上海国际航运大厦空调通风系统设计

上海国际航运大厦(简称:航运大厦)位于浦东家嘴地区,浦东大道福山路口，是一座集办公、酒店客房、餐饮、文化设施等多种功能于一体的现代化综合性办公大楼。

航运大厦于1994年起设计，由加拿大TMP公司进行方案与初步设计，华东院进行初步设计调整与施工图设计，1994年10月起施工，1998年5月结构封顶，1999年底全部竣工使用。

表1 建筑概况

大厦主楼全钢结构,裙房钢筋混凝土结构。大厦设有完备的智能化系统,包括建筑设备管理自动化系统BAS,安全保卫系统SAS，消防监控系统FAS，综合布线系统及大楼设施集成管理系统BMS等。

2 冷热源系统设计

2.1 设备概要

冷水机组

离心式 冷量4570kW×2台 10000V

离心式 冷量2460kW×1台 380V

螺杆式 冷量1410kW×1台 380V

逆流式冷却塔 700m3A×2台

400m3A1×1台

300m3A1×1台

燃油/气热水锅炉 2907kW×2台

板式换热器 冷水交换 冷量1279kW×2台

热水交换 热量1628kW×1台

2112kW×1台

1895kW×1台

2.2 冷水系统

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图2 空调冷水系统

AHU空调箱 CH冷水机组 CT冷却塔 E.T膨胀水箱 DP压差旁通 HE热交换器 S分水器 R集水器 P水泵

图2为大厦冷水系统示意图,4台冷水机组(地下3层)中的2台离心机组为高压(10000V)供电,为适应低负荷需要配有1台螺杆式机组,系统极端低负荷约140kW。一次冷水系统采用大温差一级定速泵系统,水温差8.8℃(5.6～14.4℃)。因超高层水系统断压需要，30层以上二次冷水系统采用大温差一级变速泵系统(6.6～15.4℃)，一、二次水由位于29层的板式换热器进行热交换。冷却水分为两个系统,离心式机组采用8℃温差(32～40℃)，螺杆式机组采用5℃温差(32～37℃)。由于大型办公楼中的内区在冬季也需供冷，故冷却水调协热旁通，使水温不低于12℃，以保证冷水机组正常工作。在设计过程中发现，在同等制冷量、同等耗电量(即同等效率)、同等水压降下，大温差机组价格仅比常规机组(冷水7～12℃、冷却水32～37℃)贵3%，而水量却大幅度下降，冷水流量下降43%，冷却水下降37%，节省了水泵和水管系统的投资。2000年夏季，系统按大温差运行正常，达到了设计要求。

2.3 热水系统

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图3 空调热水系统

B热水锅炉 其它符号同图2

图3为大厦热水系统示意图。2台燃油/气热水锅炉位于6层,供水95℃,回水70℃,通过三组换热器与空调热水系统进行热交换,因作为二次水的空调热水系统采用一级变速泵系统,供水60℃,回水50℃。

3 空调系统设计

3.1定风量空调系统

大厅、餐厅、游泳池等大空间公共区域,设计采用定风量空调系统。由于是双风机(送、回)系统,故当室外空气焰值低于室内熔值时,可改变新风比直至全新风、全排风,达到节能及改善室内空气品质之目的。

3.2 裙房变风量空调系统

裙房内的零售商店、会议、办公等小空间,采用双风机变风量空调系统。如前述定风量系统一样,裙房变风量系统的新、排风管直接接到空调机房外窗百叶上,过渡季可全新风节能运行。空调箱内设表冷段、粗中效过滤段(比色法效率60%)。变风量末端采用串联型风机动力箱(sedfanWEed tmimls),外区末端带热水盘管(1～2排),以补偿江周边懒荷。内区来端元钱水脯,全年供路口来端风侧出口余压60～80Pa。外区平顶条缝风口沿窗布置,内区条缝风口均布,平顶回风。

变风量空调系统的设计原则是送风量随负荷变化新风量不变。然而随着系统风量风压降低,新风进口负压值必减小,为保证系统新风量不变,我们在新风管上设流量计,不论系统风量如何变化,通过新、排风调节与回风调节阀反比例自动调节,使新风量满足设定要求。该设定值可以按需要改变。

3.3标准办公层变风量空调及其新风系统

图4标准办公层表面

ES 排烟风管 ES/EA排烟、排风兼用风道 ES/OA排烟、新风兼用风管 SFD(N·C)防火排烟阀(常闭) FVC(N·O)防火 防烟阀(常开) PF·T并联式风机动力变风量末端

