唐興中 TANG Xing-zhong

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京 102600）

0 引言

隨著我國建筑科學不斷發(fā)展進步，國內(nèi)超高層建筑也迅速增加，更好地滿足了現(xiàn)代人們消費觀念日益增長需求。由于超高層建筑形體高大、業(yè)態(tài)繁多、空間結(jié)構(gòu)復雜，對通風、空調(diào)及防排煙系統(tǒng)設(shè)計提出了更加嚴格的要求，而且目前國內(nèi)相關(guān)規(guī)范和技術(shù)措施對超高層空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)等尚無明確規(guī)定。因此，通風空調(diào)系統(tǒng)及防排煙系統(tǒng)設(shè)計是否合理，將會對工程的經(jīng)濟性、節(jié)能性、可靠性和運營管理等產(chǎn)生重大的影響[1]。

1 工程概況

項目位于深圳市，是集地下車庫、辦公、五星級酒店以及商業(yè)于一體的超高層綜合樓，建設(shè)用地為4368.99m2，地上建筑面積65530m2，地下建筑面積13301m2，共47層（1～5層為辦公大堂、酒店大堂、社區(qū)警務室、社區(qū)（黨群）服務中心、商業(yè)文化設(shè)施、商業(yè)及宴會廳；6層為物業(yè)管理用房及架空綠化休閑；7～11層、13～24層、26～32層為辦公，31～32層局部設(shè)置兩層通高的多功能廳；38～47層為酒店客房層；33層為設(shè)備層及多功能廳上空；12層、25層、37層為消防避難、設(shè)備層），總建筑高度為199.2m。地下室主要為車庫和設(shè)備房功能，共4層。由于地處夏熱冬暖地區(qū)，因而商業(yè)裙房及辦公區(qū)僅考慮夏季供冷，五星級酒店采用四管制水系統(tǒng)滿足同時供冷供暖需求。

2 空調(diào)冷熱源系統(tǒng)選擇

2.1 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)[2-3]（表1）

表1 空調(diào)房間室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

2.2 冷熱負荷計算結(jié)果（表2）

表2 冷熱負荷計算結(jié)果

2.3 商業(yè)、辦公和酒店空調(diào)系統(tǒng)冷源

根據(jù)上述冷熱負荷計算結(jié)果，并從該建筑功能特點、節(jié)能與運行管理等方面綜合考慮，裙房商業(yè)區(qū)、塔樓辦公區(qū)、塔樓五星酒店合用一套變頻高效空調(diào)冷源系統(tǒng)。同時為了保證空調(diào)冷源系統(tǒng)的可靠運行，滿足后期運行管理的節(jié)能性要求，減少初期投資，制冷機組采用大小機組進行搭配；即配置2臺制冷量900RT變頻高效離心式制冷機，2臺制冷量300RT變頻高效螺桿式制冷機。冷凍水的供回水設(shè)計溫度分別為6℃/11℃，當系統(tǒng)負荷要求比較小時，可單獨運行一臺300RT的變頻高效螺桿式制冷主機，以降低運行成本，制冷機房設(shè)置于地下四層。冷卻塔與水冷機組以“多機對多塔的并聯(lián)形式”搭配，冷卻塔采用4臺400m3/h全剛方形橫流式冷卻塔（風機變頻）及2臺300m3/h全剛方形橫流式冷卻塔（風機變頻）搭配組合，冷卻水的進出水設(shè)計溫度分別為32℃/37℃，各全剛方形橫流式冷卻塔通過在進水管處設(shè)置電動蝶閥來實現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能控制，冷卻塔設(shè)置裙房商業(yè)屋面。

2.4 酒店空調(diào)系統(tǒng)熱源

基于建筑地下室及周圍實際情況難以滿足鍋爐房的設(shè)置要求，且鍋爐設(shè)置在室外或地下室為38層至47層酒店冬季供暖，初期投資和后期運行費用均較高。故采用6臺132kW模塊式風冷熱泵機組為酒店熱源，并保證其中一臺機組故障時，仍能保障酒店88%熱負荷，熱水的供回水設(shè)計溫度分別為45℃/40℃，每臺機組的進水管均設(shè)置了電動蝶閥，以滿足節(jié)能控制要求，風冷熱泵機組設(shè)置在36層避難層。

