某超高层建筑空调水系统承压分析及设置

张苇苇 王瑛 徐丹 王雪松 刘晓庆

江苏省建筑设计研究院有限公司

1 项目概况

新建某超高层建筑为集办公、酒店和商业一体的综合楼，项目位于南京市中心新街口地区。总建筑面积约23.4 万m2，其中地上17.7 万m2，地下5.7 万m2。建筑总高度360.0 m，裙楼建筑高度33.0 m，地下埋深-24.90 m。

地下共5 层。地下一层为商业、办公大堂、机电用房，地下二层为酒店后勤、机电用房，地下三层为车库、机电用房，地下四、五层为机动车库，地下五层局部为战时人防。

裙楼共6 层。一至四层为商业，五层为酒店宴会厅，六层为机电用房加物管用房。

塔楼共76 层。一、二层为办公和酒店大堂，三、四层为配套健身房，五层为酒店会议中心，七至五十八层为甲级办公，六十至七十六层为酒店，六、十六、二十七、三十七、四十八、五十九、六十三层为避难兼机电用房层，七十五层为屋顶设备层。

2 空调系统及冷热源形式

2.1 空调系统形式

酒店：大堂、宴会厅、大餐厅等采用一次回风全空气系统，客房、后勤用房、小餐厅、健身房等采用风机盘管加新风系统。

商业：公共区域采用一次回风全空气系统，商铺采用风机盘管加新风系统。

办公：大堂采用一次回风全空气系统；办公楼层采用变风量空调系统，办公室内区采用单风道变风量末端，外区采用带热盘管并联风机型变风量末端；电梯厅采用单风道变风量末端，卫生间采用风机盘管。

2.2 空调冷热源

根据甲方要求，空调冷源采用水冷离心式冷水机组，供/回水温度为6/12 ℃。由于受区域天然气供气压力的限制，热源采用燃气低氮冷凝常压热水锅炉。该类型锅炉常用供/回水温度为80/60 ℃。由于酒店锅炉同时为空调和生活热水换热器供热，供/回水温度需提高至85/65 ℃[1]。办公和商业合用冷热源系统，商业办公中央冷源系统管道流程图如图1 所示，酒店设置独立冷热源系统，酒店中央冷源系统管道流程图如图2 所示。高区办公和酒店在27 层避难层设热交换机房，实现换热。锅炉房位于地下一层。酒店冷水机组和换热机房位于地下二层并向地下三层降板，地板标高-12.10 m。办公和商业冷水机组和换热机房位于地下三层并向地下四层降板，地板标高-16.30 m。

图1 商业办公中央冷源系统管道流程图

图2 酒店中央冷源系统管道流程图

3 常用设备及管道承压能力

现有常用空调末端设备如风机盘管、空调箱等中的换热盘管允许最大工作压力为1.6 MPa。可请供应商特制，但价格较高。

冷水机组蒸发器水箱承压普通为1.0 MPa，可要求供货商提高至2.0 MPa。

板式换热器承压普通为1.0 MPa，可要求供货商提高至2.0、2.5 或3.2 MPa。

循环水泵运行压力普通为1.6 MPa，可要求供货商提高至2.0、2.5 或3.2 MPa。

管道材料、连接及附件的工作压力压力等级有：1.0 MPa，1.6 MPa，2.5 MPa 和4.0 MPa。

4 空调水系统承压分析

4.1 建筑竖向分区

建筑6 层以下为裙楼，标高-16.30～27.6 m；裙房商业地下一层至四层，标高-6.5～22.2 m。办公楼层结合避难层分为：低一区7～15 层，标高32.6～73.1 m；低二区17～26 层，标高78.1～123.1 m；中区28～36 层，标高129.1～171.6 m；高一区38～47 层，标高176.6～221.6 m；高二区49～58 层，标高226.6～271.6 m。60 层以上为酒店高区，标高277.6～360.0 m。

4.2 空调水系统中间换热器楼层选择

建筑27 层避难层，底标高123.1 m，顶标高129.1 m，其顶至地下三层冷热源机房最大高差为145.4 m，加水泵杨程约38 m，冷水机组的最大工作压力1.834 MPa，冷热源选择承压能力2.0 MPa 的冷水机组和板式换热器及相关设施，能满足承压要求。

