何　花

( 廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣州 510370 )

佛山某超高層建筑中央空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何花

( 廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣州 510370 )

[摘要]空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)及設(shè)備、管道承壓問題，是超高層建筑首要解決的技術(shù)問題,本文以佛山某超高層建筑為例，探討超高層建筑中央空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，并對冷凍水溫度的合理選擇給出建議。

[關(guān)鍵詞]超高層建筑；中央空調(diào)；水系統(tǒng)分區(qū)；設(shè)備、管道承壓；冷凍水溫度

引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)及建筑科技的不斷發(fā)展，超高層建筑不斷涌現(xiàn)。受高度影響，超高層建筑對暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方面提出了更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?，特別在空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)及設(shè)備、管道承壓方面，是首要解決的技術(shù)問題。本文以佛山某超高層建筑為例，探討超高層建筑中央空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，并對冷凍水溫度的合理選擇給出建議供參考。

1工程概況

該項(xiàng)目位于佛山市，總建筑面積約675000m2，其中地上總建筑面積約480000m2，包括4層裙房、北塔樓、西塔樓以及八棟住宅，塔樓高度全部在100米以上；地下共四層，總建筑面積約195000m2。本文著重介紹西塔辦公(建筑總面積約87000 m2，高度為243.4米，共52層。其中1~4層為大堂、商鋪、餐飲等功能用房；7、23及38層為避難層及設(shè)備層；其余樓層為辦公區(qū))的中央空調(diào)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2空調(diào)冷負(fù)荷及冷源系統(tǒng)設(shè)置

2.1　空調(diào)冷負(fù)荷

西塔辦公總空調(diào)面積約70470 m2，經(jīng)過逐項(xiàng)逐時(shí)計(jì)算夏季總冷負(fù)荷為10660kW(3032RT)。其中各分區(qū)負(fù)荷如下:

低區(qū)(負(fù)3~22層)冷負(fù)荷為4494kW(1278 RT)；

中區(qū)(23~37層)冷負(fù)荷為3084kW(877RT)；

高區(qū)(38~52層)冷負(fù)荷為3084kW(877RT)。

由于佛山市地處夏熱冬暖地區(qū)，冬季室外空調(diào)計(jì)算干球溫度為5.2℃，按設(shè)計(jì)規(guī)范要求，該辦公樓冬季不需設(shè)置供暖系統(tǒng)。

2.2　冷源系統(tǒng)設(shè)置

根據(jù)業(yè)主需求，西塔辦公是出售物業(yè)，從房間使用功能、節(jié)能及方便日后運(yùn)行管理等方面考慮，西塔辦公宜獨(dú)立設(shè)置一套水冷中央空調(diào)系統(tǒng)。

冷源系統(tǒng)設(shè)置見表1：

表1　冷源系統(tǒng)設(shè)置

3制冷機(jī)房的位置

考慮到制冷主機(jī)的重量及外形尺寸是整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)中最大的，制冷機(jī)房建議設(shè)置在地下室，這樣可以降低制冷主機(jī)的運(yùn)輸安裝難度以及日后設(shè)備的維護(hù)更換難度；另一方面地下室往往是車庫及給排水專業(yè)、電氣專業(yè)的設(shè)備用房，制冷主機(jī)及水泵的運(yùn)行噪音及振動(dòng)對周圍功能房間不會造成太大的影響。本工程的制冷機(jī)房設(shè)置在地下三層。

4冷卻塔的位置

本工程采用水冷中央空調(diào)系統(tǒng)，與制冷主機(jī)容量相匹配的開式冷卻塔盡量安裝在離制冷主機(jī)較近的地方，這樣可以節(jié)省冷卻水泵的運(yùn)行費(fèi)用；冷卻塔與制冷主機(jī)的高差不要太大，以免造成制冷主機(jī)的冷凝器承壓過大而增加主機(jī)的初投資；冷卻塔之間或冷卻塔與周邊建筑物之間的距離應(yīng)滿足通風(fēng)要求，避免熱空氣回流影響換熱效果；冷卻塔應(yīng)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，其噪聲應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3096-2008。通過與建筑專業(yè)及甲方的溝通協(xié)調(diào)，本工程的冷卻塔設(shè)置在4層裙房屋面,冷卻水系統(tǒng)最大工作壓力為1.0MPa。

5空調(diào)水系統(tǒng)