3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

3.1 空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計

由于空調(diào)水系統(tǒng)的制冷機組、空調(diào)末端裝置、管道及其附件等都有各自的承壓值。通?？照{(diào)末端裝置的運行壓力可達1.6MPa，管道及其附件的耐壓能力亦可大于1.6MPa，組合空調(diào)機組承受最大壓力不應高于1.6MPa，但冷水機組的蒸發(fā)器和冷凝器工作壓力一般不超過1.6MPa。因此，對于超高層建筑來說，空調(diào)冷熱水系統(tǒng)必須進行合理的高、低分區(qū)，以保證整個空調(diào)系統(tǒng)的安全可靠運行[4-5]。

中央空調(diào)冷源布置于負四層（標高-17.9）的設(shè)備機房內(nèi)，空調(diào)水系統(tǒng)需滿足1～47層空調(diào)房間區(qū)域的供冷需求，鑒于最高層與負四層之間的高度已超200m，假如不考慮對空調(diào)水系統(tǒng)進行合理有效的分區(qū)，則空調(diào)系統(tǒng)中的制冷機組、循環(huán)泵、低區(qū)部分空調(diào)末端等設(shè)備的最大承壓值均高于2.0MPa，這不僅給空調(diào)系統(tǒng)的運行管理帶來了極大的安全隱患，而且使空調(diào)系統(tǒng)的初投資大幅度增加。

根據(jù)空調(diào)水系統(tǒng)豎向分區(qū)基本原則，并結(jié)合建筑的使用功能特點及避難設(shè)備層位置，且為了充分利用制冷機組直接供冷，故在25層（標高為103.8）利用板式換熱器對25層上下區(qū)域的靜水壓力進行有效分隔，從而劃分為高、低區(qū)獨立空調(diào)水系統(tǒng)，高區(qū)水系統(tǒng)供回水設(shè)計溫度分別為7℃/12℃，高區(qū)的靜水壓力加上二次循環(huán)水泵的揚程（33m）可控制在1.6MPa以下；低區(qū)的空調(diào)水系統(tǒng)靜水壓力加上一次循環(huán)水泵的揚程（34m）亦不超過1.6MPa；低區(qū)商業(yè)裙房與低區(qū)辦公區(qū)域受使用功能特點的影響，因而將低區(qū)以功能劃分了為兩個獨立的空調(diào)水系統(tǒng)?；谏鲜龊侠矸謪^(qū)，不僅可以保證各獨立水系統(tǒng)處于安全可靠運行，而且避免了設(shè)備因承壓過大而帶來的初期投資過高等問題，因而具有較高的經(jīng)濟可靠性。此外，綜合考慮空調(diào)房間舒適性、初投資等多方面因素，辦公區(qū)域采用兩管制同程空調(diào)水系統(tǒng)，商業(yè)裙房采用兩管制異程空調(diào)水系統(tǒng)，酒店塔樓部分采用四管制同程空調(diào)水系統(tǒng)。

3.2 空調(diào)風系統(tǒng)設(shè)計

結(jié)合建筑使用功能特點，辦公大堂、位于塔樓的酒店宴會廳等高大空間均考慮全空氣變風量系統(tǒng)，酒店客房、辦公區(qū)域、社區(qū)（黨群）服務中心、商業(yè)文化設(shè)施、商業(yè)等功能區(qū)采用風機盤管與新風系統(tǒng)相結(jié)合。由于商業(yè)裙房與標準層內(nèi)難以設(shè)置空調(diào)機房、新風機房等設(shè)備用房，因此，需充分利用商業(yè)裙房屋面或架空綠化層以及消防避難、設(shè)備層，集中設(shè)置商業(yè)、辦公、酒店客房區(qū)域的新風機組以及酒店大堂宴會廳的組合空調(diào)機組，新風經(jīng)新風機組處理后由新風豎井引入與新風干管相連接。

酒店客房采用垂直新風系統(tǒng)，在37層避難設(shè)備層處設(shè)置2臺新風處理機組，經(jīng)處理后的新風，由37層避難設(shè)備層內(nèi)的水平新風干管輸送至酒店客房的新風豎井內(nèi)，然后由水平支管經(jīng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后送入各個客房。酒店客房的衛(wèi)生間排風由設(shè)于天花內(nèi)的靜音型管道式離心風機連接至豎向風道，再由設(shè)置在37層的2臺變頻中央排風機排至室外。

