超高層空調(diào)水系統(tǒng)設計探討

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超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)設計探討

摘要 ：對某超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)方案進行對比分析，探討超高層建筑采用高承壓空調(diào)水系統(tǒng)方案的可行性。
關鍵詞  超高層 空調(diào) 水系統(tǒng) 承壓
一、前言
超高層建筑體型巨大，功能復雜，容納人員眾多，投資十分龐大。超高層建筑絕不是普通建筑的拉伸或簡單疊加，在一般建筑物中的一般問題，到了超高層建筑中都可能成為特殊問題，需要特別處理。
超高層建筑本身具備很多自然特性，對建筑設計造成較大影響：①負荷計算方面：隨著建筑高度升高，大氣透明度、太陽輻射強度亦增大，室外風速隨著建筑高度遞增，圍護結構外表面放熱系數(shù)加大；②隨著建筑高度增加，空調(diào)水路系統(tǒng)設備及管件承壓要求提高，須經(jīng)過梯級板換方式把冷熱水送至最高層；③性能化設計方面：隨著建筑高度升高、層數(shù)增加導致疏散困難，對防排煙措施要求高，且建筑本身由于熱壓造成的煙囪作用較大，對空調(diào)通風、換氣、排煙效果有影響。
在超高層建筑中，空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)及設備承壓問題是超高層空調(diào)系統(tǒng)設計中須著重考慮的問題。目前我國超高層建筑絕大部分水路系統(tǒng)的設計采用：在建筑中間層設置水－水板式換熱器，把冷、熱水從低區(qū)提升至設備層，經(jīng)板式換熱器閉式熱交換后再由次級泵輸送至高區(qū)。采用這種做法可以使低區(qū)與高區(qū)承受由各自分區(qū)高度產(chǎn)生的壓力，從而避免低區(qū)的設備及管路承壓過大。目前鋼結構技術的進步使得超高層建筑的高度有了進一步的提升，300~400米的超超高層建筑屢見不鮮。在這類建筑中如果水系統(tǒng)不能合理分區(qū)則勢必導致——①末端設備承壓要求過高，導致?lián)Q熱器面板和管壁加厚過多，傳熱效率下降，同時設備承壓能力提高了，造價亦隨之提高；②分區(qū)過多，從冷源供出的冷水經(jīng)多級板式換熱器后效率將降低，研究表明每經(jīng)過一級板式換熱器，其冷源的供冷（熱）效率至少下降20%左右，同時末端裝置的換熱面積則需要加大20%。

表1：典型超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)及承壓設計
項目名稱 高度 分區(qū) 中間板換
位置 最高設備承壓 一次水溫度（換熱溫差） 次級水溫度（換熱溫差）
 （m） （個）  MPa ℃ ℃
上海靜安希爾頓飯店 143 1 —— 2.1 7/12 ——
上海金茂大廈 420 2 21層 2.1/2.8 5.5/13.5 7/15
上海環(huán)球金融中心 460 3 150m/300m 2.1 4/9 6/15,8/17
深圳發(fā)展中心大廈 165 2 28層 1.6 7/12 10/14
深圳彭年廣場 222 2 24層 1.6 7/12 9/14
深圳賽格廣場 292.6 4 分段冷源 1.0~1.5 7/12 ——

表2：空調(diào)制冷設備、管道及管件承壓能力
空調(diào)制冷設備 空調(diào)制冷設備額定工作壓力Pw（MPa）
冷水機組 普通型 1.0
 加強型 1.7
 特加強型 2.0
 特定加強型 2.1
空調(diào)處理器、風機盤管機組 1.6
板式換熱器 1.6～3.0
水泵殼體 1.0～2.5
管道及管件 管材和管件的公稱壓力PN（MPa）
低壓管道 2.5
中壓管道 4.0~6.4
高壓管道 10~100
低壓閥門 1.6
中壓閥門 2.5~6.4
高壓閥門 10~100
無縫鋼管 >1.6

表1匯總了上海、深圳地區(qū)典型超高層建筑的空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)及承壓設計?？梢钥闯?，當前工程設計中，超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)的設備承壓能力不再局限于1.0MPa以下，1.6、2.1MPa以上的高承壓設計已經(jīng)越來越多。另外隨著設備廠家技術的提高，空調(diào)設備的承壓能力也越來越高。表2給出了現(xiàn)有空調(diào)制冷設備、管道及管件承壓能力?？照{(diào)機組及板換的額定工作壓力已可達到1.6MPa，低壓管道的承壓可達2.5MPa，低壓閥門的承壓可達1.6MPa，采用加強型冷水機組時已可承壓1.7MPa。
對超高層建筑水系統(tǒng)進行分區(qū)，首先要確定一個分區(qū)高度，這個分區(qū)高度是由設備和管道的承壓能力決定的。根據(jù)表2可以知道，冷機的承壓范圍是1.0~2.1MPa、板換的承壓范圍為1.6~3.0MPa、水泵殼體的承壓范圍是1.0~2.5MPa、空調(diào)機組承壓為1.0~1.6MPa、管道及閥門的承壓范圍是1.6~2.5MPa。對于超高層建筑來說，板換級數(shù)增加則導致冷源效率降低，板換級數(shù)少則設備承壓要求提高，因此其空調(diào)水系統(tǒng)的分區(qū)設計需結合建筑實際情況經(jīng)技術經(jīng)濟比較后確定。
二、超高層辦公空調(diào)水系統(tǒng)分區(qū)方案比較
圖1為某超高層辦公樓效果圖，共98層，最高點高度439m，集辦公和酒店于一體。其中，73層以下為辦公區(qū)，73層以上為酒店。根據(jù)建筑專業(yè)疏散要求，分別于18、19、37、38、55、56、73、74、91、92