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标准办公层(图4)每层设1个单风机变风量空调系统,空调箱内设表冷段、粗中效过滤段(比色法效率60%)。平面分内外二区。外区变风量末端采用并联型风机动力箱(aild fan p0Wed tmh)带热水盘管(1～2排),内区设单风道变风量末端(single duct VAV.T),末端风侧出口余压60～80Pa。外区条缝风口沿窗设置,内区条缝风口均布,平顶回风。

标准层新风、排风集中处理,全年定新风量。为了确保各层新、排风量,在标准层新、排风支管上均设有定风量末端CAV.T(0点,E点),CAV.T的构造和控制原理与VAV.T完全一致,只是风量设定值由BAS按需要设置,与室温土无关。当CAV.T所测风量与设定值存在偏差时,其控制器自动调节阀补偿。新、排风CAV·T风量设定值满足下述关系：新风量设定值=排风量设定值+其他排风量(如厕所排风)。新、排风CAV·T与该层空调箱(AHU)联锁，AHU起动时，CAV·T并不随即开启，待预冷(热)运行结束后再开启，系统进入正常运行。新风空调箱和排风机均设变频装置，根据送(排)风总管内静压值自动调节系统风量，以达到节能目的。也称之为变风量新、排风集中处理系统，由于受到设备容量和风道尺寸的限制，这种系统和常用的定风量新、排风集中处理系统一样，无法实现过渡季全新风运行。

4 防排烟系统设计

4.1 防排烟系统概要(见表2)

表2 防排烟系统参数

4.2 大楼全面防排烟设计

该超高层智能化办公大楼采用全封闭固定外窗,人居空间无自然排烟条件,按《高层民用建筑设计防火规范》(简称《高规》)要求,大楼实现全面防排烟系统设计。除防烟楼梯间、合用前室、走廊、地下车库等一般常见的防排烟设计外,对于标准办公层、裙房等区域均设排烟系统。在防火分区内按≤500m2划出防烟分区,各防烟分区逐一设置排烟口并保持排烟口距该防烟分区水平最远点≤30m。有些是专用排烟系统(图4中ES),有些则是排烟、排风(或新风)兼用系统(图4中ES/EA,EA/OA),平时排风(或送风)时关闭各层防火排烟阀SFD(N.C)，打开各层防火防烟阀FVC(N.O)，火灾时按消防中心指令打开火灾层该防烟分区的SFD(N.C)，关闭各层FVC(N.O)，对火灾该防烟区排烟。排风烟机风量按最大烟分区120m3/(m2·h)配置，即可同时满足两个最大防烟区排烟。

4.3 储烟、排烟与回风

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为了平衡各房压力，变风量空调系统一般采用平顶回风，故标准层平顶上部贯通供集中回风。为了满足划分防烟分区的要求，我们采用了二级储烟的方式：在平顶上下各设二道防烟垂挡来代替隔墙以阻止烟气扩散，保证排烟效果。图5为二级储烟、排烟示意图。烟气经平顶下防烟垂挡第一级储烟后从平顶回风口进入平顶上防烟垂挡围成的第二级储烟层。该支中设有该防烟分区的排烟口，排烟口位置尽可能提高并向上开口，以提高排烟效果。可见，这种二级储烟方式既满足了防烟、储烟、排烟的要求，又不妨碍平时平顶集中回风。

裙房部分空间较高，回风管可接各防烟分区，采用一级储烟层方式(图6)。要注意的是送回风管在通过防烟分区时需加受控防火防烟阀FAD(N.O)以防烟气扩散。

4.4 电梯井正压送风系统

现行《高规》对电梯井正压送风仅作提倡，尚无规定。但电梯井内因导轨按摩发热，温度会高于有空调的电梯厅。火灾时，电梯井内热压作用常会将低部烟气吸入电梯井，再从高部压出。电梯厅一般无前保护。电梯井是烟气扩散的主要通道，已成为国内外暖通与消防界的共识。由境外设计的工程中有许多没有正压送风系统，意在用机械回压方式破坏热压作用，阻止烟气从电梯门缝隙中进入井道，并向上部扩散。据悉，上海市消防局正在编制的《高层民用建筑防排烟技术规程》已规定电梯井需设置正压送风系统。

5 空调自控设计

5.1控制概况(表3)