裙房商業(yè)及7～11層、13～24層、26～32層辦公的新風系統(tǒng)與酒店客房新風系統(tǒng)原理基本相類似，但商業(yè)及辦公區(qū)若采用分散布置新風立管會占用較多的室內(nèi)空間，且商業(yè)、辦公區(qū)域的層高也較高達到了4.2m，故結(jié)合工程實際，新風系統(tǒng)采用了垂直與水平分層相結(jié)合的形式。裙房商業(yè)新風機組設(shè)置于6層架空綠化層，辦公區(qū)域的6臺新風機組分別設(shè)置于12層、25層、33層避難設(shè)備層，經(jīng)處理的新風由新風豎井引入，再通過設(shè)置在走道吊頂內(nèi)的水平新風干管分送至樓層各個辦公房間或裙房商業(yè)商鋪內(nèi)。辦公區(qū)域及裙房商業(yè)均設(shè)置集中排風系統(tǒng)，裙房商業(yè)排風匯總于6層排風干管經(jīng)變頻排風機（1臺）排至室外；辦公區(qū)域的排風分別匯總至12層、25層、33層避難設(shè)備層的排風干管，并由設(shè)置在每個避難層的單臺變頻排風機排至室外。

4 節(jié)能設(shè)計

①選擇高效率的設(shè)備，根據(jù)建筑功能和使用情況合理配置各設(shè)備型號，盡量使設(shè)備在最高效率的工作點上運行。項目采用的變頻螺桿式水冷冷水機組的COP值與IPLV值分別為5.24、6.79，變頻離心式水冷冷水機組的COP值與IPLV值分別為6.13、6.06，風冷螺桿式熱泵機組IPLV值為3.7，其中制冷機組的COP值均比《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2015要求值提高3.8%以上。

②大堂、宴會廳等高大空間均采用了全空氣變風量系統(tǒng)，并采用變新風比焓值控制方式，新風量可根據(jù)季節(jié)性進行調(diào)整，即保證在空調(diào)時的最小新風，過渡季節(jié)最大新風運行，以節(jié)省電消耗，減少年運行費用。全空氣系統(tǒng)可達到的最大總新風比應不低于70%，有條件的區(qū)域按100%全新風設(shè)計。

③空調(diào)冷源系統(tǒng)可根據(jù)冷負荷大小自動控制機組的啟停臺數(shù)及其對應循環(huán)水泵的啟停臺數(shù)。本工程設(shè)計有能量平衡一體閥，通過檢測能量平衡一體閥門實時開度來確定最不利末端支路及其對應實時壓差設(shè)定值。（為了能更加節(jié)能運行，設(shè)置BAS群控系統(tǒng)對制冷主機、冷凍水泵及其相關(guān)水路電動閥進行群控）。

④空調(diào)風系統(tǒng)及通風系統(tǒng)風量耗功率均滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189-2015表4.3.22中的相關(guān)規(guī)定。

⑤每臺空調(diào)器及接片區(qū)風機盤管的冷凍水支路上的回水管均配置可視化能量平衡一體閥，可實現(xiàn)各水平支路的動態(tài)流量平衡，避免支路過流的現(xiàn)象，同時可遠程收集各個支路的實際流量，以作冷源站的末端水流量使用依據(jù)，實現(xiàn)冷凍水系統(tǒng)可視化管理的目的[6]。

⑥變頻空調(diào)器控制（風機風量≥10000CMH的空調(diào)器采用變頻控制）頻率控制：檢測回風溫度（T回），當T回＜T設(shè)（設(shè)定值）時，變頻調(diào)小空調(diào)機組風量；當T回＞T設(shè)時，變頻調(diào)大空調(diào)機組風量，維持T回恒定在設(shè)定值。水閥控制：檢測送風溫度（T送），冷水閥執(zhí)行器自動調(diào)節(jié)，維持T送恒定在設(shè)定值。當風機頻率不能往下調(diào)低時，檢測回風溫度，冷水閥執(zhí)行器自動進行調(diào)節(jié)，維持T回恒定在設(shè)定值。

