南京青奥中心超高层塔楼空调通风系统设计

郭友明，柏文（深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司南京分公司，江苏南京210017）

南京青奥中心超高层塔楼空调通风系统设计

郭友明，柏文
（深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司南京分公司，江苏南京210017）

针对南京青奥中心超高层塔楼的空调通风系统设计，着重阐述了冷热源，空调水系统分区，主要区域空调风系统，通风及防排烟系统的设计思路及做法。介绍了大温差、热回收、全新风运行等技术在该项目中的应用。

超高层；冷热源；水系统分区；空调风系统；防排烟

0 引言

超高层建筑层数多、功能复杂、空调能耗大、火灾危险性大，对空调和通风系统设计提出了更高要求。南京青奥中心项目含两栋超高层建筑，以下介绍该项目空调通风系统的主要设计思路、方法和心得体会。

1 工程概况

南京青奥中心是2014年南京青奥会重点配套项目之一，总建筑面积约48万m2，由会议中心及两栋超高层塔楼组成，以下主要介绍超高层塔楼。两栋超高层塔楼总建筑面积约28.66万m2，其中A塔地上共58层，高255.20m，B塔地上共68层，高314.5m，两塔共用五层裙房，裙房高27.5m，地下三层，最低-13.2m。地下室主要用作车库、设备用房、后勤配套等，裙房主要用作大堂、餐厅、多功能厅、厨房、健身、泳池等。A塔6-10层、12-25层、27-40层为会议酒店客房，42-51层、53-55层为酒店式公寓，56层为咖啡厅和茶座，11、26、41、52、57层为避难层或设备层，58层为机房层。B塔6-10层、12-24层、27-35层为办公，37-40层为五星级酒店餐饮、空中大堂，42-56层、58-60层为五星级酒店客房，61-63层为五星级酒店泳池、康体，64～65层为五星级酒店V IP客房、总统套房，66层为观光层，11、25、26、36、41、57、67层为避难层或设备层，68层为机房层。项目实景如图1所示。

图1 超高层塔楼实景图

2 设计参数

2.1 室外设计参数

室外设计参数按项目设计时执行的规范G B50019-2003[1]取值，主要参数见表1。

表1 室外设计参数

表2 主要空间室内设计参数

表3 各区域空调冷、热负荷

2.2 室内设计参数

主要空间室内设计参数见表2。

3 空调冷热源及空调水系统设计

3.1 主冷热源系统

各区域空调冷、热负荷见表3。

按青奥城整体规划，青奥城内设区域能源中心，可为包括青奥中心在内的各单体建筑提供空调冷热源。能源中心可为该项目夏季提供6℃/12.5℃的空调冷水，冬季提供85℃/60℃的空调热水，并常年提供0.6MP a的饱和蒸汽。能源中心以电厂余热蒸汽为能源，具有良好的节能减排效果，并具有改善区域景观、集中管理、节省机房等优点。因此该项目优先采用能源中心提供的冷热源。

按使用管理要求，冷热源分区设置。B塔五星级酒店，应酒店管理公司要求，冷源单独设置，在地下室设五星级酒店制冷站，采用电制冷机组，五星级酒店夏季冷负荷为4800k W，选用四台单机制冷量1229k W的水冷螺杆式冷水机组，空调冷水设计供回水温度为6℃/12.5℃，配四台开式逆流式冷却塔，冷却水进出水温度为32℃/37℃。因欠缺设置锅炉房的条件，经酒店管理公司同意，五星级酒店热源采用能源中心提供的蒸汽，在避难层设换热机房，采用汽-水板式换热器，提供60℃/50℃的热水。

其余区域均采用能源中心提供的空调冷热水，通过水-水板式换热机组，将能源中心提供的冷热水交换成7℃/13.5℃的空调冷水和60℃/50℃的空调热水。

3.2 辅助冷热源系统

地下室、裙房、办公及会议酒店过渡季节冷，热负荷分别为9600k W、4320k W。相应设辅助制冷站和辅助换热站。辅助冷源采用电制冷机组，选择三台单机制冷量为2814的水冷离心式冷水机组和一台制冷量为1439k W的水冷螺杆式冷水机组。设计冷水供回水温度为6℃/12.5℃，配四台开式逆流式冷却塔，冷却水进出水温度为32℃/37℃。辅助热源采用能源中心提供的蒸汽，设汽-水板式换热器，提供60℃/50℃的热水。五星级酒店过渡季节与夏季制冷合用冷源，与冬季制热合用热源。