表3 控制要求及手段

5.2 变风量空调系统控制

航运大厦变风量空调系统有3类:①标准层VAV系统;②标准层新风/排风VAV系统;③裙房VAV系统。可归纳为5种控制。

5.2.1 区域室温控制

变风量末端控制器根据来自温感器的室温偏差值,给出风量设定值,并与来自压力无关型末端风量传感器的风量测量值比较,比例调节末端风阀,控制一次风量,以缩小室温偏差。冬季外区末端加热盘管双位温度控制。

5.2.2 定风量末端风量控制

新风/排风VAV系统定风量末端(CAV.T)的风量设定值与室内温度元关,为定值(可重新设定)。定风量末端控制器根据风量设定值与末端风量测量值之偏差,比例调节末端风阀,控制末端新(排)风量,以减小风量偏差。

5.2.3送风温度控制

VAV系统控制器根据来自温感器的送风温度偏差,比例调节冷水盘管调节阀,以减小温度偏差。当某末端达到最大设定风量或最小设定风量时,可降低或提高送风温度设定值。送风温度设定值还可以依据某种规律变化。

5.2.4系统送风量控制

变风量空调系统送风量控制方法有多种,较有代表性并实用的有:①定静压控制法,系统控制器根据设于主风道2/3处的静压传感器检测值与设定值的偏差,变频调节送风机转速,以维持风道内静压一定。②变静压控制法,利用DDC数据通讯技术，系统控制器综合各末端的阀位信号，来判断系统送风量盈亏，并变频调节送风机转速，满足末端送风量需要。 由于变静压控制法在部分负荷下风机输出静压低，末端风阀开度大、噪声低，风机节能效果好，同时又能充分保证每个末端的风量需要，航运大厦标准办公层VAV系统和裙房VAV系统均采用了这种变静压控制法。

新风(排风)VAV系统的各定风量端需与标准层办公VAV系统联锁，为简化系统，不过分依赖于数据通讯，新(排)风系统采用了较为简单的定静压控制法。

5.2.5 送回风机风量匹配控制

裙房VAV系统是双风机系统,如果送回风机风量在变化中不匹配,会使室内压力失控。航运大厦的设计思路是:与送风不同,回风因无阅门调节其阻力曲线不变,回风阻力曲线(由初调时实测)与风机转速曲线(由风机样本给出)相交,可找到转速与风量的对应关系。系统控制器可根据送风量和上述对应关系,找到回风机对应的转速。

5.3 BA系统监控

航运大厦是一幢智能化程度很高的建筑,就空调通风而言,BA系统通过数据通讯,可对冷热源、空调、通风系统的各种水温、水压、空气温度、湿度、风量、压力、风阀开度等参数进行监测和设定,可对各种设备包括冷冻机、水泵、冷却塔、空调箱、风机、变风量末端进行启停、监视与报警,大大提高了管理水平。

当然,BA系统是一个涉及面很广的复杂系统,航运大厦空调自控能否达到设计要求,还有待于BA厂商、设备厂商、施工单位的共同努力。

6 调试、使用概况

航运大厦自1999年6月开始部分技人使用,1年多来边调试边使用,目前除个别区域尚在装修外已全部投入使用。

6.1 空调通风系统的主要设备如空调箱(新晃)、水泵(ITT)、冷却塔(BAC)、风机(三矢)、变风量末端(町I)等均工作正常,基本能达到设计要求。

6.2 空调一次冷水系统、冷却水系统水温能达到设计要求,二次水系统水温偏高1~2℃,但对室温控制的影响不大。

6.3 定风量、变风量空调系统已能技人使用,室温能达到设计的要求。一直担心的VAV噪声问题、室内空气清洁度问题未出现,受到用户的好评。新风变风量系统、排风变风量系统在经过捉漏、补漏、调试后,己能达到设计要求,保证了送、排风风量平衡,对全封闭大厦至关重要的室内空气新鲜度也大为改善。

6.4 防排烟系统已通过了消防局的严格测试。

6.5 BAS系统已能监视各系统的工作状态,控制功能尚在调试中。

6.6 在对航运大厦长达6年的设计、施工、调试过程中,我们得到了不少经验和体会。

①就目前的土建施工水平以及与安装的配合体制而言,不宜使用建筑风道。

②为降低高级民用建筑的噪声,除消防用途外,宜用离心风机取代轴流、混流风机。

③为适应风系统调节、控制的需要,对防火阀、调节阀的漏风量应严格把关。

④国内BA系统扭曲的市场竞争严重制约着现代智能化办公楼空调系统的完善与发展。

⑤国内目前的工程承包体制远不能胜任复杂的现代智能化办公楼工程,亟待与国际接轨。