4.3 空调水系统竖向分区

办公商业空调水系统27 层避难层以下为裙楼低区、办公低一区和低二区，办公空调末端系统最大高差为135.6 m，加约20 m 的系统水阻力，工作压力约1.556 MPa，小于1.6 MPa，符合承压要求。裙楼商业空调末端系统最大高差为28.7 m，加约20 m 的系统水阻力，工作压力约0.487 MPa，小于1.6 MPa，符合承压的要求。

办公商业空调水系统27 层避难层以上为中区、高一区和高二区。高二区至27 层最大高差148.5 m，如加约20 m 的系统水阻力，水系统工作压力约1.685 MPa，中区低部的空调末端设备承压大于1.6 MPa，故高二区需与中区和高一区分设空调水系统。中区和高一区合用水系统，最大高差为98.5 m，加水泵杨程约38 m，工作压力约1.365 MPa，小于1.6 MPa，板式换热器、空调末端设备等均能符合承压要求。高二区空调末端最大高差为45 m，加约20 m 的系统水阻力，工作压力约0.65 MPa，小于1.0 MPa，符合承压要求；高二区板式换热器、循环水泵等仍布置于27 层，水系统工作压力约1.685 MPa，采用承压能力2.0 MPa 的板式换热器及相关设施，能满足承压要求。

酒店空调水系统27 层避难层以下为裙楼低区，最大高差为45.1 m，加水泵杨程约38 m，工作压力约0.831 MPa，小于1.6 MPa，板式换热器、空调末端设备等均能符合承压要求。

酒店空调水系统60 层以上为高区，板式换热器设置在27 层，最大高差为236.9 m，加水泵杨程约38 m，水系统最大工作压力约2.749 MPa，板式换热器置于循环水泵吸入端，采用承压能力2.5 MPa 的板式换热器，既能满足承压要求。空调末端系统最大高差为82.4 m，加约20 m 的系统水阻力，工作压力约1.024 MPa，小于1.6 MPa，符合承压要求[2]。

5 空调水系统设置

5.1 办公商业空调水系统

根据甲方要求，商业空调水系统经板式换热器后成独立系统，冷、热水系统均在地下三层设换热系统。冷水换热后二次侧供/回水温度为7/13 ℃，热水换热后二次侧供/回水温度为60/50 ℃。板式换热器承压小于2.0 MPa，空调末端系统承压小于1.0 MPa。

办公低一区和低二区冷水采用冷水机组直供，供/回水温度为6/12 ℃；热水系统在加地下三层设换热系统，热水二次侧供/回水温度为60/50 ℃。冷水机组和板式换热器承压小于2.0 MPa，空调末端系统承压小于1.6 MPa。

办公中区和高一区水系统，冷、热水系统均在27层设换热系统。冷水换热后二次侧供/ 回水温度为7/13 ℃，热水换热后二次侧供/回水温度为50/40 ℃。板式换热器承压小于2.0 MPa，空调末端系统承压小于1.6 MPa。

办公高二区水系统，冷、热水系统均在27 层设换热系统。冷水换热后二次侧供/回水温度为7/13 ℃，热水换热后二次侧供/回水温度为50/40 ℃。板式换热器承压小于2.0 MPa，空调末端系统承压小于1.0 MPa。

5.2 酒店空调水系统

酒店低区冷水如采用冷水机组直供，系统最大高差为135.2 m，加水泵杨程约38 m，工作压力约1.732 MPa，大于1.6 MPa，不满足空调末端设备承压要求，故需经板式换热器后成独立系统。冷、热水系统低区在地下二层设换热系统，高区在27 层设换热系统。空调水温均采用二次侧温度：冷水供/ 回水温度为7/13 ℃，热水供/回水温度为60/50 ℃。低区板式换热器承压小于2.0 MPa，空调末端系统承压小于1.0 MPa。高区板式换热器承压小于2.5 MPa，空调末端系统承压小于1.0 MPa。

6 总结

超高层建筑空调水系统设计，通过分区设置板式换热器分设独立水系统，可以有效降低水系统的工作压力。换热次数多，则冷、热量损失大，循环水泵耗能多，因此各区域的水系统在承压满足设备、管道系统要求的前提下，应尽量减少换热次数。本工程空调水系统最大高差376.3 m，经精心分析设计后，冷水通过一次换热，热水因采用冷凝常压热水锅炉，通过两次换热，已满足各区域空调要求。在努力提高能源利用效率的同时，也保证水系统经济合理节能可靠运行。