上海某超高层建筑空调系统设计

贾捷燕

柏诚工程有限公司

1 工程概况

上海某超高层建筑位于繁华地段，地上54层，地下3层，建筑总高度271m，为该地段地标性建筑。该项目54层塔楼为甲级办公大楼，两座商业裙房，地下部份包括3层地库层，其功能包括停车库、自行车库、人防及机电设备用房等。该项目竣工时间2010年底。

2 设计参数

室内设计计算参数见表1。

表1 空调室内主要设计参数

室内通风系统设计参数见表2。

表2 室内通风系统设计参数

3 空调系统设计

3.1 空调冷热源

该工程总冷负荷为 16，880kW，热负荷为6，300kW。建筑面积冷负荷指标148W/m2，建筑面积热负荷指标为55W/m2。

3.1.1 空调冷源

在冷源设计方面，应业主要求，并在综合考虑初投资以及该项目日后的发展的可能性，于地库一层冷冻机房内设置4台4220 kW（1200冷吨）水冷离心式制冷机组及2台1407kW（400冷吨）备用的水冷螺杆式制冷机组，在冷负荷需求不大的晚上及过渡季节，优先启动小机。冷冻机组提供6℃/11℃的冷冻水供夏季空调使用。冷却塔安装于南商业楼西侧，供回水温度为32℃/37℃。冷却塔水盆及室外管线设置电发热线以防冬季水盆及管道结冰。另设置1台热交换器分别连接冷却水及冷冻水系统，在冬季时提供免费冷为建筑物内区使用。中央制冷原理图见图1。

图1 中央制冷系统原理图

3.1.2 空调热源

选用3台2200kW燃气热水锅炉，提供采暖热水。配3台水/水热交换器及8台热水水泵组（二台为备用），并安排放置在地库一层锅炉房内。锅炉提供90℃/75℃热水，经热交换器换热后，由热水水泵经输水管网送到各采暖设备。中央采暖系统原理图见图2。

图2 中央采暖系统原理图

3.2 空调水系统

空调水系统为一次泵定流量四管制系统。全楼的空调水输送系统设为高、中、低区管网，低区冷冻/采暖水由设在地下一层的冷冻机房/锅炉房直接供给，中区及高区冷冻/采暖水输送管网利用设于十六层避难层的冷冻/采暖水热交换器以减低系统的承压，并由设于十六层避难层变流量空调水泵组将空调水分别输送十七至二十九层及三十层以上办公楼层空调水管网。

整个水管输送系统均为异程式系统。低区冷冻水设计供/回水温度为6℃/11℃。中区及高区冷水设计供/回水温度为7.5℃/12.5℃。低区热水设计供/回水温度为62℃/52℃，中区及高区热水设计供/回水温度分别为 60℃/50℃。

3.3 空调风系统

3.3.1 办公楼

本项目办公塔楼标准层进深较大，人员、灯光及办公设备发热量较大，存在内区，冬季内区需要供冷，而外区需要供热，所以采用变风量系统按内、外区分别设置[1]。内区采用单风道变风量末端装置，全年供冷；外区采用串联式风机动力型变风量末端装置，同时配备热水盘管满足冬季的供暖需求。空调机组的风机由变频器驱动。变频器由安装在送风管内的静压力传感器控制，一次送风量将随室内负荷变化以配合负荷要求。变风量末端为压力无关型。送、回风口采用与灯具相结合的灯具风口，送风管由变风量末端接软管至灯具风口，回风由灯具回风口经吊顶内返回空调机房（于办公区内不设主回风管，于到顶隔墙设转移风管将回风引回空调机房）。空调机组冬季设置电极式加湿。

为了获得更高的室内空气品质，室外新风直接由各层外墙百页引入，经设于每层空调机房内的定风量新风机送至各层的空调机组，保持恒定新风量，使一次送风中的新风量能满足设定要求。同时为了满足卫生及室内空气质量要求，变风量末端装置设有最小一次送风量控制。当室内负荷减少时，能自动控制满足最小送风量及不少于室外新风量的要求。

首层大堂采用定风量单风道系统，由数台定风量空调机提供空调处理后的送风以满足室内负荷。气流组织形式为上送上回。送风口为可调型球形喷口。大堂窗边地台设风机式热水散热器以满足冬季时采暖的要求。

3.3.2 南/北商业楼

为配合南/北商业楼作为餐饮/商店等营运单位的需要，每单位预留冷冻水管、采暖水管、厨房新风管及排风管的接驳口以供租客自行接驳。另设中央新风处理机，并提供处理新风管的接驳口至各餐厅范围内供租客自行接驳至其空调系统。提供各层公共卫生间内的机械通风系统。

4 通风与防排烟系统

4.1 机械通风系统

为了更好地将新风送入室内，办公区设置机械排风系统。办公楼卫生间设置机械排风系统，利用相邻空调地区的余风进行补风。

地下停车库、各机电设备用房、垃圾房、卫生间及厨房等均设置机械通风系统。垃圾房及厨房隔油池间的排风系统设置活性碳过滤器。

地下停车库排风系统设置CO监测装置，当CO浓度超出设定上限时，开启该分区的进、排风机，而当CO浓度低于设定下限时，关闭该区的进、排风机[2]。

气体灭火区域（例如：变压器房、通讯机房等）设置事故排风系统，此排风系统为手动启动。进出房间的风管将设置电动风阀。在气体灭火前，由消防控制中心停止该房间的空调/通风机，使与风机联锁的电动风阀关闭。事故通风机在室内、外便于操作的地点设置电器开关。

