超高层空调水系统设计探讨.doc

超高层建筑空调水系统设计探讨 深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司 曹莉 王红朝 中国建筑设计研究院 潘云钢 摘要 对某超高层建筑空调水系统分区方案进行对比分析，探讨超高层建筑采用高承压空调水系统方案的可行性。 关键词 超高层 空调 水系统 承压 一、前言 超高层建筑体型巨大，功能复杂，容纳人员众多，投资十分庞大。超高层建筑绝不是普通建筑的拉伸或简单叠加在一般建筑物中的一般问题，到了超高层建筑中都特殊问题，需要特别处理。 在超高层建筑中，空调水系统分区及设备承压问题是超高层空调系统设计中须着重考虑的问题。目前我国超高层建筑绝大部分水路系统的设计采用：在建筑中间层设置水－水板式换热器，把冷、热水从低区提升至设备层，经板式换热器闭式热交换后再由次级泵输送至高区。采用这种做法可以使低区与高区承受由各自分区高度产生的压力，从而避免低区的设备及管路承压过大。目前钢结构技术的进步使得超高层建筑的高度有了进一步的提升，300~400米的超超高层建筑屡见不鲜。在这类建筑中如果水系统不能合理分区则势必导致——①末端设备承压要求过高，导致换热器面板和管壁加厚过多，传热效率下降，同时设备承压能力提高了，造价亦随之提高；②分区过多，从冷源供出的冷水经多级板式换热器后效率将降低，研究表明每经过一级板式换热器，其冷源的供冷（热）效率至少下降20%左右，同时末端装置的换热面积则需要加大20%。 表1：典型超高层建筑空调水系统分区及承压设计 项目名称 高度 分区 中间板换 位置 最高设备承压 一次水温度（换热温差） 次级水温度（换热温差） （m） （个） MPa ℃ ℃ 上海静安希尔顿饭店 143 1 —— 2.1 7/12 —— 上海金茂大厦 420 2 21层 2.1/2.8 5.5/13.5 7/15 上海环球金融中心 460 3 150m/300m 2.1 4/9 6/15,8/17 深圳发展中心大厦 165 2 28层 1.6 7/12 10/14 深圳彭年广场 222 2 24层 1.6 7/12 9/14 深圳赛格广场 292.6 4 分段冷源 1.0~1.5 7/12 —— 表2：空调制冷设备、管道及管件承压空调制冷设备 空调制冷设备额定工作压力Pw（MPa） 冷水机组 普通型 1.0 加强型 1.7 特加强型 2.0 空调处理器、风机盘管机组 1.6 水泵壳体 1.0～2.5 管道及管件 管材和管件的公称压力PN（MPa） 低压管道 2.5 中压管道 4.0~6.4 高压管道 10~100 低压阀门 1.6 中压阀门 2.5~6.4 高压阀门 10~100 无缝钢管 1.6 图1为某超高层办公楼效果图，共98层，最高点高度439m，集办公和酒店于一体。其中，73层以下为办公区，73层以上为酒店。根据建筑专业疏散要求，分别于18、19、37、38、55、56、73、74、91、92层设置避难（机电）层。 由于使用功能不同，办公和酒店分别设有独立的集中空调冷（热）源系统：办公区采用蓄冰空调系统，主机房位于地下四层（-18.500m）；酒店采用风冷热泵（带热回收）系统，机组设于73层。则办公部分末端设备的最高点位于72层（316m），因此定压膨胀水箱箱底高度不应低于317.5m，则办公空调水系统最大可能的静水压力为336.0m H2O，约3.36MPa。即使水泵的安装方式为打出式，主机或板换的承压也将达到3.5MPa，目前还没有设备有这么高的承压能力。因此对于本项目，不设中间换热器的做法从技术上来说是不可行的。如何对本项目的空调水系统进行分区，综合考虑其空调的使用情况，建筑避难层的设置位置及设备、管件的承压能力，最终确定了3种分区方案。 方案1：如图2所示，在办公部分的中间设备层（37F）处设置一组水－水板式换热器，整个系统仅分为高低2个区，37层（含）以下为低区、39层（含）以上为高区。低区水由分水器直接供水，末端设备的供回水温度为5℃/13℃；高区水经37层处的板换换热后间接供水，末端设备的供回水温度为6℃/14℃，供冷效率有所下降。一次水系统的膨胀水箱设于38层，总定压点位于集水器出水总管处，一次水泵采用打入式，则主机房内冷水机组、一次水泵及分水器等部件的最高承压约为2.1MPa（即为直接供水的用户最高点至主机房的静水高度与一次水泵扬程之和）。高区和低区的末端设备承压随着所在楼层高度的增加而递减，承压要求介于1.0~2.1MPa之间。 方案2：如图3所示，基于办公部分建筑本身避难层的设置将办公部分自然分为4个区间，水系统亦按此分为四个区，并设有四组板换：一组位于主机房内，服务于18层以下区域；另外三组均设于18层避难层处，分别服务于上部的3个区域；板换之间为并联关系，为