(tǒng)采用了大溫差設(shè)計，制冷機房換熱器熱側(cè)進、出水溫度為13℃/5℃，文獻[1]指出，13℃/5℃大溫差小流量系統(tǒng)冷凍水流量與常規(guī)5℃溫差系統(tǒng)相比減少了37.5%，冷凍水泵輸送能耗相應(yīng)可以減少40%～60%左右。采用13℃/5℃供回水溫度對現(xiàn)有風(fēng)機盤管的性能影響也較小。不論是風(fēng)機盤管還是風(fēng)柜的盤管排數(shù)都不需要增加。

另外因水流量減少，冷凍水系統(tǒng)管徑、閥門、管件也相應(yīng)減小，冷凍水管道系統(tǒng)的初投資也有所降低，末端管徑的減少也有利于保證業(yè)主要求的吊頂標高。

考慮到本項目采用大溫差水系統(tǒng)，我們對末端設(shè)備的制冷能力進行了校核，選用了大溫差板翅全熱回收新風(fēng)處理機組與大溫差風(fēng)機盤管，新風(fēng)先經(jīng)過板翅熱回收處理再經(jīng)過表冷器，被處理到室內(nèi)等含濕量點后送入房間，風(fēng)機盤管僅需要負擔(dān)室內(nèi)濕負荷及室內(nèi)部分顯熱負荷。

本項目選用專用的大溫差風(fēng)機盤管，盤管設(shè)計為逆流換熱，在循環(huán)風(fēng)量基本相同且供回水溫度為13℃/5℃的情況下，其供冷量比常規(guī)5℃溫差風(fēng)機盤管略高，結(jié)合大溫差板翅全熱回收新風(fēng)處理機組的使用，風(fēng)機盤管規(guī)格不需再加大。

本項目大溫差風(fēng)機盤管參數(shù)詳表5。

表5 大溫差風(fēng)機盤管參數(shù)

3 低溫送風(fēng)系統(tǒng)

本項目采用了冰蓄冷系統(tǒng)，有低溫5℃冷凍水供應(yīng)，我們在室內(nèi)濕負荷比較穩(wěn)定的場所比如三層對外辦公、5～6層會議中心，7層會議中心等區(qū)域設(shè)計了大溫差低溫送風(fēng)空調(diào)機組。低溫送風(fēng)系統(tǒng)的好處有：低溫送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)小，送回風(fēng)的風(fēng)量以及相應(yīng)的風(fēng)管尺寸都比常規(guī)機組小，空氣處理機組的尺寸可變小。本項目選用的低溫送風(fēng)機組送風(fēng)溫度為10℃，送風(fēng)溫差為16℃，供回水溫度為13℃/5℃。

低溫送風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)溫度較低，為防止風(fēng)口結(jié)露，送風(fēng)口采用低溫送風(fēng)專用風(fēng)口（高誘導(dǎo)比低溫送風(fēng)方形旋流風(fēng)口或高誘導(dǎo)比低溫送風(fēng)條形風(fēng)口），風(fēng)口誘導(dǎo)比大，防結(jié)露性能好，低溫空氣送出后對室內(nèi)氣流產(chǎn)生強烈的誘導(dǎo)和卷吸，在離開風(fēng)口很短的距離內(nèi)達到甚至超過常規(guī)送風(fēng)溫度，有效防止結(jié)露及人體吹冷風(fēng)感。另外為防止系統(tǒng)漏風(fēng)引起凝露，我們規(guī)定低溫送風(fēng)風(fēng)管漏風(fēng)量不宜大于1.2 m3/m2，同時加強了風(fēng)管保溫，保溫厚度經(jīng)計算確定，減少輸送熱損失。

低溫送風(fēng)系統(tǒng)在運行時根據(jù)送風(fēng)相對濕度比例控制冷水閥開度,溫度控制和濕度控制同時操作冷水閥時，取大值，嚴格控制室內(nèi)濕度，防止結(jié)露。低溫送風(fēng)系統(tǒng)剛啟動時，為避免出現(xiàn)風(fēng)口表面、周圍空氣結(jié)露現(xiàn)象，應(yīng)將送風(fēng)溫度設(shè)定為常規(guī)系統(tǒng)送風(fēng)溫度，待一定時間后再調(diào)至低溫送風(fēng)溫度，實現(xiàn)“軟啟動”。