3.3 空调水系统分区及设计

空调水系统分区是超高层空调设计的关键，关系到空调系统的安全性、节能性和经济性。分区过少，会使得单个系统高度过大，造成管道和设备承压过大，不仅选型困难，造价增加，且增加了运行安全隐患；但如分区过多，势必增加中间换热次数，造成能源利用效率降低，末端设备选型增大。研究表明，每增加一级换热，供冷效率下降20%左右，末端装置换热面积加大20%[2]。且末端供水温度随换热级数逐级升高，除湿能力下降。因此必须根据避难层、设备层的位置，充分考虑设备及管道的承压能力，尽量减少中间换热次数。风机盘管和空调机组最大承压为1.6MP a，冷水机组可承压2.0MP a，特殊设计后可达到3.0MP a，板式换热机组和水泵最大承压可达2.5MP a[3]。

最终分区方案:A塔1-25层为低区（含地下室及裙房），26-58层为中区；B塔6-25层为办公低区，26-35层为办公中区，36-41层为酒店中区，42～68层为酒店高区。

图2、图3分别为A塔（含裙房和地下室）和B塔空调冷热源及空调水系统分区示意图。为使图面表达清晰，除必要的季节切换阀门外，空调水系统其余阀门均未表示。标记为A的阀门表示夏季开、冬季及过渡季节季节关；标记为B的阀门表示冬季开、夏季及过渡季节季节关；标记为C的阀门表示夏季及过渡季节开、冬季关；标记为D的阀门表示冬季及过渡季节开、夏季关。设于地下室的辅助制冷站、辅助换热站、五星级酒店制冷站、避难层五星级酒店换热机房主要设备前文已有介绍，其流程较简单，图中未表示。一次冷、热水侧的定压在能源中心解决。

A塔中区空调冷热水板换、立管及阀门部件，B塔高区空调冷水板换、立管及阀门部件按承压2.5MP a选型，其余设备、管道及阀门部件均按承压1.6MP a选型。

图2 A塔空调水系统分区示意图

3.4 蒸汽系统

A塔空调热交换间、生活热水热交换间和B塔厨房、空调热交换间、生活热水热交换间、泳池设备机房、裙房和地下室厨房、洗衣房、泳池设备机房等有蒸汽需求，能源中心提供的0.6MP a饱和蒸汽供至各用汽点后，分别在末端减至所需压力。

3.5 其它

电梯机房等需不间断运行场所单独设空调，采用变制冷剂流量多联机空调系统。

B塔6-36层办公，考虑用户将有网络机房等散热需求，设冷却水系统，采用两台闭式冷却塔，单台可提供32℃/37℃的冷却水60m3/h，冷却水需求点和各处需求量在设计阶段并不明确，冷却水立管安装到位，每层预留三通，用户可根据自身需求接驳。

地下厨房设水冷式冷库，配闭式冷却塔两台。单台可提供32℃/37℃冷却水150m3/h。

图3 B塔空调水系统分区示意图

图4 B塔61层泳池空调设计示意图

4 空调风系统设计

4.1 酒店大堂

五星级酒店大堂从一层到五层，高度达27.5m，顶部为玻璃天窗，四周有大面积玻璃幕墙，空调负荷较大。由于气流热浮升作用，热量将聚集在大堂顶部，在冬季，如气流组织设计不当，即便送风量和供热量足够，人员活动区也可能难以达到设计温度，而在夏季，顶部聚集的热空气将增大向人员活动区以辐射和对流方式转移的冷负荷。设计采用分层空调，仅对人员活动区域进行空调，与全室空调相比，可有效降低设备容量，设计时空调设备供冷量按大堂全室冷负荷的70%考虑。在顶部设机械排风，夏季将顶部滞留热量及时排出，排风量不能过大，否则将对空调区气流起卷吸作用，反会增大空调负荷，参考《实用供热空调设计手册》[4]，以一层

