夏热冬冷地区某超高层建筑暖通空调系统设计.pdf
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1、夏热冬冷地区某超高层建筑暖通空调系统设计姚喻晨(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海)摘要:本文以长三角地区某超高层建筑的空调及通风设计为例,通过方案比选确定了系统形式。分别就冷热源设计、空调风系统、空调水系统、通风系统、卫生防疫等方面进行了说明。结合地区气候特征,通过合理配置系统,确立运行工况,在保证系统运行高效稳定的情况下,达到节能降耗的目的。关键词:夏热冬冷地区;超高层建筑;冷热源;暖通空调;竖向分区姚喻晨,男,年生,硕士研究生,工程师 上海市杨浦区四平路 号 :收稿日期:工程概况某超高层建筑综合体位于长三角地区,属于夏热冬冷气候,该建筑是集办公、商业、住宅、文化等于一体的超高层
2、建筑。该地块由塔楼和裙房组成,地上部分裙房层,建筑高度 ,塔楼 层,建筑高度 ,总建筑面积 。地上层为商业部分,层屋面局部设置商业,层为办公部分,其中设置个避难层,分别位于 层和 层,兼顾避难层和设备层功能。该项目商业部分采用两管制水系统,办公部分采用四管制水系统,本文主要针对办公部分暖通空调系统设计进行探讨。气候条件分析中国地 域 辽 阔,各 地 区 气 候 差 异 巨 大。民用建筑热工设计规范 根据累年最冷月和最热月平均气温等,将我国划分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区个一级区划气候区。夏热冬冷地区主要分布在我国中部和东部,该区域覆盖的省市众多,独特的地理区位优势
3、造就了该区域经济发展迅速、人口居住密度大的显著特征。该项目地处长三角地区,该地区土地面积约占全国总面积的 ,年末常住人口占全国总人口的 ,创造了全国经济总量的 。长三角地区凭借良好的经济基础、优渥的区位优势和政策优势,具备高密度的人口居住和活跃经济活动的特征,该地区 年竣工建筑总面积占到了全国的 左右。该地区典型建筑的技术研究,具有较强的示范性和参考价值,在低碳发展的大趋势下,建筑领域的技术进步也必将对未来建筑的发展方向起到引导和示范作用。不同气候区热工指标的差异,在设计过程中要求的原则也有所区别。夏热冬冷地区建筑热工区划指标如表所示,在设计过程中首先必须满足夏季防热、通风需求,并适当兼顾冬季
4、防寒需求。表夏热冬冷地区建筑热工区划指标一级区划名称主要指标辅助指标最冷月平均气温 ,最热月平均气温 ,日平均气温的天数日平均气温 的天数 夏热冬冷地区 ,设计参数及负荷计算对该项目进行负荷计算,室外气象参数见表。办公区域空调房间室内设计参数见表。经专业软件计算,空调负荷计算结果见表。表室外气象参数大气压力 空调计算干球温度空调计算湿球温度空调计算相对湿度供暖室外计算温度通风室外计算温度平均风速()夏季 冬季 表室内设计参数夏季冬季人员密度新风指标照明功率 设备功率 允许声室内风速()温度相对湿度温度相对湿度(人)(人)()()级噪声夏季冬季办公 电梯厅 门厅 卫生间 表办公区域空调负荷计算结
5、果空调面积总冷负荷总冷指标()总热负荷总热指标()塔楼办公 方案比选该项目涉及多个地块,结合实际情况,为便于后期管理和维护,其商业部分与相邻地块商业部分共用冷热源,办公部分冷热源单独设置。项目所处地区无集中冷源和市政热暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷源接入,需独立设置冷源和热源。据此设置了种配置方案,配置方式与其优劣分析如表所示。表办公区域空调配置方式比选冷热源电制冷水冷机组燃气真空热水机组空气源热泵冷热水机组变频多联式空调室外机风系统大堂等大空间采用全空气系统;办公等小型单独空间采用风机盘管新风系统()大堂等大空间采用全空气系统;办公等小型单独空间采用风机盘管新风系统()大堂等大空间采用全空
6、气系统;办公等小型单独空间采用变频多联式空调室内机新风系统()水系统外区四管制冷热水;内区两管制冷水外区两管制冷热水;内区两管制冷热水直膨式含氟制冷剂相关配置地下室设置制冷机房及锅炉房;锅炉烟囱高处排放;屋面摆放冷却塔屋面设置空气源热泵摆放区域;屋面空气源热泵摆放区附近设置水系统机房屋面处设置室外机摆放位置优点 系统的管道较小,有利于塔楼净高,且相比于变风量系统,机房面积可减少一半;四管制冷热水可满足办公内外区同时供冷供热的需求;冷却塔可满足冬季“免费供冷”的节能要求 系统的管道较小,有利于塔楼净高,且相比于变风量系统,机房面积可减少一半;相比于水冷冷水机组冷却塔燃气锅炉的冷热源方案,节省机房
7、面积相比于水系统,较大幅度减小机房面积及相关辅助系统的复杂度;系统的管道较小,有利于塔楼净高;系统灵活分散,开启时间多元缺点冷热源系统较为复杂,需占用较大机房面积;锅炉烟囱直升屋面;系统的舒适度不如系统;系统集中度高,对运维管理要求较高较难安全可靠地同时供冷供热;空气源热泵机组冬季效率偏低,极端天气下制热效果较难保证;相比于冷水机组,效率偏低;系 统 的 舒 适 度 不 如系统要求同时供冷供热区域需采用同时冷暖机组,初投资有所提高;受系统高度限制,避难层需较大面积室外机平台,需在幕墙上设置通风格栅,室外机需设导风帽,对避难层层高要求高;系统的舒适度不如系统考虑办公后期为业主自持或整体租赁,结合
8、夏热冬冷地区气候条件,选择电制冷冷水机组燃气真空热水机组方案,预留一套 租户冷却水系统,各层预留冷却水接口,可供后期改造升级使用。集中设置冷热源,便于物业统一管理。该项目裙房屋面设有大量商业,综合景观及屋面美化考虑,裙房屋面设备区面积有限,需有限满足裙房餐饮设备需求。塔楼避难层及塔楼屋面空间有限,同时考虑夏热冬冷地区在冬季可能出现极端天气的影响,为保证系统运行稳定性和运行效果,选择此方案是较为合理、高效的。冷热源设计办公部分选用台变频离心式冷水机组作为空调冷源,冷水供回水温度为 ,冷却水进出水温度为 。配套选用台冷水泵、台冷却水泵,均为三用一备,冷水机组及水泵均置于制冷机房内。选用台开式冷却塔
9、,冷却塔置于塔楼屋面,与水泵连锁控制。在 层空调水处理机房中,设置台冷却水二次换热板式换热器,冷却塔侧进出水温度为 。通过冷却水二次换热,将冷却水系统分为两段,各段设备承压可满足 设计压力,降低了各段回路的水压,在保证系统安全的前提下,有效解决了冷却塔置于塔楼屋面时系统中设备承压问题,同时降低了系统输送能耗。集中空调系统中,在冬季和过渡季节(室外空气湿球温度低于)时利用冷却塔作为空调冷源,实现“免费”供冷,“免费”冷负荷按照总冷负荷的 左右计算。制冷机房内设置台“免费冷”板式换热器,冷源侧供回水温度为,负荷侧供回水温度为 ,并根据室外温度和室内运行情况适时调整运行策略。“免费”供冷运行时,采用
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