4 網(wǎng)絡(luò)機房空調(diào)方案的確定

根據(jù)業(yè)主需求，標準層每三層預(yù)留了一個網(wǎng)絡(luò)機房位置，其空調(diào)負荷按標準層空調(diào)負荷的10%確定，文獻[2]指出通常網(wǎng)絡(luò)機房的空調(diào)系統(tǒng)冷源有以下幾種方案：1）風(fēng)冷冷水機組；2）獨立的冷卻水供應(yīng)系統(tǒng)；3）大廈冷水系統(tǒng)；4）風(fēng)冷式機房專用空調(diào)。本項目采用風(fēng)冷式機房專用空調(diào)，預(yù)留冷媒管井，室外機均考慮放置在預(yù)留在避難層通風(fēng)良好機房內(nèi)，室外機排風(fēng)通過風(fēng)管與百葉連接。

5 冷卻塔方案的確定

5.1 冷卻塔位置的確定

因本項目所在位置屬于深圳最重要的金融機構(gòu)聚集區(qū)，方案設(shè)計時考慮將冷卻塔放置在裙房屋面，雖采取了多種必要的消聲，但因冷卻塔存在噪聲難以治理、飄水不能避免等諸多問題，為避免對周邊其他建筑造成影響，仍然被規(guī)劃部門否決，而放置在塔樓屋面又與建筑方案的屋頂花園嚴重沖突，最后經(jīng)多方討論，最后決定設(shè)置在十層及十一層局部兩層通高位置處，采用鼓風(fēng)型冷卻塔，進風(fēng)從十層進，出風(fēng)從十一層北面出，出風(fēng)百葉風(fēng)速按4～5 m/s，進風(fēng)百葉風(fēng)速按2～3 m/s。

5.2 冷卻塔的消聲隔震

為避免機房震動及噪音對相鄰兩層辦公造成影響，本項目采取了以下幾種措施：1）進排風(fēng)均采用了消聲百葉；2）機房墻面及頂棚均做消聲處理；3）與冷卻塔連接的管道均設(shè)置減震支吊架；4）冷卻塔所在位置設(shè)置浮動地臺。

5.3 冷卻塔防白霧設(shè)計

本項目所在地春夏氣候較為潮濕，文獻[2]指出當(dāng)冷卻塔排出空氣的狀態(tài)與室外空氣混合時后其空氣狀態(tài)點經(jīng)過飽和區(qū)，水蒸氣就會形成水珠，產(chǎn)生白霧。為防止白霧的產(chǎn)生，通常我們可以考慮對冷卻塔進風(fēng)端設(shè)置加熱段，通過對進風(fēng)加熱使進風(fēng)空氣狀態(tài)O點與排風(fēng)狀態(tài)I點的連線不與100%相對濕度線相交，即可避免產(chǎn)生白霧，詳見圖2。加熱段通?？梢圆捎秒娂訜峄驘崴訜幔卷椖坎捎秒娂訜?，由冷卻塔廠家配套提供。

圖2 冷卻塔與室外空氣混合焓濕圖

6 結(jié)論

1）辦公建筑采用冰蓄冷有多種好處，除了利用峰谷電價節(jié)省運行費用外，因冰蓄冷可以提供低溫水，在設(shè)計時可以采用大溫差冷水系統(tǒng)，節(jié)省水泵運行能耗，末端全空氣系統(tǒng)也可以考慮低溫送風(fēng)，節(jié)能風(fēng)機運行能耗。設(shè)計時應(yīng)對其進行經(jīng)濟性分析，使整個系統(tǒng)投資回收期在可接受范圍內(nèi)。

2）超高層建筑水系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)末端設(shè)備及管道、閥件的承壓進行分區(qū)設(shè)計，盡可能減少換熱次數(shù)，減少能耗損失。

3）超高層建筑冷卻塔的位置選擇至關(guān)重要，當(dāng)冷卻塔設(shè)置在設(shè)備層時應(yīng)對其氣流組織進行模擬，同時做好消聲減震、防白霧等措施，避免對上下層辦公造成不利影響。