公寓式超高层住宅的暖通设计

刘慧园，同济大学暖通专业，深圳国际印象建筑设计有限公司上海分公司暖 通工程师。 公寓式超高层住宅的 暖通设计 ■ 刘慧园 Liu Huiyuan 【摘 要】公寓式超高层住宅已占现代城市的重要地位，彰显了在有限的地块 上造就居家生活，购物休闲，商务经济一体的模式。文中通过公寓式超高层住宅 的暖通系统中的空调机组节能选型，通风换气改善舒适度，排放烟气、保障新风 质量等进行了系统，同时对火灾已成为超高层建筑的防范措施也作了探索。 【关键词】 超高层；公寓式住宅；暖通系统；火灾防范 【Abstract】 Super high-rise apartments play an important role in modern cities nowa- days for they illuminate a mode incorporating comfortable living, shopping at leisure and business economy. The author not only carries out a systematic analysis on the aspects of selected energy-saving model of air-conditioning units, amelioration for comfortable ventilation, fume emission and guarantee for the quality of fresh air in HAVC system of super high-rise apartments, but also explores some countermeasures against the fire which has already become a hazard to super high-rise apartments. 【Keywords】super high-rise, apartment house, HAVC system, fire prevention HAVC (Heating, Ventilating and Air Conditioning) De- sign for Super High-rise Apartments 0 工程概况 新明公寓式超高层住宅位于合肥政 务文化新区，由商业超市、公寓式住宅 和西南角的商务楼三大部分组成。总建 筑面积约192 506m2，其中地上建筑面 积130 170 m2，地下建筑面积62 336 m2。新明公寓式超高层住宅的地上建筑 面积为63 000m2，总高度为118.7m， 共三十五层，一层为大堂和管理用房 等，二层为健身用房，三至三十五层为 住宅单元，东西两组每层各13套，共 858套。整体地下二层，为机动车停车 库及设备用房。 1 暖通系统的定位 随着人们对住宅环境舒适性要求的提 高，配置中央空调的住宅不断涌现。新 明公寓式超高层住宅定位高，对室内环 境要求也较高。原设想定位是一室一机 的户用空调形式，室外机安装严重影响 了建筑外立面的容貌整洁。机型和安装 方式与室内装修风格极不协调，也影响 了室内装饰设计效果。经多次论证后决 定：1至27层使用中央空调系统，三层 以上均为小户型公寓,室内机可以暗藏安 装，提高了装饰效果并节约了室内空 间；28至35层采用户用中央空调。同 时，对当地的气象与空调配置作了调研 （表 1、2 ）。 根据空调负荷计算，夏季总冷负荷 材料设备 2009.07/住宅科技技49 为7 800kW，平均单位面积冷负荷： 124W/m2；冬季热负荷为6 000kW，平 均单位面积冷负荷：95W/m2。 2 空调系统的选型 根据新明公寓式超高层住宅建筑结构 的特征，有2种空调可选：一种采用 传统的离心冷水机组中央空调系统；另 一种为水环热泵型机组中央空调系统。 2.1传统离心冷水机组 根据新明公寓式超高层住宅的空调负 荷，一般选取2台离心冷水机组作为冷 源。