• 超高层建筑暖通空调系统设计
  • 2015-07-13
项目背景
随着社会的发展和科技的不断进步,我国的超高层建筑也越来越多。超高层建筑不仅标志城市综合竞争力的提高,而且象征了我国综合国力的增强。与常规建筑相比,超高层建筑体型巨大、结构复杂、承担功能较多且可容纳较多人员,设计中需注意的问题多,包括空调方式的选择、设备承压,尤其是消防设计方面,往往存在发生火灾时火灾蔓延迅速、人员疏散困难以及火灾扑救困难等,因此在设计中必须重点关注消防,全面考虑超高层建筑中可能出现的各种消防问题,并在设计中消除这些消防隐患,使超高层建筑真正能为人们服务。
项目概述
项目位于北京朝阳区中央商务区(CBD)的新核心区,是新金融总体规划的一部分.总用地面积为8264m2,总建筑面积132471m2.地下共5层,地下5层至地下3层主要为车库及配套设备用房,地下2层及地下1层为员工餐厅及商业;塔楼地上44层,建筑高度220m,包括31层办公和5层专用综合会所;裙楼地上6层,容纳了银行营业厅、商业、餐饮和会所业态.主要功能为金融办公和商业服务,定位为高科技智能型、信息化、绿色环保、多功能高端的地标性建筑,设计目标为获得国际LEED金级认证,国内达到绿色三星级标准.
需求关系逻辑图
建设内容与机制逻辑图
建设内容和成果

冷热源

1冷源

空调冷源按照冰蓄冷系统设计,投资费用与常规空调系统相当,但经济效益优于常规空调系统。该系统采用主机上游串联系统,制冷机房及蓄冰池设置于地下5层,蓄冰形式为部分负荷蓄冷。双工况冷水机组有空调工况和制冰工况两种运行模式,在夜间低谷电期间制冰,设计日或负荷较大时由制冷主机与融冰联合供冷为本楼末端提供冷量,部分负荷及过渡季时,通过优化控制,采用部分主机与融冰联合供冷或融冰单供冷模式为本楼末端提供冷量,以节约运行费用。低温冷源与末端系统采用板式换热器隔开,换热器乙二醇侧设计供回水温度3。3°C/11°C;冷冻水侧设计供回水温度4.5°C/12.5°C。同时配置2台基载主机,满足夜间商业的空调要求。

设计蓄冰系统的蓄冰率按40%考虑,设备按钢盘管型式考虑,配置3台双工况主机,每台主机空调工况制冷量为950RT,制冰工况制冷量为653RT,总蓄冰量为18264RT/h。载冷剂均为25%浓度的乙烯乙二醇,冷冻水系统采用高位膨胀水箱定压,乙二醇系统采用变频水泵+闭式膨胀罐定压补水。

为满足建筑的不同需求,该冰蓄冷系统可以实现以下5种工作运行模式:

1)双工况主机制冰模式:设计日负荷时,在晚23:00~7:00低谷电期间,双工况主机全力制冰;

2)融冰供冷模式:此时不开主机,冷量由融冰提供,此模式可在春秋过渡季节或冷负荷较小、优化控制期间运行;

3)双工况主机单供冷模式:在夜间未蓄冰或优化控制期间,可开启双工况主机单独供冷模式;

4)双工况主机与融冰联合供冷模式:在设计日或末端负荷较大时开启此工况为末端提供冷量;

5)系统待机模式:所有设备停止运行.

2热源

供热热源采用市政热力,一次热源为130°C/70°C,换热站设于地下3层,提供整个工程项目的空调及采暖用水。楼内二次系统参数及热量为:塔楼低区空调(含裙房)7876kW,供回水温度65°C/50°C;塔楼高区换热5365kW,供回水温度80°C/55°C;四合院空调275kW,供回水温度65°C/50°C;四合院地暖145kW,供回水温度50°C/40°C。

空调系统

1空调风系统

1.1标准层办公区部分

该建筑属于超高层建筑,塔楼办公区采用单风道变风量(VAV)系统,虽然初投资高于常规建筑空调系统,但在长期的节能运行和舒适性上要优于常规建筑空调系统。办公楼根据不同朝向和负荷特性,每层划分为4个空调区域,分别为:北外区、东外区、西外区+南外区、内区,每个区域单独设置1台空调机组,将处理后的空调送风输送到每个变风量末端送风装置,并根据室内负荷的变化调节送风量,回风采用吊顶回风。

办公楼标准层的新风通过布置在设备层的新风处理机进行集中预处理,经竖向风管输配到每个标准层的空气处理机入口端,在每个空气处理机的新风入口管段上均配设1台定风量风阀,以保证各层的最小新风量供应。

1.2商业部分

裙楼首层大堂及大空间商业部分采用一次回风双风机系统,过渡季能够实现全新风运行,充分利用自然冷源,降低能耗。小型商户以及配套办公区域采用四管制风机盘管加新风系统,过渡季可以根据需要进行冷热调节。

会所室内游泳池采用除湿热泵系统。通过热泵蒸发器,对暖湿气体进行除湿,回收热量主要用于泳池水恒温。

2空调水系统

空调水系统竖向分区是超高层建筑空调水系统设计中的重要环节,是超高层建筑明显区别于常规建筑水系统设计的具体体现,空调水系统竖向分区的合理性与否直接影响着工程的安全、节能、经济和运行管理等。综合安全性、节能性、经济性和运行管理等因素,并结合建筑特点及避难层设置,对空调水系统作竖向分区。

