郑州某超高层空调系统设计

梁扬 叶俊明 黄开宏

郑州某超高层空调系统设计

梁扬 叶俊明 黄开宏

柏诚工程技术（北京）有限公司

简要介绍郑州市某栋综合体超高层的冷热源，空调、采暖、通风、防排烟、节能环保及计量，同时讨论空调水系统压力分区，冷冻水大温差。

超高层建筑空调系统水系统压力分区冷冻水大温差

1工程概况

本项目地处河南省郑州市。项目分为南、北两地块。北地块地上部分称为北塔，南地块地上部分称为南塔。项目业态分别为办公楼、会所、公寓、商业。项目总建筑面积约63万m2（地上）及17万m2（地下）；北塔建筑面积共计298,796m2，建筑高度300m，包含业态为办公楼、商业。南塔建筑面积共计312,240m2，建筑高度299m，包含业态为会所、公寓、办公楼、商业。

2空调系统设计要点

2.1室内设计参数

室内设计参数如表1所示。

2.2设计负荷

项目设计负荷如图1所示，其中：

北塔设计负荷：办公空调冷负荷为24000kW（6800RTons），空调热负荷为16.7MW。商业空调冷负荷为5300kW（1500RTons），空调热负荷为2.9MW。

南塔设计负荷：办公空调冷负荷为18000kW（5100RTons），空调热负荷为12.5MW。商业空调冷负荷为7600kW（2200RTons），空调热负荷为4.2MW。公寓会所空调冷负荷为6000kW（1700RTons），空调热负荷为5.1MW，生活热水负荷为3.5MW。

表1室内设计参数

2.3冷热源

北塔办公设置3台1700RTons高压离心冷水机组，2台850RTons离心式冷水机组；4台4.2MW真空热水锅炉。由于燃气公司对于本项目已有明确实施政策（冬、夏季均需使用燃气），北塔商业设置3台550RTons溴化锂直燃机组。冷却塔与制冷机组相互对应，布置于在裙房屋面。

图1项目设计负荷

南塔办公设置2台1700RTons高压离心冷机及2台850RTons离心式冷水机组；4台3.5 MW真空热水锅炉。南塔商业设置3台800RTons溴化锂直燃机组。公寓会所设置2台700RTons离心式冷水机组，1台350RTons螺杆式冷水机组；3台2.8MW真空热水锅炉。冷却塔与制冷机组相互对应，布置于在裙房屋面。

2.4网络机房冷却塔考虑

该项目采用中央辅助冷却水系统供办公24小时网络机房使用：本系统为办公楼各出租单位的网络机房提供冷却水的系统装置。在办公楼竖井中安装冷却水供回水立管，并在每一层预留接口。当租户需要使用时，可根据实际情况自行安装接驳。冷却量按照办公面积：15～20W/m2设计。办公网络机房24小时冷却水系统采用闭式冷却塔，考虑到冷塔承压问题，高区冷却塔及其循环泵分别设置于塔楼屋面，提供F43～顶层网络机房冷却水；低区冷却塔设置于裙楼屋面、循环泵设置于地下室。该冷却系统提供F01～F40层网络机房冷却水。

2.5水系统压力分区

考虑本项目高度较高，包含三个避难层，一次供水直接送至最高区，对设备承压要求较高。故采用分段换热断压输送。若在两个避难层设置两个换热机房断压，则会引起高区供水温度较高，导致末端换热衰减；若采取一个换热机房，在第一个设备层断压，则高区末端压力过大；若采取在低区设备层设置两个换热机房，则较好地解决供水温度及末端承压的问题。水系统分为低、高两个区，高区又再分为高i区与高ii区，制冷机房设置在地下，低区为制冷机房至100m，高i区为100～200m，高ii区为200～300m。板式换热器作为隔绝静水压力的方式，低区压力均不超过1.6MPa，高i区压力均不超过1.6MPa，高ii区的水泵、换热器压力不超过2.5MPa，末端空调设备压力不超过1.6MPa。制冷机房供回水温度为5.5/12℃，高i区与高ii区供回水温度为7/13℃。该压力分区的优点：a）仅经过一次换热，最高供回水温度不超过7/13℃，对末端供冷量影响较小；b）超过1.6 MPa的高承压设备仅为设备层的高ii区板换与水泵并同层阀门，对整体造价影响极小。所有末端设备的承压均在1.6MPa以下。具体见图2。

