浅谈长沙某超高层商业综合体暖通空调系统设计

宋君

摘要：本文介绍了长沙某超高层商业综合体项目暖通空调系统设计。主要包括集中空调系统，通风防排烟系统以及节能措施。超高层商业综合体的暖通空调系统设计工作复杂，这需要设计人对项目整体有全局把控，充分了解项目特点及业主实际需求，以确保系统设计的可行性、合理性、经济性与可靠性。本文对该项目进行简要介绍，并对设计做了一些总结，供初次接触超高层暖通设计的同行交流學习。

关键词：超高层商业综合体；水系统分区；节能；燃气管井通风

一、概述

改革开放40年来，社会经济飞速发展，建筑领域作为国计民生的基础领域，也得到了广泛的重视与发展。特别是近几年来，国内超高层建筑建设犹如雨后春笋，建筑高度也一次次刷新祖国的天际线。暖通空调系统设计作为建筑机电设计当中的重要组成部分，业主也越来越重视，本文结合项目实际，分析超高层商业综合体暖通空调系统设计的难点与重点。

二、项目概况

本项目位于芙蓉区五一大道以北，燕山路以南，佳兆业广场（在建）以东，芙蓉华天宾馆以西。项目总用地22669㎡，总建筑面积：332008㎡。地上部分为裙房、东塔、西塔。其中东塔高299.60米，共57层，主要功能为办公、超五星级酒店及商务会所。西塔高269.80米（后调整为303.00米），共64层，主要功能为酒店式办公和商务会所。裙楼高34.10米，主要功能为酒店配套用房及商业。地下共6层，主要功能为地下车库、设备用房及地下商业。

三、设计参数及冷热负荷

（一）设计参数

（二）冷热负荷

裙楼及地下商业，西塔酒店式办公，东塔办公，东塔酒店（包含裙楼酒店配套用房）空调冷热负荷计算值如表3所示。

四、空调冷、热源

根据项目业态的不同，充分考虑建设方要求以及项目后期的运营管理，本项目商业、西塔酒店式办公、东塔办公以及东塔酒店分别设置独立的冷热源系统。商业裙楼、西塔酒店式办公、东塔办公冷水机房设置于负六层，锅炉房设置于负一层。东塔酒店冷水机房设置于负三层，锅炉房设置于负一层。东塔酒店设两台2t/h蒸气承压锅炉（一用一备），蒸汽压力为1.0MPa，主要为洗衣房与空调加湿提供蒸汽，洗衣房蒸汽压力为0.7MPa，空调加湿蒸汽压力为0.3MPa。

五、空调水系统

空调水系统竖向分区的主要原因是随着建筑高度的不断增加，空调水系统工作压力也逐渐增大，为了解决设备和管道系统的承压问题，一般是采用设置板式换热器进行竖向换热分区，但是这样的换热分区不宜过多，因为如果中间换热设备和分区循环泵增多，一方面增加了能源的转输能耗，另一方面，冷水经换热设备梯级换热后温度逐级升高，空调末端设备换热面积将增大，设备投资相应增加。同时，由于冷水温度升高，末端设备的除湿能力将显著下降。为了保证冷水有一定的除湿能力，一般要求冷水温度≤8℃。为了保证冷水机组的效率，冷水机组的出水温度也不能太低，换热次数也不能太多，一般不超过两次。这样一来，就需要充分利用设备和管道系统承压能力，在系统分区时，尽可能的用足一次水可能达到的高度，以减少竖向分区，达到节能设计的目的。目前市场主流设备厂家的冷水机组承压能力为1.6MPa、2.0MPa。空调机组、风机盘管机组的承压能力为1.6MPa。板式换热器的承压能力为1.6MPa、2.0MPa、2.5MPa。水泵壳体的承压能力为1.6MPa、2.0MPa、2.5MPa。阀门的承压等级很多，可根据系统工作压力选取，如1.6MPa、2.0MPa、2.5MPa、4.OMPa。管道连接：螺纹连接最大承压不超过1.6MPa，普通焊接法兰连接最大承压为2.5MPa，特殊工艺的法兰可以达到4.0MPa，甚至更高的承压要求。焊接连接承压可以达到管道本身的承压要求。本次论文以西塔空调冷水系统作为举例说明（热水机房位于B1层，承压范围在冷水系统内，故不做举例说明）。西塔高度303.0米，共64层，分3个避难层，分别为20层（标高97.00m），35层（标高161.70m），50层（标高230.50m）。西塔制冷主机房位于地下B6层（标高-27.60m）。水系统初步考虑分3个区，板换分别设置在20层及50层，均采用压入式。低区空调水系统（服务L7～L19层），冷冻水泵扬程34m，系统顶端（膨胀水箱处楼面高）106.8+1.5m（L20），系统底部（系统底层楼面标高）-27.6m（B6），系统垂直高度135.9m，系统底部水泵、主机承压：2.0MPa，系统末端承压1.6MPa，空调冷水系统供回水温度6℃～12℃。中区空调水系统（服务L21～L49层），冷冻水泵扬程32m，系统顶端（膨胀水箱处楼面高）240.0+1.5m（L50），系统底部（系统底层楼面标高）97.0m（L20），系统垂直高度144.5m，系统底部水泵、板换承压2.0MPa，系统末端承压1.6MPa，空调冷水系统一次侧供回水温度6℃～12℃，空调冷水系统二次侧供回水温度7℃～13℃。高区空调水系统（服务L51～L62层），系统顶端（膨胀水箱处楼面高）303.0+1.5m（L63），系统底部（系统底层楼面标高）230.5m（L50），系统垂直高度74m，系统底部水泵、板换承压1.0MPa，系统末端承压1.0MPa，空调冷水系统一次侧供回水温度7℃～13℃，空调冷水系统二次侧供回水温度8℃～14℃。该方案系统最大承压2.0MPa，末端最大承压1.6MPa，方案基本合理，但是经过了2次换热，高区出水温度达到了8℃，系统的转输能耗较高，末端设备的除湿能力也急剧下降。故将系统做如下调整：将高区的板换由50层移至20层，高区空调水系统（服务L51～L62层），冷冻水泵扬程34m，系统顶端（膨胀水箱处楼面高）303.0+1.5m（L63），系统底部（系统底层楼面标高）97.0m（L20），系统垂直高度207.5m，系统设计压力2.5MPa，系统底部水泵、板换承压2.5MPa，系统末端承压1.6MPa，空调冷水系统一次侧供回水温度6℃～12℃，空调冷水系统二次侧供回水温度7℃～13℃。由此可知，通过增加20层高区板换、水泵及部分管路的承压，从而减少了一次中间换热过程，二次侧的供水温度也从8℃降低为7℃，末端的除湿能力也得到了保障。