（5.000）以上为非空调区，按非空调区换气次数3次/h计算排风量。大堂主要出入口采用旋转门，且设门斗，次要出入口设热风幕，减小冬季冷风侵入。在5m左右高度设喷口送风，喷口选型确保冬季送风气流能到达最远区域，回风口设于大堂底部，避免加剧冬季热气流上升。

4.2 游泳池因池水蒸发，泳池区空气湿度大，一方面影响舒适度，另一方面使泳池区的墙壁，玻璃等冷表面易结露，该工程在裙房五层和B塔61-66层设有两个泳池，均采用泳池专用除湿型热泵机组，这种机组内置一个制冷循环，室内热湿空气先经过蒸发盘管降温除湿，再经过内置制冷循环的冷凝盘管或辅助加热盘管，等湿加热后送入房间，内置制冷循环的冷凝盘管不需要提供空气加热或加热量有剩余时，可以通过池水冷凝器回收热量，或通过辅助冷凝器排出，辅助冷凝器可以是水冷或风冷，该工程通风百叶设置较为困难，采用水冷形式。泳池区设地面辐射供暖系统。对于B塔61-66层泳池，由于其高度大，泳池顶部全部为玻璃幕墙，在大楼顶部另设一台空调机组，在泳池顶部送风，送风气流直吹玻璃幕墙，同时在泳池下方设备夹层内沿幕墙周围均匀布置数台风机盘管，采用条形风口从泳池地面高度紧贴幕墙向上送风，夏季可以隔断玻璃幕墙向室内的传热，使得幕墙附近不至于温度过高，冬季可对玻璃幕墙起到加热的作用，避免表面结露。61层泳池空调设计示意如图4所示。

4.3 其余区域

其余区域空调风系统设计为:多功能厅、餐厅等面积较大的房间采用低速全空气系统，包间、客房等面积较小的房间采用风机盘管+新风空调系统。B塔办公采用风机盘管+新风空调系统，便于后期根据出租单元划分灵活调整空调末端。

5 通风及防排烟系统设计

5.1 消防排烟系统

超高层建筑受室外风压影响大，因此除裙房个别房间外，均不采用自然排烟。塔楼排烟系统根据避难层位置，并按竖向不超过100m且不超过32层的原则进行分段。裙房、地下室房间及内走道、中庭、车库等按规范要求设排烟及补风，不再赘述。

5.2 加压送风系统

该项目所有防烟楼梯间，合用前室，消防电梯前室均设机械加压送风。塔楼核心筒内楼梯间加压送风系统以避难层为界进行分段，合用前室加压送风系统按竖向不超过100m且不超过32层的原则进行分段。此外，塔楼避难区按规范设机械加压送风。

超高层建筑设多个避难层，每个避难层都可能设有排烟出风口或加压送风进风口，在通风百叶设计时，需统一考虑，避免同一方向下方避难层设有排烟出风口，而上方避难层设有加压送风进风口的情况。

5.3 厨房

该项目设有办公楼员工餐厅厨房、酒店中心厨房、酒店特色厨房等多个厨房。厨房均设事故排风系统，排风量按热加工区体积换气次数12次/h计算，采用防爆型风机，风机与燃气泄漏报警系统联动。厨房还设有机械进风系统和岗位送风系统，岗位送风经冷热盘管处理后，送至厨房内操作人员位置。厨房排油烟风机风压的确定，除了要考虑油烟的粘滞系数大于空气外，还要特别注意采用的油烟净化设备的阻力。

6 空调通风系统其它设计要点

6.1 大温差设计

超高层建筑空调水系统输送距离大，适当加大供回水温差，有利减少输送能耗。该项目空调末端侧设计供回水温度7℃/13.5℃，温差6.5℃，按水泵功率与流量的三次方成正比的理论，相比常规空调系统供回水温差为5℃，可节省输送能耗约45%。

6.2 热回收

该项目酒店客房以及公寓的新风在避难层空调机房内进行处理，再通过竖井送至各层，而卫生间排风通过竖井在避难层收集后排出，具有应有热回收系统的良好条件，采用带冷热盘管的转轮式全热回收新风处理机组，室外新风经过滤后，通过转轮，与排风进行热交换，换热之后的新风再经过冷热盘管的处理，达到送风状态。全热回收焓效率在60%以上，可节约新风能耗60%左右。A塔会议酒店客房及公寓计算新风量110000m3/h，B塔五星级酒店计算新风量34000m3/h，可节约新风能耗约1100k W。