空調(diào)水系統(tǒng)的承壓分為設(shè)備承壓及管道承壓；設(shè)備承壓主要包括制冷主機(jī)、水泵、板式換熱器、風(fēng)機(jī)盤管、空調(diào)器等的承壓。管道承壓主要指水管、管件、水閥門等的承壓。在超高層建筑的空調(diào)水系統(tǒng)里，超過2.5MPa的系統(tǒng)是很少使用的，不僅因?yàn)楹附?、密封很難保證，設(shè)備的制造難度大、產(chǎn)品不普及、可靠性難以保證，同時(shí)成本也會大幅增加。目前市場上的空調(diào)設(shè)備的承壓有1.0MPa,1.6MPa,2.0MPa和2.5MPa這幾種。一般制冷主機(jī)、水泵、板式換熱器及其連接件承壓控制在1.6MPa或2.0MPa；必要時(shí)承壓可選擇2.5MPa；空調(diào)器及其連接件承壓控制在1.6MPa，必要時(shí)承壓可選擇2.0MPa；而風(fēng)機(jī)盤管的管道連接方式為喇叭口或管螺紋，連接件承壓一般達(dá)不到2.0MPa，因此風(fēng)機(jī)盤管及其連接件承壓控制在1.0MPa或1.6MPa。

本工程西塔樓高為243.4米，為降低系統(tǒng)造價(jià)，保障系統(tǒng)的安全性及可靠性，其冷凍水循環(huán)水系統(tǒng)豎向?qū)⒎譃榈蛥^(qū)(負(fù)3~22層)、中區(qū)(23~37層)及高區(qū)(38~52層)；中區(qū)及高區(qū)的水系統(tǒng)壓力隔斷設(shè)備水—水板式換熱器及配套的冷凍水泵均設(shè)置在設(shè)備層23層。低區(qū)末端設(shè)備由設(shè)在地下三層的制冷主機(jī)直接提供冷凍水；中區(qū)及高區(qū)的末端設(shè)備由設(shè)在23層的水—水板式換熱器經(jīng)與設(shè)在地下三層的制冷主機(jī)提供的冷凍水換熱后再提供冷凍水。本工程的冷凍水系統(tǒng)定壓方式均采用閉式膨脹水箱定壓，空調(diào)水系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1　西塔辦公中央空調(diào)水系統(tǒng)示意圖

對于低區(qū)水系統(tǒng)，地下三層到23層的高差為125.9米，經(jīng)過詳細(xì)的水力計(jì)算，低區(qū)冷凍水泵揚(yáng)程為380kPa,低區(qū)冷凍水系統(tǒng)最大工作壓力為1639 kPa，冷凍水泵及其連接件的承壓選用2.0MPa。為了降低制冷主機(jī)蒸發(fā)器的承壓，冷凍回水先經(jīng)過制冷主機(jī)再到冷凍水泵，即冷凍水泵采用抽出式。制冷主機(jī)蒸發(fā)器入口的水靜壓為1259 kPa，制冷主機(jī)到冷凍水泵吸入口的壓力損失為120 kPa，則制冷主機(jī)蒸發(fā)器的工作壓力為1379 kPa，制冷主機(jī)蒸發(fā)器及其連接件的承壓選用1.6MPa。低區(qū)的空調(diào)末端設(shè)置在1到22層,中區(qū)及高區(qū)的水—水板式換熱器設(shè)置在23層設(shè)備層,1到23層的高差為112.9米，即首層空調(diào)末端的最大水靜壓為1129 kPa,首層空調(diào)末端入口到冷凍水泵吸入口的壓力損失為350kPa，空調(diào)末端的最大工作壓力為1479 kPa,空調(diào)末端及其連接件的承壓選用1.6MPa;中區(qū)及高區(qū)的水—水板式換熱器一次冷凍水側(cè)及其連接件的承壓選用1.0MPa。

對于中區(qū)水系統(tǒng)，23到37層高差為67.5米，經(jīng)過詳細(xì)的水力計(jì)算，中區(qū)冷凍水泵揚(yáng)程為270kPa,中區(qū)冷凍水系統(tǒng)最大工作壓力為945 kPa。冷凍回水先經(jīng)過冷凍水泵再到水—水板式換熱器的二次冷凍水側(cè)，即冷凍水泵采用壓入式。這樣設(shè)置使得水—水板式換熱器的二次冷凍水側(cè)、冷凍水泵、空調(diào)末端及其相應(yīng)的連接件承壓均控制在1.0MPa。

對于高區(qū)水系統(tǒng)，由于水—水板式換熱器及相應(yīng)的冷凍水泵設(shè)置在23層設(shè)備層，從圖1可知，23到52層高差為135米，經(jīng)過詳細(xì)的水力計(jì)算，高區(qū)冷凍水泵揚(yáng)程為320kPa,高區(qū)冷凍水系統(tǒng)最大工作壓力為1670 kPa。冷凍水泵及其連接件的承壓選用2.0MPa。為了降低水—水板式換熱器二次冷凍水側(cè)的承壓，冷凍回水先經(jīng)過水—水板式換熱器二次冷凍水側(cè)再到冷凍水泵，即冷凍水泵采用抽出式。水—水板式換熱器二次冷凍水側(cè)入口的水靜壓為1350 kPa，水—水板式換熱器到冷凍水泵吸入口的壓力損失為90 kPa，則水—水板式換熱器二次冷凍水側(cè)的工作壓力為1440 kPa，水—水板式換熱器二次冷凍水側(cè)及其連接件的承壓選用1.6MPa。高區(qū)的空調(diào)末端設(shè)置在39到52層，39到52層高差為63米，即高區(qū)空調(diào)末端的最大水靜壓為630 kPa,39層空調(diào)末端入口到23層冷凍水泵吸入口的壓力損失為280kPa，空調(diào)末端的最大工作壓力為910 kPa,空調(diào)末端及其連接件的承壓選用1.0MPa。

