深圳建行大厦空调设计

2018-08-03万筠李百公

建筑热能通风空调 2018年6期

万筠李百公

深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司

本项目地处深圳市福田中心区，民田路与福中三路交界处，毗邻深圳证券交易所，定位为一栋超高层办公楼，属一类高层建筑，建筑高度约213.6 m（幕墙顶标高224.8 m），地下5层，地上46层，其中B5～B1主要为车库、设备用房等区域，首层至四层主要为架空层电梯厅，对外办公、客户服务等，五层至九层为会议中心、行政餐厅、员工餐厅、厨房等功能，十层至四十六层为办公层，其中十一层、二十三层、三十五层为避难层、总建筑面积108040 m2。建筑外墙均采用玻璃幕墙。

1 空调系统设计

1.1 空调设计参数

表1为室外设计参数（广东省深圳市），表2为室内设计参数。

表1 室外设计参数

表2 室内设计参数

1.2 设计日逐时冷负荷

本项目设计日空调冷负荷峰值为7361（2093 RT），空调面积 51700 m2，冷负荷指标为 142 W/m2，全天总冷负荷23867 RT·h。

1.3 冷热源系统设计

在设计之初进行了方案的可行性论证，考虑到深圳地区有比较好的峰谷电价政策及电价结构（表2），本项目冷负荷高峰与电网高峰时段重合，电网低谷时段空调负荷较低，经技术经济比较后，最终确认采用冰蓄冷系统。另应业主要求考虑极端天气供暖，设置6台螺杆式风冷冷热水机组（高低区各三台）作为冬季供暖热源以及夏季加班使用。

表3 项目峰谷电价表/kW·h（2016年）

结合本项目机房面积非常紧张的特点，为充分发挥设备的作用及降低运行费用，设计采用部分蓄冰方式、主机上游串联系统，蓄冰装置采用内融冰蛇型钢盘管。

由负荷计算结果，7:00～21:00时段总冷负荷为23867 RTh，扣除18:00以后螺杆式风冷冷热水机组负担的制冷量2843 RTh，则双工况主机及蓄冰槽承担冷量为21024 RTh。

一共选用三台离心式双工况冷水机组，主机单独供冷工况时，乙二醇进、出口温度为9℃/4℃，冷却水进、出水温度为 32℃/37℃，制冷量为 1828kW（520 RT×3），额定制冰工况乙二醇进、出口温度为-2.15℃/-5.60℃，冷却水进、出水温度为30℃/33.38℃，制冷量为1200 kW（340 RT×3）。蓄冷空调系统供选用10台内融冰钢盘管（蓄冷量760 RT），总蓄冰量为7600 RTh，总蓄冰量为7600 RTh，蓄冷率为31.8%，制冷机房内设计有三台乙二醇－水板式换热器HR-1～3（图1），换热量为1828 kW×3，换热器热侧进、出水温度为为进13℃/5℃，在设计工况下联合供冷运行时，冷侧进、出乙二醇温度为4/12℃，在主机或蓄冰盘管单独供冷时，冷侧进、出乙二醇温度为4/9℃；即主机和蓄冰盘管联合供冷时，主机设于上游，蓄冰盘管置于下游，总供冷温差为8℃，主机和蓄冰盘管分别负担5℃和3℃，其中主机进出水乙二醇温度为12～7℃，蓄冰盘管进出水乙二醇温度为7～4℃。

图1 制冷机房水系统原理图

1.4 冰蓄冷系统运行方式

考虑本项目特点，本工程冰蓄冷系统通过阀门及设备切换运行可实现夜间蓄冰、白天双工况主机单独供冷、蓄冰盘管单独供冷、主机及蓄冰盘管串联联合供冷等4中工况，夜间可根据需要运行空气源热泵机组制备冷水供应加班区域空调系统使用。四种运行方式工况如表4：

表4 冰蓄冷系统工况设备供水温度一览表

1.5 冰蓄冷系统优化控制原则

受建筑条件限制，本项目蓄冰量有限，融冰控制应遵循以下几个原则：

1）融冰要有计划地照顾到每天负荷高峰满足负荷高峰需要，减少高峰负荷；

2）在设计日负荷平衡的情况下要将融冰尽量的放在电力高峰时段以节约运行费用；

3）在设计日当天的蓄冰要在当天用完（充分利用低谷电）；

4）在满足以上条件的情况下，尽量让各设备在高效率点运行，以使能耗最低。

2 空调水系统

2.1 空调冷冻水系统竖向分区

空调水系统竖向分区是超高层建筑空调水系统设计中的重要环节，对工程的安全性以及经济性有重大的影响。综合安全性、系统运行经济性等因素，并结合建筑的避难层设置，确定空调水系统以23层避难层为高低区分界线。

本项目制冷机房位于地下4层，建筑-21.9 m，10层避难层建筑标高45 m，23层避难层建筑标高103.9 m，35层避难层建筑标高158.5 m，屋面建筑标高218.9，低区膨胀水箱底部标高107.5 m，高区膨胀水箱底部标高222.2 m。根据系统工作压力分布为避免空调水系统底部压力过高，分为高低两个区，地下5层至22层为低区，冷水直接由地下5层板式换热器提供；23～46层为中区，在23层避难层设置换热机房、板式换热器及水泵等，冷水由低区供至中区一次侧经换热后供高区末端。