但采用离心冷水机组有以下问： ①离心冷水机组需要机房，占地面积 大，不经济；②冷水机组要定期进行维 护和保养，每年的设备维护保养成本较 高；③传统型的中央空调，要按面积分 摊电费，容易引起纠纷；④若采用分户 计量设备，投资较大且管理维护复杂。 2 .2水环热泵型机组 新明公寓式超高层住宅的空调冷热源 系统分为上下两个独立区域：1～27层 采用水环热泵型机组空调系统，28～35 层采用户用中央空调系统（小型变频一 拖多中央空调）。空调系统有以下特 点 ： 2.1节能与舒适 水环热泵型机组采用水冷却方式， 效率高，电耗低，并能实现能量的平 衡，达到节能目的。水循环系统的水温 在16～30℃之间，过渡季节时的节能显 著，无需使用冷却塔或市政供汽，是当 前较环保型的空调机组系统。空调系统 以两管制改变了传统冷水机组空调系统 的四管制才能实现的制冷采暖功能，用 户根据需要选择制冷或采暖，提高了人 体的舒适性。水循环系统的水温为常 温，无需作大面积保温工程，降低了投 资和施工周期。安装水循环系统后,用户 可分期投资购买设备,个别机组可按需要 安装到室内。日常的维护费用低，使用 寿命可长达15年以上。之外，节省了 专用机房、锅炉房的占地与设备成本。 2.2计量与控制 水环热泵型机组空调可与用户电表连 接，用户根据使用空调的耗量多少交纳 运行费用。水环热泵型机组空调系统中 每台机组均可独立操作控制，用户可在 室内独立操作调节。由于空调系统水温 较恒定，机组运行可靠性高，即使某台 机组发生故障也不会影响其他用户，甚 至可以现场整机维修,空调系统还弥补了 空气源热泵冬季除霜、制热的困难。水 环热泵型机组空调系统的控制装置较 少，水路主体为冷却水、冷凝水系统， 水路的配置简单，对超高层住宅暖通的 设计、施工、使用、维护都带来了方 便 。 3 空调系统的组合设计 3.1 1～27层空调系统 （1）水环热泵空调系统是通过双 管封闭的水环路将各水—空气热泵机组 并联起来。热泵机组将系统中的循环水 作为吸热的热源或排热的热汇，主要特 点在于跟踪负荷能力强，随时调整运行 状况，实现建筑内部的热量回收。为了维 持空调系统水循环水温在一定范围内， 水环热泵型及机组系统内设置辅助加热 和冷却装置。新民公寓式超高层住宅的 空调系统采用冷却塔和空气源热水机组 作为辅助冷热源。供冷时，热量从用户室 内排向循环水系统；供热时，用户室内的 空气从循环水系统中吸取热量。当制冷 机组向循环水排放的热量与同时工作的 制热机组从水系统吸收的热量相当时， 空调系统无需加热和冷却，从而实现了 热量的回收和平衡。当排放的热量大于 吸收的热量时，循环水系统温度升高，到 达一定值后，需启动辅助冷却设备；反 之，当吸收的热量大于排放的热量时，启 动加热设备向水系统补充热量。 （2）空调系统通过冷却塔、板式换热 器、空气源热水机组以市政供汽热源作 为提供水环热泵的辅助冷热水。 根据表3 的空调负荷计算，采用2台3 600kW水- 水板式换热器及两台850m3/h冷却塔提 供空调用冷水，冷却塔供回水温度为 32～37℃，空调用冷水供回水温度为 33.5～38.5℃。冷却塔与循环水之间通 过板式换热器进行换热。空调水管采用 同程式连接，立管布置在走道的管井内。 采用10台制热量为203kW空气源热水机 组辅以2台1 800kW汽-水板式换热器 及市政蒸汽提供冬季热水，需0.4MPa, 150℃的蒸汽6.2t/h，冬季空调用热水供 回水温度为20/15℃。 （3）空调系统配置相应两用一备制 的冷水泵、冷却泵，设备机房设在地下一 层制冷机房内，冷却塔和空气源热水机 组设置在西南角商务楼屋顶上。水系统 采用两管制，用平衡阀平衡系统水量 （图 1 ）。 （4）一二层是大堂和健身层，室内采 用一对一或一对多的分体水环热泵加全 热交换器，水环热泵压缩机放置在各层 区域空调机房内。而三～二十七层采用 一对一分体水环热泵加全热交换器系统， 水环热泵压缩机吊装在套内卫生间上空 （图2）。其中四层局部空调通风（图3）， 水环热泵机组水管连接（图4）。内机吊装 在房间走廊上方吊顶内，送回风方式为 侧送下回（图5）。