佛山某超高层建筑中央空调水系统设计

何　花

( 广东省建筑设计研究院，广州 510370 )

佛山某超高层建筑中央空调水系统设计

何花

( 广东省建筑设计研究院，广州 510370 )

[摘要]空调水系统分区及设备、管道承压问题，是超高层建筑首要解决的技术问题,本文以佛山某超高层建筑为例，探讨超高层建筑中央空调水系统的设计思路，并对冷冻水温度的合理选择给出建议。

[关键词]超高层建筑；中央空调；水系统分区；设备、管道承压；冷冻水温度

引言

随着社会经济及建筑科技的不断发展，超高层建筑不断涌现。受高度影响，超高层建筑对暖通空调设计方面提出了更加严谨的要求，特别在空调水系统分区及设备、管道承压方面，是首要解决的技术问题。本文以佛山某超高层建筑为例，探讨超高层建筑中央空调水系统的设计思路，并对冷冻水温度的合理选择给出建议供参考。

1工程概况

该项目位于佛山市，总建筑面积约675000m2，其中地上总建筑面积约480000m2，包括4层裙房、北塔楼、西塔楼以及八栋住宅，塔楼高度全部在100米以上；地下共四层，总建筑面积约195000m2。本文着重介绍西塔办公(建筑总面积约87000 m2，高度为243.4米，共52层。其中1~4层为大堂、商铺、餐饮等功能用房；7、23及38层为避难层及设备层；其余楼层为办公区)的中央空调水系统的设计。

2空调冷负荷及冷源系统设置

2.1　空调冷负荷

西塔办公总空调面积约70470 m2，经过逐项逐时计算夏季总冷负荷为10660kW(3032RT)。其中各分区负荷如下:

低区(负3~22层)冷负荷为4494kW(1278 RT)；

中区(23~37层)冷负荷为3084kW(877RT)；

高区(38~52层)冷负荷为3084kW(877RT)。

由于佛山市地处夏热冬暖地区，冬季室外空调计算干球温度为5.2℃，按设计规范要求，该办公楼冬季不需设置供暖系统。

2.2　冷源系统设置

根据业主需求，西塔办公是出售物业，从房间使用功能、节能及方便日后运行管理等方面考虑，西塔办公宜独立设置一套水冷中央空调系统。

冷源系统设置见表1：

表1　冷源系统设置

3制冷机房的位置

考虑到制冷主机的重量及外形尺寸是整个中央空调系统中最大的，制冷机房建议设置在地下室，这样可以降低制冷主机的运输安装难度以及日后设备的维护更换难度；另一方面地下室往往是车库及给排水专业、电气专业的设备用房，制冷主机及水泵的运行噪音及振动对周围功能房间不会造成太大的影响。本工程的制冷机房设置在地下三层。

4冷却塔的位置

本工程采用水冷中央空调系统，与制冷主机容量相匹配的开式冷却塔尽量安装在离制冷主机较近的地方，这样可以节省冷却水泵的运行费用；冷却塔与制冷主机的高差不要太大，以免造成制冷主机的冷凝器承压过大而增加主机的初投资；冷却塔之间或冷却塔与周边建筑物之间的距离应满足通风要求，避免热空气回流影响换热效果；冷却塔应与周围环境相协调，其噪声应符合现行国家标准《声环境质量标准》GB3096-2008。通过与建筑专业及甲方的沟通协调，本工程的冷却塔设置在4层裙房屋面,冷却水系统最大工作压力为1.0MPa。

5空调水系统

空调水系统的承压分为设备承压及管道承压；设备承压主要包括制冷主机、水泵、板式换热器、风机盘管、空调器等的承压。管道承压主要指水管、管件、水阀门等的承压。在超高层建筑的空调水系统里，超过2.5MPa的系统是很少使用的，不仅因为焊接、密封很难保证，设备的制造难度大、产品不普及、可靠性难以保证，同时成本也会大幅增加。目前市场上的空调设备的承压有1.0MPa,1.6MPa,2.0MPa和2.5MPa这几种。一般制冷主机、水泵、板式换热器及其连接件承压控制在1.6MPa或2.0MPa；必要时承压可选择2.5MPa；空调器及其连接件承压控制在1.6MPa，必要时承压可选择2.0MPa；而风机盘管的管道连接方式为喇叭口或管螺纹，连接件承压一般达不到2.0MPa，因此风机盘管及其连接件承压控制在1.0MPa或1.6MPa。

本工程西塔楼高为243.4米，为降低系统造价，保障系统的安全性及可靠性，其冷冻水循环水系统竖向将分为低区(负3~22层)、中区(23~37层)及高区(38~52层)；中区及高区的水系统压力隔断设备水—水板式换热器及配套的冷冻水泵均设置在设备层23层。低区末端设备由设在地下三层的制冷主机直接提供冷冻水；中区及高区的末端设备由设在23层的水—水板式换热器经与设在地下三层的制冷主机提供的冷冻水换热后再提供冷冻水。本工程的冷冻水系统定压方式均采用闭式膨胀水箱定压，空调水系统示意图见图1。

图1　西塔办公中央空调水系统示意图

对于低区水系统，地下三层到23层的高差为125.9米，经过详细的水力计算，低区冷冻水泵扬程为380kPa,低区冷冻水系统最大工作压力为1639 kPa，冷冻水泵及其连接件的承压选用2.0MPa。为了降低制冷主机蒸发器的承压，冷冻回水先经过制冷主机再到冷冻水泵，即冷冻水泵采用抽出式。制冷主机蒸发器入口的水静压为1259 kPa，制冷主机到冷冻水泵吸入口的压力损失为120 kPa，则制冷主机蒸发器的工作压力为1379 kPa，制冷主机蒸发器及其连接件的承压选用1.6MPa。低区的空调末端设置在1到22层,中区及高区的水—水板式换热器设置在23层设备层,1到23层的高差为112.9米，即首层空调末端的最大水静压为1129 kPa,首层空调末端入口到冷冻水泵吸入口的压力损失为350kPa，空调末端的最大工作压力为1479 kPa,空调末端及其连接件的承压选用1.6MPa;中区及高区的水—水板式换热器一次冷冻水侧及其连接件的承压选用1.0MPa。