六、空调风系统

本项目大量使用排风热回收系统，利用排风对新风进行预冷（热）处理，降低新风负荷，热回收装置的效率不低于60%。大商业、餐厅、宴会厅等均采用全空气系统，过渡季节可全新风运行，大幅降低了过渡季节的建筑能耗。

七、通风防排烟系统

本项目为超过250m的超高层建筑，根据消防审查专家意见，消防系统应采取加强措施。本项目塔楼标准层均设置了机械排烟系统，玻璃幕墙外窗仅作为补风口。塔楼内走道设置了机械排烟系统，并设置对应的机械补风系统。防烟楼梯间及其前室及合用前室，避难层等均设置加压送风系统，加压送风系统均按避难层自然分段。本项目由于超高层建筑的结构设计和建筑形态原因，燃气管道须设置于塔楼的核心筒内，为了避免事故的发生，维持正常的工作秩序，借鉴同类项目的设计经验，采取如下加强措施：（1）设置独立的燃气管井，燃气竖井的井壁耐火极限不低于1h；（2）燃气立管外包金属套管，金属套管与立管之间留有适当的空隙；（3）燃气竖井每层都采用不低于楼板耐火极限的不燃烧体进行隔断。竖井与房间、走道等相连通的孔洞，其空隙应采用不燃烧材料填塞密实。竖井上的检查门采用不低于丙级的防火门。管井内每层设一个燃气浓度报警器；（4）為了防止楼层发生燃气泄漏和累积，在燃气管道井旁增加了两个通风竖井，并在每层的通风竖井与燃气管道井之间设置百叶风口和电动防火阀，通风井连接在避难层的防爆风机，为燃气竖井进行机械通风。在正常情况下换气次数不小于6次/h，事故情况下换气次数不小于12次/h，事故通风系统与燃气浓度检测报警器联动。

燃气竖井通风设置示意图

（5）燃气竖井内的燃气立管、放散管采用FBE加强级防腐的无缝钢管（工厂预制成品），尽量减少焊缝数。同时在管道外壁再涂刷两遍环氧磷酸底漆、两遍黄色聚氨酯面漆。管道竖井内燃气管道每层均喷涂红色“燃气管道”醒目字样。管道竖井的燃气管道尽量不设或少设阀门等附件，管道竖井内燃气管道设计压力为10KPa，其管道内燃气实际运行压力不大于3KPa。管道竖井内各层燃气管道采用活动支架固定，燃气管道底部设承重支架支撑。

八、结语：

（一）本项目空调水系统将高区板换的设置位置从50层避难层调整到20层避难层，通过增加高区板换、水泵及部分管路的承压，从而减少了一次中间换热过程，达到了节能的目的。同时，二次侧的供水温度也降低为7℃，末端的除湿能力也得到了保障。

（二）超高层商业综合体体量大，空调负荷大，建议尽可能的考虑能量的回收利用及过渡季节通风自然冷却，以达到了节能的目的。

（三）超过250米的超高层建筑消防设计尚未有效规范可依，建议采取加强措施。本项目塔楼标准层设置了机械排烟系统，内走道排烟设置了对应的补风系统。

（四）超高层建筑应避免将燃气管道设置在核心筒内，如必须设置，应采取严格加强措施，以确保其消防安全。

参考文献：

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].2版.北京.中国建筑工业出版社，2008：1966-1968.

[2]赵文成.中央空调节能及自控系统设计[M].北京.中国建筑工业出版社，2018：55-57.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中华人民共和国建设部.城镇燃气设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[4] 浦至等.昆明某超高层办公楼通风空调设计[J].暖通空调HV&AC 2014，44（5），32-34.