2.1冷冻水及采暖热水输配系统

空调及采暖热水输配系统均采用一级泵变流量系统,高区为经板式换热器换热后的二级泵变流量系统。

空调冷水系统竖向分为高区(20~44层)和低区(19层及以下)。低区冷水来自制冷机房,供回水温度为4.5°C/12.5°C;高区冷水在15层进行换热,供回水温度为5.7°C/13.7°C。高、低区水系统均为变流量水系统,竖向异程。

空调热水系统竖向分为高区(20~44层)和低区(19层及以下)。低区热水来自地下换热站,供回水温度为65°C/50°C;高区热水由地下热力站换出的80°C/55°C热水经设于15层的换热器再换热供给高区的空调使用,交换后的高区供回水温度为65°C/50°C。高、低区水系统均为变流量水系统,竖向异程。

2.2空调冷却水系统

空调冷却水进出水温度为37°C/32°C,按夏季负荷配置横流式超低噪音冷却塔,与冷水机组一对一配置。考虑到办公楼租户使用24h循环水的需要,工程分高低区设置4台横流闭式冷却塔,每个压力区2台。冷却塔设在裙房屋面。

冷却塔进水管上均装有电动阀门。冷却塔及循环管道均设有泄水阀,在停用时应将冷却塔及管道泄空。

采暖系统和机械通风系统

1采暖系统

对于人员停留时间较长的中庭等高大空间采用低温热水辐射采暖系统,用于解决冬季温度梯度过大、室内温度场不均匀而导致能源浪费的问题。塔楼40层、41层和44层采用地板对流器,可以抵消或部分补偿热/冷辐射带来的冷/热损失,提高室内的热舒适度。

2机械通风系统

同常规建筑一样,该超高层建筑内所有的设备机房、变配电室、地下车库、储藏室、卫生间、垃圾房、厨房均设有机械通风系统。

商业厨房排风系统由排风机、补风机以及厨房排风净化设备组成。厨房的废气先经净化处理,除去油烟和气味后,再由厨房排风机排至室外。考虑厨房节能运行的需要,厨房的送风机、排风机均配设变频器以满足其变频运行的需要。地下停车库为每个防火分区设置机械送风、排风(排烟)系统,排到对行人安全没有影响的区域。

防排烟系统设计

该建筑属于超高层建筑,其消防设计要求高于常规建筑,必须完全依照《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045—95)的规定进行设计,消除火灾隐患,实现超高层建筑设计的根本目标。

1楼梯间及合用前室加压送风系统

防烟楼梯间及合用前室设置加压送风系统,当有火灾事故发生时,向上述区域加压送风,使其处于正压状态(设计参数:防烟楼梯间40~50Pa,合用前室25~30Pa)。加压送风机安装于设备层(或地下室),经垂直风道及送风口送至各层楼梯间或合用前室。地上防烟楼梯间每隔2层设加压送风口,地下防烟楼梯间逐层设加压送风口,风口为自垂百叶风口;合用前室逐层设一个电动常闭加压送风口,火灾时开启本层及其上相邻层送风口。前室加压送风口均设手动就地开启装置。

2地下车库排烟系统

地下车库按建筑防火分区设置机械排风(排烟)系统,此系统与平时机械通风系统合用,排风排烟量按换气次数不少于6次/h计算,补风大于50%的排烟风量。

3地下室排烟

地下大于50m2经常有人或可燃物较多的房间设置排烟设施。负担2个及以上防烟分区的排烟系统,排烟量按最大的防烟分区面积不小于120m3/m2·h计算。

4消防(气体灭火)排风系统

地下1层配电机房等设消防气体灭火系统(兼平时排风),待气体灭火系统施放后排气,其计算排风量按5次/h换气,风机设于当前层机房内。排风系统平时为变配电机房排风,气体灭火施放后,该系统用于排除气体灭火系统的废气。

5中庭排烟系统

展厅设置机械排烟系统。因中庭体积小于17000m3,其排烟量按中庭体积6/h次换气计算,排烟风机设置于空调机房。

6内走道排烟

地下室内走道设置机械排烟系统。排烟量按最大防烟分区面积不小于120m3/m2·h计算,每个防烟分区内设排烟口。排烟风机设置于走道内和风机房内。

7办公区排烟

塔楼办公区设置机械排烟系统。排烟量按最大防烟分区面积不小于120m3/m2·h计算,每个防烟分区内设排烟口。排烟风机分区设置于设备层内。

8办公区排烟补风的控制

火灾时,开启火灾区域的排烟口及对应设置在设备层的排烟风机;开启火灾层所有空调机组中的风机、对应的设备层送风机、送风管上的电动防火阀、过渡季用新风支管上的电动风阀,同时关闭其他楼层的空调机组风机、送回风管上的电动防火阀、火灾层空调机组回风管上的电动防火阀。

9防排烟控制

火灾时加压风机、排烟风机、地下层排风(兼排烟)风机以及与之相对应的送风机均启动,其余的空调机、排风机以及冷、热源系统均停止运行。火灾时由消防中心远距离打开着火层及上一层的排烟阀并连锁风机开启进行排烟,且排烟风机入口处设280°C排烟防火阀,当烟气达到280°C时该阀关闭并连锁排烟风机停机。排烟口(阀)应按所负担防烟分区由消防中心远程或手动就地进行开启控制。火灾时开启相应防火分区内的加压设备,保证疏散通道的安全通畅,同时启动相应区域的排烟补风设备。

预期成效
金融办公和商业服务为主的超高层建筑的暖通空调系统设计,塔楼办公区采用变风量空调系统,空调水系统采用四管制、竖向分区;裙楼商业采用定风量系统,办公区域采用风机盘管加新风系统,空调水系统为四管制。
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