23层至地下5层为低区，高差为125.4 m，制冷机房板换及附件承压按2.0 MPa选用，46层至23层避难层高差为115，高区换热板换承压按1.6 MPa选用，制冷机房双工况水冷离心制冷机组承压为1.0 MPa。

2.2 空调冷冻水大温差系统

本项目冷冻水系统采用了大温差设计，制冷机房换热器热侧进、出水温度为13℃/5℃，文献[1]指出，13℃/5℃大温差小流量系统冷冻水流量与常规5℃温差系统相比减少了37.5%，冷冻水泵输送能耗相应可以减少40%～60%左右。采用13℃/5℃供回水温度对现有风机盘管的性能影响也较小。不论是风机盘管还是风柜的盘管排数都不需要增加。

另外因水流量减少，冷冻水系统管径、阀门、管件也相应减小，冷冻水管道系统的初投资也有所降低，末端管径的减少也有利于保证业主要求的吊顶标高。

考虑到本项目采用大温差水系统，我们对末端设备的制冷能力进行了校核，选用了大温差板翅全热回收新风处理机组与大温差风机盘管，新风先经过板翅热回收处理再经过表冷器，被处理到室内等含湿量点后送入房间，风机盘管仅需要负担室内湿负荷及室内部分显热负荷。

本项目选用专用的大温差风机盘管，盘管设计为逆流换热，在循环风量基本相同且供回水温度为13℃/5℃的情况下，其供冷量比常规5℃温差风机盘管略高，结合大温差板翅全热回收新风处理机组的使用，风机盘管规格不需再加大。

本项目大温差风机盘管参数详表5。

表5 大温差风机盘管参数

3 低温送风系统

本项目采用了冰蓄冷系统，有低温5℃冷冻水供应，我们在室内湿负荷比较稳定的场所比如三层对外办公、5～6层会议中心，7层会议中心等区域设计了大温差低温送风空调机组。低温送风系统的好处有：低温送风空调系统的送风量比常规空调系统小，送回风的风量以及相应的风管尺寸都比常规机组小，空气处理机组的尺寸可变小。本项目选用的低温送风机组送风温度为10℃，送风温差为16℃，供回水温度为13℃/5℃。

低温送风系统送风温度较低，为防止风口结露，送风口采用低温送风专用风口（高诱导比低温送风方形旋流风口或高诱导比低温送风条形风口），风口诱导比大，防结露性能好，低温空气送出后对室内气流产生强烈的诱导和卷吸，在离开风口很短的距离内达到甚至超过常规送风温度，有效防止结露及人体吹冷风感。另外为防止系统漏风引起凝露，我们规定低温送风风管漏风量不宜大于1.2 m3/m2，同时加强了风管保温，保温厚度经计算确定，减少输送热损失。

低温送风系统在运行时根据送风相对湿度比例控制冷水阀开度,温度控制和湿度控制同时操作冷水阀时，取大值，严格控制室内湿度，防止结露。低温送风系统刚启动时，为避免出现风口表面、周围空气结露现象，应将送风温度设定为常规系统送风温度，待一定时间后再调至低温送风温度，实现“软启动”。

4 网络机房空调方案的确定

根据业主需求，标准层每三层预留了一个网络机房位置，其空调负荷按标准层空调负荷的10%确定，文献[2]指出通常网络机房的空调系统冷源有以下几种方案：1）风冷冷水机组；2）独立的冷却水供应系统；3）大厦冷水系统；4）风冷式机房专用空调。本项目采用风冷式机房专用空调，预留冷媒管井，室外机均考虑放置在预留在避难层通风良好机房内，室外机排风通过风管与百叶连接。

5 冷却塔方案的确定

5.1 冷却塔位置的确定

因本项目所在位置属于深圳最重要的金融机构聚集区，方案设计时考虑将冷却塔放置在裙房屋面，虽采取了多种必要的消声，但因冷却塔存在噪声难以治理、飘水不能避免等诸多问题，为避免对周边其他建筑造成影响，仍然被规划部门否决，而放置在塔楼屋面又与建筑方案的屋顶花园严重冲突，最后经多方讨论，最后决定设置在十层及十一层局部两层通高位置处，采用鼓风型冷却塔，进风从十层进，出风从十一层北面出，出风百叶风速按4～5 m/s，进风百叶风速按2～3 m/s。

5.2 冷却塔的消声隔震

为避免机房震动及噪音对相邻两层办公造成影响，本项目采取了以下几种措施：1）进排风均采用了消声百叶；2）机房墙面及顶棚均做消声处理；3）与冷却塔连接的管道均设置减震支吊架；4）冷却塔所在位置设置浮动地台。

5.3 冷却塔防白雾设计

本项目所在地春夏气候较为潮湿，文献[2]指出当冷却塔排出空气的状态与室外空气混合时后其空气状态点经过饱和区，水蒸气就会形成水珠，产生白雾。为防止白雾的产生，通常我们可以考虑对冷却塔进风端设置加热段，通过对进风加热使进风空气状态O点与排风状态I点的连线不与100%相对湿度线相交，即可避免产生白雾，详见图2。加热段通常可以采用电加热或热水加热，本项目采用电加热，由冷却塔厂家配套提供。