浅谈长沙某超高层商业综合体暖通空调系统设计

作者:未知

  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:
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