对于中区水系统，23到37层高差为67.5米，经过详细的水力计算，中区冷冻水泵扬程为270kPa,中区冷冻水系统最大工作压力为945 kPa。冷冻回水先经过冷冻水泵再到水—水板式换热器的二次冷冻水侧，即冷冻水泵采用压入式。这样设置使得水—水板式换热器的二次冷冻水侧、冷冻水泵、空调末端及其相应的连接件承压均控制在1.0MPa。

对于高区水系统，由于水—水板式换热器及相应的冷冻水泵设置在23层设备层，从图1可知，23到52层高差为135米，经过详细的水力计算，高区冷冻水泵扬程为320kPa,高区冷冻水系统最大工作压力为1670 kPa。冷冻水泵及其连接件的承压选用2.0MPa。为了降低水—水板式换热器二次冷冻水侧的承压，冷冻回水先经过水—水板式换热器二次冷冻水侧再到冷冻水泵，即冷冻水泵采用抽出式。水—水板式换热器二次冷冻水侧入口的水静压为1350 kPa，水—水板式换热器到冷冻水泵吸入口的压力损失为90 kPa，则水—水板式换热器二次冷冻水侧的工作压力为1440 kPa，水—水板式换热器二次冷冻水侧及其连接件的承压选用1.6MPa。高区的空调末端设置在39到52层，39到52层高差为63米，即高区空调末端的最大水静压为630 kPa,39层空调末端入口到23层冷冻水泵吸入口的压力损失为280kPa，空调末端的最大工作压力为910 kPa,空调末端及其连接件的承压选用1.0MPa。

6冷冻水温度

解决了空调水系统分区及设备、管道承压方面的问题，冷冻水温度的合理选择也是一个重要考虑的关键点，这与设备的制冷能效、系统的运行费用有关。

本工程的中区及高区采用了水—水板式换热器，由于水—水板式换热器具有高值的传热系数及剧烈的湍流特点，可使热交换器在两种流体温度十分接近的情况下运行，其温差可以趋近1~3℃[1]。笔者通过比较国内外的样本，了解到国内外的水—水板式换热器基本能满足1.5~2℃的温差，因此在本工程中水—水板式换热器采用了1.5℃的温差。如果制冷主机的冷冻水供回水温度采用常规的7/12℃，则7/12℃的一次冷冻水通过水—水板式换热器可交换成8.5/13.5℃的二次冷冻水。中、高区的空调末端设备由常规的7/12℃冷冻水供回水温度改为8.5/13.5℃后，空调末端的产冷量会有所减少，特别是风机盘管；为了保持空调末端的产冷量不变，必须把风机盘管加大一号或加大空调器表冷器的换热面积，这样会导致初投资增加10%~20%，运行费用也会有所增加[1]。鉴于这种情况，如果把制冷主机的冷冻水供回水温度选定为6/11℃，6/11℃的一次冷冻水通过水—水板式换热器可交换成7.5/12.5℃的二次冷冻水,空调末端设备由常规的7/12℃冷冻水供回水温度改为7.5/12.5℃后，空调末端的产冷量变化不大，可忽略不计。但是，当制冷机组出水温度降低时，其制冷效率随之下降；制冷主机冷冻水出水温度比常规出水温度7℃低1℃时，其能耗将增加3%左右[2]，但制冷主机初投资基本不会增加。综合比较后，笔者最终选择制冷主机的冷冻水供回水温度为6/11℃，水—水板式换热器二次冷冻水供回水温度为7.5/12.5℃。

7结语

(1)低区、中区及高区空调末端设备的承压都在1.6MPa以内，水系统泄漏的潜在危险大大减低；

(2)制冷主机、水泵、水—水板式换热器的承压都在2.0MPa以内，可降低系统造价，保障系统的安全性及可靠性;

(3)中、高区空调末端设备的冷冻水供回水温度为7.5/12.5℃，有利于设备的选型，对产冷量影响不大；

(4)制冷主机的冷冻水供水温度选定为6℃，机组能耗增加不大，是目前超高层建筑通常选用的温度。

8参考文献

[1] 程珈宁.板式换热器在高层建筑中的应用[J].工程设计与研究，1995,9(89)：44-50

[2] 陈敏华.中央冷水主机变冷冻水温对系统节能的影响分析[J].建筑热能通风空调，2012,31(4)：64-66

[3] 沙泳洪.武汉金三角项目写字楼空调冷水系统设计[J].制冷，2013，32(3)：46-50

Design of Water System in Central Air Conditioning of a High-rise Building in Foshan

HE Hua

( The Architectural Design & Research Institute of Guangdong Province，Guangzhou 510370 )

Abstract：Partition of water system in central air conditioning, confined pressure of equipment and pipes are premier technical problems in designing high-rise buildings.Reference a high-rise building in Foshan, we discuss mentality in designing water system in central air conditioning,then given some suggestions in choosing temperature of chilled water.

Key words:High-rise buildings；Central air conditioning；Partition of water system； Confined pressure of equipment and pipes；Temperature of chilled water

[中图分类号]TU831 [文献标示码]B

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2015.01.007

文章编号：ISSN1005-9180(2015)01-033-04

作者简介：何花(1970-)，女，高级工程师，主要从事暖通空调设计。Email:hh9495@163.com

收稿日期：2015-2-10