图2水系统压力分区

2.6空调末端

本项目单层面积较小，进深较浅，为降低初投资及提高输送能效比，故办公标准层采用两管制的风机盘管加预处理新风系统。新风机组按照防火分区每层设置，通过专属竖井引入新风及排风，总新、排风由避难层热回收机组集中处理后于避难层百叶引入及排放。新风处理机均考虑配置初、中效过滤段、表冷段，加热段、加湿段、过滤段及UV-C空气净化模块。考虑冬季末端加热特性，本项目采用湿膜加湿方式。办公大堂采用两管制全空气定风量系统，末端采用旋流风口下送，夏季供冷风，冬季送热风。为改善大堂的热舒适性，缓解冷风侵入及热风难以下送的问题，大堂设置地板辐射采暖系统。

3空气质量

在保证室内空气质量方面，该项目对厨房油烟，车库及PM2.5污染采取处理措施。厨房通风系统由排风机、补风机以及厨房排油烟净化设备组成。由于油烟需于裙楼屋面排放，为满足饮食行业卫生标准要求，厨房的废气需先经运水烟罩或UV罩（由厨房设备厂家提供）处理，如达不到排放标准，再经静电除油净化，经过处理的废气在裙房屋顶排至室外。此外，厨房的送、排风机考虑变频风机以达到节能及配合二次调整的目的。厨房的灶前补风系统（KOAF）冬季要经过滤及预热后（12℃）送入室内，并同时辅助一台PAU机组对厨房内人员工作区进行岗位送风及换气处理。当热炒时段，开启排油烟风机、灶前补风机（KOAF）及全面送风机（PAU），同时满足厨房负压。当非热炒时段，开启全面通风排风机及全面送风机（PAU），同时满足厨房负压。地下车库空气由于车尾气的排放，降低了地下车库空气质量。所以在车库有机械排风系统和补风系统设计。排风换气次数为6次/h[1]；排风系统由排风机和射流诱导风机组成。车库内设计射流诱导风机，不仅可以减少风管的截面、减小占用标高空间，而且可以提高通风换气的效果。地库的补风量为排风量的80%。地下车库排风、补风系统按高、低峰时段高、低速及台数控制运行。近年室外空气质量变差，主要由工业，燃煤及公路汽车的废气排放引起。最近PM2.5污染物较受关注。PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5μm的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。根据世界卫生组织（WHO）的标准，取24h允许平均值25μg/m3[2]，为设计要求送风PM2.5含尘浓度。初级过滤按照计重过滤分级，对2.5μm粒径以下的颗粒没有明显过滤效果，故过滤2.5μm粒径以下的颗粒主要依靠于中效过滤器。根据郑州室外空气质量情况，按照EN 779:2012的空气过滤器分级情况，选用F7级过滤器可将新风控制在要求含尘浓度内。

4生命安全系统

防排烟系统主要是由楼梯正压送风系统、排烟系统及相应的控制系统组成，而楼梯正压送风系统则包括疏散楼梯及合用前室（包括消防电梯前室）正压送风系统。在防烟系统方面对需要设加压送风的所有疏散楼梯间、消防电梯前室、合用前室、避难层分别设置各自独立的机械加压送风系统。当有火灾发生时，向上述区域加压送风，使其处于正压状态。设计参数为防烟楼梯50Pa、合用前室25Pa[1]，以阻止烟气的渗入，以便建筑内的人能安全离开。加压送风机分别设在避难层；地上和地下楼梯间加压送风系统分别设置；楼梯合用前室及楼梯间的加压送风系统设置压差旁通防止超压的措施；避难层设置独立的机械加压送风系统；在排烟系统方面本项目设置了塔楼排烟，不满足自然排烟条件的机械排烟系统及商场中庭排烟系统。由于本项目为超高层类别，受室外风压影响较大，故办公室内部不考虑自然排烟的方式，考虑机械排烟系统，排烟风井设置于每层核心筒内。办公标准层内走道提供机械排烟系统，机械排烟系统将按竖向布置，每层设4个常闭型排烟风口。排烟风机分别于各个避难层、设备层设置。项目商场中庭超过12m高，所以设置中庭机械排烟系统，排烟风机设置于商业屋面，按照换气次数计算排烟量，并采用自然补风方式。在锅炉房及厨房设置了事故排风系统。南北塔办公各设独立锅炉房供空调采暖使用。锅炉房及燃气表间要求设置泄爆。并且设置平时通风兼事故通风系统。锅炉房排烟考虑于裙房屋面排放，需得到当地环保部门的认可，建筑内的锅炉排烟管道采用防火包裹。设在建筑内的各商用厨房，均设有燃气泄漏探测系统及事故排风装置，当厨房内燃气浓度超过额定标准时，事故排风机将开启，同时切断紧急供气阀门。厨房的事故排风机与厨房排油烟机设置各自独立的设备及管路。