6.3 全新风运行

过渡季节室内外温差较小，围护结构负荷较小，但对酒店多功能厅、餐厅等场所，由于照明、人员以及食物等散热，还存在较大的室内负荷需消除，如能引入室外新风作为免费冷源，就可减少过渡季节制冷设备的开启。鉴于此，多功能厅、餐厅等采用全空气系统的场所，在新风口和新风管设计时，均考虑全新风运行的要求，对于多功能厅等相对密闭的场所，设置排风系统，以保证过渡季节全新风运行时室内处于微正压。

6.4 冷却塔设置

五星级酒店冷源、辅助冷源设有开式冷却塔，办公网络机房、厨房设有闭式冷却塔，冷却塔的设置既要考虑塔体对室外景观的影响，以及噪声、漂水对附近房间的影响，又要考虑冷却塔通风散热的要求。该项目建筑方案在裙房屋面设计有造型，不允许放置大型设备，原考虑冷却塔设于裙房屋面北侧一块设备平台，后因地下室及裙房厨房使用的大量排油烟风机设于此平台，油烟的排放势必影响冷却塔的通风散热，最终将冷却塔设于建筑物西侧景观带内，出于美观考虑，景观设计对冷却塔进行了遮挡，但仍需满足冷却塔的运行要求，要求冷却塔顶部无任何遮挡，四周的遮挡需采用通风百叶，且距离冷却塔距离2m以上，高度不能高于冷却塔。

7 结语

该项目建筑面积大，设计难度大，要求高，笔者有幸全程参与施工图设计、装修配合及施工配合，体会如下:

该项目空间复杂，立面造型不规则，传统二维手段难以满足精确设计的要求，在复杂空间机电系统设计、机电管线综合以及裙房外墙通风百叶设计等工作中，利用了R E V I T软件，起到直观形象的作用，大大提高了设计效率和准确性。

现代化大型公共建筑，尤其是五星级酒店，装修要求高，装修要求常与暖通风口或风管冲突，装修配合设计时需把握各类风口的特点，满足气流组织的基本要求，风管配合装修调整时不宜在主风管上设过多的上下翻弯，不宜为了增加吊顶高度将风管的宽高比做的过大，风机盘管不宜从吊顶回风，此外，应考虑吊顶内阀门、设备的检修口。

五星级酒店管理公司一般有自己的机电设计要求，尤其境外管理公司，部分暖通空调设计标准可能较高，这就要求在设计之前明确设计要求，避免后期要求无法达到而要付出较大返工代价。

[1]G B50019-2003，采暖通风与空气调节设计规范[S].北京:中国计划出版社，2004.

[2]王丽.烟台某超高层建筑空调设计[J].制冷与空调，2015，29（3）:283-285.

[3]张铁辉，赵伟.超高层建筑空调水系统竖向分区研究[J].暖通空调，2014，44（5）:2-9.

[4]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].2版.北京:中国建筑工业出版社，2008.

Air Conditioning and Ventilation System Design for the Super High-rise Building of Nanjing Youth Olympic Center

GUO You-ming，BAI Wen
（Shenzhen Huasen Architectural&Engineering Designing Consultants Ltd Nanjing Branch，Nanjing 210017，China）

Air con d itionin g an d v entilation s y s tem d e s i g n f or t h e s u p er h i gh-ri s e b uil d in g o f N an j in g yout h O lym p ic center i s intro d uce d.D e s i g n i d ea s an d mea s ure s o f h eatin g an d coolin g s ource，w ater s y s tem z onin g f or air con d itionin g，v entilation an d s mo k e control s y s tem s f or t h e main area s are f ocu s e d on.L ar g e tem p erature d i ff erence，h eat reco v ery an d all f re sh air s u pp ly u s in g in t h i s b uil d in g are b rie f ly intro d uce d.

s u p er h i gh-ri s e b uil d in g；h eatin g an d coolin g s ource；w ater s y s tem z onin g；v entilation；s mo k e control s y s tem s

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.03.019

T U83

B

2095-3429（2017）03-0075-05

2017-04-14

修回日期：2017-05-27

郭友明（1985-），男，江西萍乡人，硕士，工程师，主要从事暖通空调系统设计及研究。