⑦風管和水管的絕熱保溫材料的材質(zhì)和厚度選擇符合節(jié)能規(guī)范的要求；空調(diào)供冷水管與風管設(shè)置隔汽層與保護層[6]。

⑧冷凍水泵變頻控制，使系統(tǒng)節(jié)能運行。空調(diào)通風系統(tǒng)采用自動控制，不僅改善了空調(diào)房間的舒適度，而且避免了由于溫度過高或異常運行而造成能源的浪費。

⑨自清潔初、中效過濾裝置自動定時清潔灰塵，免人工維護以及避免阻力增大，增加能耗。

⑩宴會廳區(qū)域設(shè)置二氧化碳及污染物（甲醛+TVOC）濃度探頭，進行數(shù)據(jù)采集、分析并與新風調(diào)節(jié)閥或新風機組聯(lián)動，當濃度超標時自動調(diào)大新風調(diào)節(jié)閥或開啟新風機組。

5 通風系統(tǒng)及防排煙系統(tǒng)設(shè)計

5.1 通風系統(tǒng)

制冷機房事故通風換氣次數(shù)不小于12次/h計算。高壓配電房、發(fā)電機房、辦公商業(yè)配電房的系統(tǒng)通風量按換氣次數(shù)不小于15次/h計算或按設(shè)備發(fā)熱量計算。廚房排油煙經(jīng)油煙罩初步處理后，通過豎向井道至塔樓屋頂，經(jīng)高壓靜電油煙凈化器處理后，排風機在屋面，排油煙風機及油煙凈化處理設(shè)備設(shè)置于塔樓屋頂。廚房平時排風系統(tǒng)兼用于事故排風，事故排風換氣次數(shù)不小于12次/h。

5.2 防煙系統(tǒng)

為了確?；馂臅r該建筑內(nèi)人員的安全性，防煙樓梯間及其前室、合用前室均設(shè)有加壓送風系統(tǒng)，使其處于正壓狀態(tài)（設(shè)計參數(shù)：防煙樓梯間50Pa；防煙樓梯間前室、合用前室25Pa），加壓送風口通常采用電動式百葉風口并設(shè)置多葉調(diào)節(jié)閥，風速應控制在7m/s，加壓送風的管道多采用金屬管道且風速應控制在20m/s。加壓送風機安裝在避難層機房。每組機械防排煙機系統(tǒng)均與該組各層的煙感信號聯(lián)系，當接到火警訊號，與其聯(lián)鎖的加壓送風系統(tǒng)及排煙系統(tǒng)隨即開啟，同時其防火區(qū)內(nèi)的空調(diào)及通風設(shè)備均停止運行。

5.3 排煙系統(tǒng)

地下停車庫采用機械通風系統(tǒng)，排風換氣次數(shù)不少于6次，補風按排風量80%，車庫內(nèi)設(shè)一氧化碳濃度探測系統(tǒng)，并與車庫通風系統(tǒng)聯(lián)動；停車庫的通風系統(tǒng)兼作消防時排煙系統(tǒng)。其他不滿足《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016-2014（2018版）第8.5條文規(guī)定的房間及走道均設(shè)置了機械排煙系統(tǒng)。一層大堂單獨采用機械排煙系統(tǒng)，排煙機設(shè)置于六層架空綠化層排煙機房，3～11層、13～24層、26～32層、34～36層、38～47層分別設(shè)置機械排煙系統(tǒng)，所采用的消防軸流風機設(shè)置于屋面層或避難層的獨立排煙機房內(nèi)。各防煙分區(qū)的排煙量按照《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標準》GB 51251-2017的相關(guān)要求計算。

6 結(jié)論

針對超高層綜合樓高大、體積大、業(yè)態(tài)繁多、空間結(jié)構(gòu)復雜的特點，在通風空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中，應通過對空調(diào)冷熱源系統(tǒng)進行經(jīng)濟技術(shù)性比選，對空調(diào)水系統(tǒng)需科學合理的豎向分區(qū)，優(yōu)化自控節(jié)能設(shè)計，從而減少初期建設(shè)成本和運行管理年費用。同時通過工程實例，對超高層綜合樓通風空調(diào)系統(tǒng)進行了分析介紹總結(jié)，這為后續(xù)同類型超高層綜合樓通風空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計提供了有一定價值的參考。