制冷机房提供事故排风系统，由工质泄漏检测器及报警器启动。

燃气锅炉房提供平时通风系统，和事故排风系统，平时通风由BMS系统控制，事故排风由可燃气体浓度报警器启动。此系统风机为防爆型风机。

4.2 防排烟系统

4.2.1 防烟系统

办公楼防烟楼梯间、消防电梯合用前室及封闭避难区，设置机械加压送风系统。

4.2.2 办公楼排烟系统

在办公层的内走道、办公区域及首层大堂分别设置机械排烟系统。当火灾被确认后或由设于内走道的手动开启装置被启动后，将开启排烟区域的排风总管上的电动排烟阀和排烟机，并自动关闭与排烟无关的通风、空调系统。办公区域的排烟机与办公层的内走道的排烟机联动。

办公区域将按规范要求提供补风系统，且补风量不少于排烟量的50%[3]。

4.2.3 南/北商业楼

由于南商业楼满足可开启外窗的要求，所以采用自然排烟方式进行排烟。北商业楼的商店及中庭设置机械排烟系统及自然补风系统。

4.2.4 地下停车库

地下停车库利用停车库的机械通风系统进行排烟。在火灾发生时，自动切换为排烟系统。排烟系统由自动报警系统提供信号启动，该防烟分区的所有排烟口将根据感烟探测器的信号，自动联锁开启此防烟分区的所有排烟风机及补风风机。

5 自控系统

本项目运用多种灵活空调自控方式，采用了较先进的楼宇控制设备，达到很好的节能效果，方便运行管理。

1）具体的监控对象包括冷水机组、冷水泵、冷却塔、冷却水泵、锅炉、热水循环泵、换热器、空调机组、新风机组、变风量末端、送风机、排烟风机、排风机等，由楼宇控制中心控制冷源系统设备的启停顺序及运行监测、所有风机盘管、新风机组和全空气处理机组的启停、温湿度控制及运行监测、所有通风设备的启停。

2）水系统设置供回水压差控制，冷热量控制及机组和设备运行台数控制。冷却塔风机的运行台数由冷却水回水温度控制。

3）AHU机组的回水管上设有动态平衡阀和比例电动调节阀，根据设置在回风管上的温度传感器调节进入空气处理机组盘管的水流量，以达到控制室内温度的要求。根据室内CO2浓度控制新回风比。

4）风机盘管的回水管上设有电动两通阀，由室内温控器控制两通阀的开度，温控器上的三速开关控制风机的风量大小。

5）部分排风机及补风机进行联锁控制。

6 工程的设计特点

1）选用好的设计计算软件。在本项目中，暖通专业采用了ASHARE标准，并运用了国际新型负荷计算软件Carrier E20，在空调总负荷计算、冷水机组优化选型中发挥了重要的作用。

2）采用中央空调系统。采用中央制冷、采暖系统，全年为整栋大楼提供舒适的室内温度及湿度；末端采用先进的节能环保变风量VAV空调系统；灵活的四管制空调水系统，可同时间满足不同区域的制冷、采暖需求。

3）采取节能措施。设计中充分考虑运行节能，采用节能措施，在保证系统平稳运行的同时减少了运行能耗。本项目较好地设计及应用了空调免费冷系统。由于办公内区常年有稳定的发热量，需要常年不间断的提供空调冷水，故另设置1台热交换器分别连接冷却水及冷冻水系统，在冬季时运行冷却塔以冷却水作为冷媒，从而提供冷冻水至建筑物内区作空调使用，以起到节能的功效。地下停车库设置CO监测装置，在CO浓度超过设定值时开启送排风机，避免了浪费，达到节能的效果。

4）设置良好的减震措施。按照国际甲级写字楼设计，采取一系列消声减震措施，以满足室内噪声要求。①选用低噪声的风机盘管、新风机组和组合式空气处理机。②适当降低主风管的风速，将风速控制在5m/s左右，风管上根据风机出口噪声和房间噪声标准设置阻抗复合式管道消声器。送回风管从机组接出的前10m长度内，管内壁贴吸声材料。③与建筑专业配合，采用消声材料将空调机组、排烟（风）机周围、顶部空间封闭以隔绝和消除部分噪声。在制冷机房、空调机房等动力机房的隔墙内表面进行消声处理。

7 设计体会

每个项目都有其特殊性，必须结合项目的定位、功能、要求以及其他相关条件，确定系统的设计原则，只有围绕这些原则进行设计，才能使系统更好地服务于项目。

鉴于业主要求，每层新风量均单独从本层取风，未集中设置新风，故此部分无法设计热回收系统，不够节能，实为设计中的遗憾。

另本项目中冷却塔置于室外地面离主楼较远的地方，采取了较好的消音设备及防飘水措施，较好地改善了对周边环境的影响。经验值得借鉴。

本项目已经与2010年建成并投入使用，空调系统使用效果良好。

[1]潘云钢.高层民用建筑空调设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1999

[2]中国建筑标准设计研究所.全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调·动力[M].北京:中国建筑工业出版社,2003

[3]上海市工程建设规范建筑防排烟技术规程[S].2006