5节能措施

1）冷冻水大温差会使制冷机的效率略微减小，但是大温差带来的小流量、低阻力所大幅度降低循环水泵的电耗已经超过制冷机效率降低的负面效应。另外，流量减少也会直接减小水系统的管径，从而会减少管道的投资和安装费用。同时超高层部分采用大温差也可以降低高区由于换热后的温度衰减对于风盘制冷量的相关不利影响。如表2可以看出，低区的供回水温度为5.5/12℃，末端的制冷效率高于常规水温差下的制冷效率；而高区的7/13℃较常规水温差的效率只衰减不到10%。

表2风机盘管各大温差冷量

2）空调冷、热水系统采用一次泵变流量，当冷水机组运行时，蒸发器的供回水温差基本恒定，蒸发侧流量随负荷侧流量变化而变化，从而达到按需供应，并使得降低水泵在部分负荷时的供水量成为可能，最终降低系统运行能耗。

3）循环水泵的选型均参照的是最大制冷和采暖负荷，而实际运行中部分负荷是最常见的。变频循环泵系统就是令水泵的转速根据冷/热负荷的变化而变化，从而减少电力消耗，减少运行费用。

4）排风热回收。由于健康、卫生和舒适的需要，建筑当中需要排出大量污浊的空气，补入新鲜的空气。通过热（显热、全热）回收装置回收排风中的能量，用于对新风预加热/制冷，可以大大减少由于引入新风而带来的能源消耗。

6能源计量系统

出于运营管理和节能的需要，并作为市政、物业收费的依据，项目将对耗电量较大的用电设备进行独立的分项计量。这可以及时了解和掌握这些设备的能耗水平和能耗结构，及时发现问题并可针对性地提出改进措施。进行电耗独立分项计量：a）制冷机、冷却塔风机、循环水泵的电耗单独计量；b）锅炉房（直燃机房）安装燃气计量表；c）冬季在换热机房内对来自锅炉房（或市政热力）的高温热水入口设置热水计量能量表，以此作为空调热水的收费依据。

7总结

本文基于郑州某超高层实际应用案例分析，对300m高的大型公共建筑的空调通风系统进行梳理。关于水系统分区对设备承压进行比对，在经过一次换热后，通过提高高区换热器的承压，来有效减低制冷机组的承压。关于PM2.5的去除，根据室外气象参数，须应用欧标F7等级过滤器。为保证高区空调末端制冷量衰减不影响设备选型，须加大一次冷机侧出水的供回水温差。

[1]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,2009

[2]世界卫生组织.空气质量准则[S].2005

HVAC Sys te m De s ign of a Supe r Highris e in Zhe ngzhou

LIANG Yang,YAP Chuen-meng,HUANG Kai-hong
Parsons Brinckerhoff Engineering and Technology(Beijing)Pte Ltd.

This paper presents a brief introduction on design of heating,ventilation and air conditioning,smoke control, energy conservation and metering systems of a super highrise building in Zhengzhou.Subjects like chilled water pressure zoning,chilled water large temperature difference were discussed.

super highrise building,HVAC system,chilled water pressure zoning,chilled water large temperature difference

1003-0344（2014）05-088-4

2013-7-23

叶俊明（1967～），男，硕士；北京市朝阳区工体北路甲2号盈科中心B座16层柏诚工程技术（北京）有限公司（100027）；

E-mail:yap.cm@pbworld.com