6冷凍水溫度

解決了空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)及設(shè)備、管道承壓方面的問題，冷凍水溫度的合理選擇也是一個(gè)重要考慮的關(guān)鍵點(diǎn)，這與設(shè)備的制冷能效、系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用有關(guān)。

本工程的中區(qū)及高區(qū)采用了水—水板式換熱器，由于水—水板式換熱器具有高值的傳熱系數(shù)及劇烈的湍流特點(diǎn)，可使熱交換器在兩種流體溫度十分接近的情況下運(yùn)行，其溫差可以趨近1~3℃[1]。筆者通過比較國內(nèi)外的樣本，了解到國內(nèi)外的水—水板式換熱器基本能滿足1.5~2℃的溫差，因此在本工程中水—水板式換熱器采用了1.5℃的溫差。如果制冷主機(jī)的冷凍水供回水溫度采用常規(guī)的7/12℃，則7/12℃的一次冷凍水通過水—水板式換熱器可交換成8.5/13.5℃的二次冷凍水。中、高區(qū)的空調(diào)末端設(shè)備由常規(guī)的7/12℃冷凍水供回水溫度改為8.5/13.5℃后，空調(diào)末端的產(chǎn)冷量會有所減少，特別是風(fēng)機(jī)盤管；為了保持空調(diào)末端的產(chǎn)冷量不變，必須把風(fēng)機(jī)盤管加大一號或加大空調(diào)器表冷器的換熱面積，這樣會導(dǎo)致初投資增加10%~20%，運(yùn)行費(fèi)用也會有所增加[1]。鑒于這種情況，如果把制冷主機(jī)的冷凍水供回水溫度選定為6/11℃，6/11℃的一次冷凍水通過水—水板式換熱器可交換成7.5/12.5℃的二次冷凍水,空調(diào)末端設(shè)備由常規(guī)的7/12℃冷凍水供回水溫度改為7.5/12.5℃后，空調(diào)末端的產(chǎn)冷量變化不大，可忽略不計(jì)。但是，當(dāng)制冷機(jī)組出水溫度降低時(shí)，其制冷效率隨之下降；制冷主機(jī)冷凍水出水溫度比常規(guī)出水溫度7℃低1℃時(shí)，其能耗將增加3%左右[2]，但制冷主機(jī)初投資基本不會增加。綜合比較后，筆者最終選擇制冷主機(jī)的冷凍水供回水溫度為6/11℃，水—水板式換熱器二次冷凍水供回水溫度為7.5/12.5℃。

7結(jié)語

(1)低區(qū)、中區(qū)及高區(qū)空調(diào)末端設(shè)備的承壓都在1.6MPa以內(nèi)，水系統(tǒng)泄漏的潛在危險(xiǎn)大大減低；

(2)制冷主機(jī)、水泵、水—水板式換熱器的承壓都在2.0MPa以內(nèi)，可降低系統(tǒng)造價(jià)，保障系統(tǒng)的安全性及可靠性;

(3)中、高區(qū)空調(diào)末端設(shè)備的冷凍水供回水溫度為7.5/12.5℃，有利于設(shè)備的選型，對產(chǎn)冷量影響不大；

(4)制冷主機(jī)的冷凍水供水溫度選定為6℃，機(jī)組能耗增加不大，是目前超高層建筑通常選用的溫度。

8參考文獻(xiàn)

[1] 程珈寧.板式換熱器在高層建筑中的應(yīng)用[J].工程設(shè)計(jì)與研究，1995,9(89)：44-50

[2] 陳敏華.中央冷水主機(jī)變冷凍水溫對系統(tǒng)節(jié)能的影響分析[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2012,31(4)：64-66

[3] 沙泳洪.武漢金三角項(xiàng)目寫字樓空調(diào)冷水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[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

[中圖分類號]TU831 [文獻(xiàn)標(biāo)示碼]B

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2015.01.007

文章編號：ISSN1005-9180(2015)01-033-04

作者簡介：何花(1970-)，女，高級工程師，主要從事暖通空調(diào)設(shè)計(jì)。Email:hh9495@163.com

收稿日期：2015-2-10