楊 志

湖南省建筑設(shè)計院有限公司，湖南長沙 410012

當(dāng)前，中國社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平不斷提升，人員大量涌進(jìn)城市。城市核心區(qū)的土地供應(yīng)日趨緊張，超高層建筑因其在土地利用方面的優(yōu)勢在我國得到了蓬勃的發(fā)展。伴隨著超高層建筑的飛速發(fā)展，其空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性和安全性等問題也成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)?？照{(diào)水系統(tǒng)豎向分區(qū)是超高層建筑空調(diào)設(shè)計中的難點(diǎn)，分區(qū)是否合理關(guān)系到空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性和安全性。而目前國內(nèi)的規(guī)范和技術(shù)措施對于此問題尚無規(guī)定和指導(dǎo)，遇到此問題時設(shè)計人員常常因無借鑒而感到棘手。因此，對于超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)的豎向分區(qū)進(jìn)行研究和分析有其必要性。本文將結(jié)合工程實(shí)例對超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)的豎向分區(qū)進(jìn)行分析。

1 工程概況

本工程為某超高層建筑，總用地面積約1.6萬m2，總建筑面積約23萬m2，地下4層，地上72層，建筑高度324.6m。裙房地上5層主要功能為商業(yè)及餐飲；主樓地上67層主要功能為辦公；地下4層，主要功能為停車庫及設(shè)備機(jī)房。本工程冷源采用電制冷機(jī)組，熱源采用燃?xì)庹婵諢崴仩t，冷熱水機(jī)組均設(shè)置于地下2層（-12.300m）。裙房商鋪空調(diào)末端采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，裙房公共區(qū)域采用全空氣系統(tǒng)，塔樓辦公空調(diào)末端采用全空氣變風(fēng)量系統(tǒng)。

2 空調(diào)水系統(tǒng)豎向分區(qū)方案

2.1 影響空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)的主要因素

2.1.1 管道承壓

本工程水管管材DN≤50采用熱鍍鋅鋼管，50＜DN≤300采用無縫鋼管，DN＞300采用螺旋焊接鋼管；管道連接方式DN≤50采用螺紋法蘭連接，DN＞50采用焊接。上述金屬管道常用壓力等級及管道連接方式的承壓要求如表1、2所示。

表1 金屬鋼管常用壓力等級

表2 金屬鋼管連接方式承壓要求

2.1.2 設(shè)備承壓

本工程和水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備有電制冷機(jī)組、燃?xì)庹婵諢崴仩t、板式換熱器、水泵、空調(diào)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管，各設(shè)備常用承壓等級見表3。

表3 設(shè)備常用承壓等級

2.1.3 系統(tǒng)供水溫度

電制冷機(jī)組國家標(biāo)準(zhǔn)工況下的供回水溫度為7/12℃，空調(diào)末端國家標(biāo)準(zhǔn)工況下的冷水進(jìn)出水溫度亦為7/12℃。為滿足設(shè)備承壓要求，會采用板式換熱器進(jìn)行豎向分區(qū)，由于板式換熱器和分區(qū)循環(huán)水泵增多，末端空調(diào)設(shè)備的進(jìn)水溫度升高，換熱面積增大，初投資和運(yùn)行費(fèi)用隨之增加。為降低初投資及運(yùn)行費(fèi)用，會采取降低制冷機(jī)組供水溫度來保證末端設(shè)備的供冷量，而制冷機(jī)組供水溫度每降低1℃，其制冷性能系數(shù)（COP）會降低3%～5%，制冷機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用增加。

綜上所述，空調(diào)水系統(tǒng)豎向分區(qū)方案需綜合考慮上述因素，對初投資、節(jié)能性和安全性進(jìn)行綜合比較后確定。

2.2 豎向分區(qū)方案分析

根據(jù)上述設(shè)備承壓要求，考慮初投資及運(yùn)行費(fèi)用，提出以下3種方案進(jìn)行比較。

方案1：將水系統(tǒng)分為4個區(qū)，設(shè)置3組板式換熱器。一組設(shè)置在制冷機(jī)房內(nèi)，服務(wù)22層及以下區(qū)域；2組設(shè)置在38層避難(設(shè)備)層處，1組服務(wù)39～57層，1組服務(wù)58～72層 ；23～38層由制冷機(jī)組直供（圖1）。

方案2：將水系統(tǒng)分為4個區(qū)，設(shè)置3組板式換熱器。一組設(shè)置在22層避難（設(shè)備）層處，服務(wù)23～38層；2組設(shè)置在38層避難（設(shè)備）層處，1組服務(wù)39～57層，1組服務(wù)58～72層；22層以下區(qū)域由制冷機(jī)組直供（圖2）。

方案3：將水系統(tǒng)分為4個區(qū)，設(shè)置3組板式換熱器。一組設(shè)置在制冷機(jī)房內(nèi)，服務(wù)22層及以下區(qū)域；1組設(shè)置在38層避難（設(shè)備）層處，服務(wù)39～57層；1組設(shè)置在52層避難（設(shè)備）層處，服務(wù)58～72層 ；23～38層由制冷機(jī)組直供（圖3）。

圖1 方案1

圖2 方案2

圖3 方案3

各方案的設(shè)備承壓及末端設(shè)備的進(jìn)出水溫度見表4。

表4 各方案設(shè)備承壓及末端設(shè)備進(jìn)出水溫度

2.3 初投資對比估算

根據(jù)項目實(shí)際計算冷負(fù)荷17334kW及系統(tǒng)形式選擇相應(yīng)設(shè)備，通過咨詢設(shè)備廠商，確定各方案設(shè)備初投資如表5所示（因各方案中冷卻塔、冷卻水泵及空調(diào)末端的型號和數(shù)量相同，故初投資未考慮此部分成本）。

表5 各方案初投資對比分析表

2.4 運(yùn)行費(fèi)用對比估算

根據(jù)項目所在地制冷季天數(shù)、日空調(diào)運(yùn)行小時數(shù)、當(dāng)?shù)胤蔷用耠妰r，考慮平均負(fù)荷率，各方案運(yùn)行費(fèi)用估算如表6所示（因各方案中冷卻塔及冷卻水泵型號數(shù)量相同，故初投資未考慮此部分費(fèi)用）。

表6 各方案運(yùn)行費(fèi)用對比分析表

通過上述分析，本項目3種空調(diào)水系統(tǒng)豎向分區(qū)方案均能滿足當(dāng)前設(shè)備、管道及附件的承壓要求，方案1與方案2、3的最大區(qū)別在于高區(qū)冷凍水為冷源水經(jīng)過2次換熱后提供，設(shè)備數(shù)量增加、冷水供水溫度降低，造成初投資及運(yùn)行費(fèi)用增加。故整體考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性及節(jié)能性，本項目空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)以方案1為最優(yōu)。

3 結(jié)語

通過對某超高層空調(diào)水系統(tǒng)3種豎向分區(qū)方案的對比分析，建議超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)豎向分區(qū)的一般原則為：

（1）空調(diào)水系統(tǒng)的豎向分區(qū)主要受設(shè)備、管道及附件的承壓能力限制。

（2）在滿足設(shè)備、管道及附件承壓要求的條件下，盡量減少換熱次數(shù)，以減少設(shè)備數(shù)量，合理確定制冷主機(jī)供水溫度，節(jié)省初投資及運(yùn)行費(fèi)用。

（3）在滿足設(shè)備、管道及附件承壓要求的條件下，還需根據(jù)項目的具體情況，對多種空調(diào)水系統(tǒng)豎向分區(qū)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定滿足安全性、經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性的設(shè)計方案。