这种布置方式简洁、紧 凑，并提高了室内的美观度和舒适性，并 表1 当地气象参数 夏季 冬季 干球温度 干球温度 35℃ -7℃ 湿球温度 相对湿度 28.2℃ 7 5 % 表2 空调配置参数 房间名称 公寓式住宅 夏季 冬季 新风量标准 /m3(h·人)-1 30 噪声标准 /dB 50 温度/℃ 26 相对湿度/% 60 温度/℃ 20 相对湿度/% ≥40 50技住宅科技/2009.07 材料设备 图1 公寓式住宅水环热泵系统图 图2 水环热泵压缩机吊装在套内卫生间上空 图3 公寓式住宅四层空调平面图 图4 水环热泵机组水管连接示意图 图5 内机吊装在房间走廊上方吊顶内 将噪声隔离在卫生间内，不影响室内居 住休息。 3.2 28～35层空调系统 根据空调负荷计算，采用16台空调 室外机，单台制冷量：1 0 1 k W，制热 量：113kW，冷媒为R410A。各单元 设置室内机，每层分为二个独立系统， 各系统室内机通过串联接至室外机，室 外机设置在该建筑屋顶上。 4 通风设计 一二层公共建筑部分采用全热交换器 来采取新风和进行室内排风。三层以上 住宅的在卫生间设置全热交换器对室内 新风和卫生间排风进行换热。新风按 100m3/户、排风按80m3/户计算。在卫 生间内设置进风竖井和排风竖井。通过 竖井由屋顶的风机统一进行送、排风，且 进、排风口在同侧时，排风口高于进风 口6 m。居住室内设置新排风系统，提 高了室内空气质量和舒适度，而且全热 交换器同时回收排风空气热能中的湿热 和潜热。 5 防烟设计 新明公寓式超高层住宅的防烟楼梯间 及前室、合用前室设置机械加压送风系 材料设备 2009.07/住宅科技技51 统，上下二段分别送。加压风机分别设 在住宅屋顶及住宅三层花园内。 6 排烟设计 超高层住宅按消防采用自然排烟 方式，开窗面积及开启方式应符合消防 规范的要求。住宅楼层上的中庭都按消 防规范采用自然排烟方式，开窗面积及 开启方式符合消防规范的要求。地下汽 车库设置机械排烟系统，按6h-1设计排 烟量，并按规范设置火灾时专用补风风 机或利用车道自然补风。 所有的风管穿越防火分区和机房隔 墙、楼板均安装防火阀。所有空调风 管、水管及保温材料均采用符合消防安 全要求的难燃或不燃材料。 之外,在超高层住宅建筑的防火设计 中除常规做法外应特别注意以下问题： (1)消防电梯前室（合用前室）、防 烟楼梯间的防烟设计是重中之重。当烟 气无阻拦时，只需1min左右就可以扩散 到几十层高的大楼。烟气的流动速度大 大超过了人群的疏散速度。楼梯间、电 梯井及各种竖向管井是超高层住宅建筑 火灾垂直方向蔓延的重要途径，容易形 成“烟囱效应”。而楼梯间及其前室或 合用前室是火灾时人员临时避难、疏散 的场所，消防电梯间及其前室是消防队 员进入高层建筑灭火的主要通道。为了 阻止烟气进入这些部位或排出这些部位 的烟气，保证人员安全疏散和扑救，不 论有无条件开启外窗进行自然排烟，均 应设计机械加压送风系统，其外墙上设 置的窗应为固定窗。 (2)除卫生间和小于5m2的房间外， 所有房间均应设火灾自动报警系统，除 厨房选用感温探测器，其它房间应选用 感烟探测器。 (3)防烟楼梯间及其前室内严禁敷设 可燃气体管道，如燃气管道。 (4)防烟楼梯间及前室（合用前室）、 为防烟楼梯间自然排烟的阳台、凹廊内 不应设有可燃物。 7 结语 集中配置机组型中央空调系统的高层 住宅较少，而这类设置了水环热泵的公 寓式超高层住宅更为少见。因此，在新 明公寓式超高层住宅的设计过程中结合 该类建筑的特点，并以节能减排为标 准，选择合理的暖通空调系统，以满足 居住对室内环境的质量需求。其次，高 层建筑防火已成为世界共同关注的焦 点，尤其是超高层住宅建筑一旦发生火 灾时，主要依靠内部消防设施在第一时 间扑灭火灾，而一旦火势蔓延成灾后， 扑灭救援难度将成倍地增长。对此，公 寓式超高层住宅在暖通系统设计 时，就应全面、谨慎地考虑防火的设 计 。 　　（收稿日期：2009-04-02） 52技住宅科技/2009.07 材料设备