浅析某超高层建筑空调水系统竖向分区

杨 志

湖南省建筑设计院有限公司，湖南长沙 410012

当前，中国社会经济快速发展，城镇化水平不断提升，人员大量涌进城市。城市核心区的土地供应日趋紧张，超高层建筑因其在土地利用方面的优势在我国得到了蓬勃的发展。伴随着超高层建筑的飞速发展，其空调系统的经济性、节能性和安全性等问题也成为人们关注的焦点。空调水系统竖向分区是超高层建筑空调设计中的难点，分区是否合理关系到空调系统的经济性、节能性和安全性。而目前国内的规范和技术措施对于此问题尚无规定和指导，遇到此问题时设计人员常常因无借鉴而感到棘手。因此，对于超高层建筑空调水系统的竖向分区进行研究和分析有其必要性。本文将结合工程实例对超高层建筑空调水系统的竖向分区进行分析。

1 工程概况

本工程为某超高层建筑，总用地面积约1.6万m2，总建筑面积约23万m2，地下4层，地上72层，建筑高度324.6m。裙房地上5层主要功能为商业及餐饮；主楼地上67层主要功能为办公；地下4层，主要功能为停车库及设备机房。本工程冷源采用电制冷机组，热源采用燃气真空热水锅炉，冷热水机组均设置于地下2层（-12.300m）。裙房商铺空调末端采用风机盘管加新风系统，裙房公共区域采用全空气系统，塔楼办公空调末端采用全空气变风量系统。

2 空调水系统竖向分区方案

2.1 影响空调水系统分区的主要因素

2.1.1 管道承压

本工程水管管材DN≤50采用热镀锌钢管，50＜DN≤300采用无缝钢管，DN＞300采用螺旋焊接钢管；管道连接方式DN≤50采用螺纹法兰连接，DN＞50采用焊接。上述金属管道常用压力等级及管道连接方式的承压要求如表1、2所示。

表1 金属钢管常用压力等级

表2 金属钢管连接方式承压要求

2.1.2 设备承压

本工程和水系统相关设备有电制冷机组、燃气真空热水锅炉、板式换热器、水泵、空调机组和风机盘管，各设备常用承压等级见表3。

表3 设备常用承压等级

2.1.3 系统供水温度

电制冷机组国家标准工况下的供回水温度为7/12℃，空调末端国家标准工况下的冷水进出水温度亦为7/12℃。为满足设备承压要求，会采用板式换热器进行竖向分区，由于板式换热器和分区循环水泵增多，末端空调设备的进水温度升高，换热面积增大，初投资和运行费用随之增加。为降低初投资及运行费用，会采取降低制冷机组供水温度来保证末端设备的供冷量，而制冷机组供水温度每降低1℃，其制冷性能系数（COP）会降低3%～5%，制冷机组运行费用增加。

综上所述，空调水系统竖向分区方案需综合考虑上述因素，对初投资、节能性和安全性进行综合比较后确定。

2.2 竖向分区方案分析

根据上述设备承压要求，考虑初投资及运行费用，提出以下3种方案进行比较。

方案1：将水系统分为4个区，设置3组板式换热器。一组设置在制冷机房内，服务22层及以下区域；2组设置在38层避难(设备)层处，1组服务39～57层，1组服务58～72层 ；23～38层由制冷机组直供（图1）。

方案2：将水系统分为4个区，设置3组板式换热器。一组设置在22层避难（设备）层处，服务23～38层；2组设置在38层避难（设备）层处，1组服务39～57层，1组服务58～72层；22层以下区域由制冷机组直供（图2）。

方案3：将水系统分为4个区，设置3组板式换热器。一组设置在制冷机房内，服务22层及以下区域；1组设置在38层避难（设备）层处，服务39～57层；1组设置在52层避难（设备）层处，服务58～72层 ；23～38层由制冷机组直供（图3）。

图1 方案1

图2 方案2

图3 方案3

各方案的设备承压及末端设备的进出水温度见表4。

表4 各方案设备承压及末端设备进出水温度

2.3 初投资对比估算

根据项目实际计算冷负荷17334kW及系统形式选择相应设备，通过咨询设备厂商，确定各方案设备初投资如表5所示（因各方案中冷却塔、冷却水泵及空调末端的型号和数量相同，故初投资未考虑此部分成本）。

表5 各方案初投资对比分析表

2.4 运行费用对比估算

根据项目所在地制冷季天数、日空调运行小时数、当地非居民电价，考虑平均负荷率，各方案运行费用估算如表6所示（因各方案中冷却塔及冷却水泵型号数量相同，故初投资未考虑此部分费用）。

表6 各方案运行费用对比分析表

通过上述分析，本项目3种空调水系统竖向分区方案均能满足当前设备、管道及附件的承压要求，方案1与方案2、3的最大区别在于高区冷冻水为冷源水经过2次换热后提供，设备数量增加、冷水供水温度降低，造成初投资及运行费用增加。故整体考虑安全性、经济性及节能性，本项目空调水系统分区以方案1为最优。

3 结语

通过对某超高层空调水系统3种竖向分区方案的对比分析，建议超高层建筑空调水系统竖向分区的一般原则为：

（1）空调水系统的竖向分区主要受设备、管道及附件的承压能力限制。

（2）在满足设备、管道及附件承压要求的条件下，尽量减少换热次数，以减少设备数量，合理确定制冷主机供水温度，节省初投资及运行费用。

（3）在满足设备、管道及附件承压要求的条件下，还需根据项目的具体情况，对多种空调水系统竖向分区方案进行技术经济比较，确定满足安全性、经济性和节能性的设计方案。