深圳维沃大厦空调设计

焦磊杰

Air conditioning design for Shenzhen vivo Building

Jiao Leijie

TONGJI ARCHITECTS Co.,Ltd. SHENZHEN,Shenzhen 51800,China

【摘要】本文结合建筑特点和使用功能，分别从冷源、水系统设计及分区、空调风系统及风量平衡设计等方面介绍了本工程的空调通风设计，并结合BIM模型和CFD模拟分析，对空调设计方案、管线综合排布以及室内空调气流组织方案进行了优化。通过空调设计与多种新技术的协作，为BIM技术和室内CFD模拟在暖通空调设计中的运用提供了参考。

Abstract: This article introduces the air conditioning and ventilation design of the project from the aspects of cold source, water system design and zoning, air conditioning and air flow balance design, etc., based on the characteristics and functional use of the building. Combined with BIM models and CFD simulation analysis, the air conditioning design scheme, comprehensive pipeline layout, and indoor air conditioning airflow organization scheme are optimized. The collaboration between air conditioning design and various new technologies provides a reference for the application of BIM technology and indoor CFD simulation in HVAC design.

【关键词】冰蓄冷；变风量系统；风量平衡；BIM技术；CFD模拟

Keywords: Ice storage; Variable air volume system; Air volume balance; BIM technology; CFD simulation

0引言

随着经济的发展，越来越多的国内企业已经走出国门与世界接轨，它们为全球各个国家和地区提供了优质产品的同时，也树立了良好的品牌形象。对于企业而言，一座高端低能耗的企业总部大楼无疑是企业最好的名片。暖通空调系统作为建筑全生命周期中能源消耗占比最多的系统之一，合理的设计方案对节能减排起着至关重要的作用。

1建筑概况

1.1建筑概况：

本工程位于广东省深圳市，总建设用地面积为8142.43m2，总建筑面积约13.28万平方米，总高度149.2米。主要功能为办公、商业。地上共32层，包含2个避难层（11层和22层），地下5层；-1层~6层为商业，7层以上为办公，-2层~-5层为汽车库及设备房。项目绿建目标定位为国家二星，LEED金级。

2 空调冷源

2.1冷负荷计算：

各区域的逐时冷负荷结果如下：

类别	空调区域建筑面积 ㎡	空调面积 ㎡	冷负荷 kW	单位面积冷负荷 W/㎡（建筑面积）	单位面积冷负荷 W/㎡（空调面积）
数据	99768	73427	13237	135	180

2.2冷源：

本项目的制冷系统采用冷机上游串联蓄冰系统。全天冷负荷45811RTH，日间（7:00—23:00）冷负荷38225RTH,蓄冰量为10600RTH，约占日间总负荷的28%。

冷源系统共设置5台冷水机组，其中制冷量3283kW（950USRT）(空调) /2338kW（675USRT）(制冰)双工况离心式冷水机组2台，制冷量3164kW（900USRT）水冷离心式冷水机组2台（一用一备）。选用超低噪声横流4台，冷却塔按深圳市湿球温度增加1度（28.5℃）进行选型。选用换热量为6680KW的乙二醇-水板式换热器2台，一次侧进出水温度为5/10℃，二次侧进出水温度为6/11℃；冷水机组、蓄冰槽 、乙二醇-水板式换热器和水泵设置在地下五层冷冻机房，冷却塔安装在塔楼屋顶。

蓄冰主机和蓄冰槽以串联方式连接，乙二醇供回液温度设定为10℃/5℃（总供回液温差5℃）。联合供冷模式下，乙二醇回液先经双工况主机降温3.0℃，再经蓄冰槽降温2.0℃，负荷侧空调冷冻水供回水温为6℃/11℃。

3 空调水系统

中央空调冷冻水系统采用一次泵变流量系统。

3.1冷冻水系统分区

地下室中央空调冷冻水系统共分三路，分别是：地下室（B4~F1)、裙房、办公塔楼低区(F1-F21)、办公塔楼中高区(F22-F32)。为降低空调水系统承压，冷冻水系统在B5冷冻机房和塔楼二十二层分别设置板式换热器作，板式换热器一次侧进出水温度为6/11℃，二次侧进出水温度为7/12℃；其中地下室（B4~B1)由B5冷冻机房板式换热器换热后提供，供回水温度为7℃/12℃；裙房、办公塔楼低区(F1-F21)冷冻水由地下五层制冷主机房的分集水器直供，供回水温度为6℃/11℃；办公塔楼高区(F23-F32)冷冻水经二十二层板式换热器换热后提供，供回水温度为7℃/12℃。空调水系统采用异程两管制设计。

3.2冷冻水系统各分区承压

各冷冻水系统竖向分区最大承压分别为：低区（B4-B1)0.6MPa；中区（F1-F21)2.0MPa；高区（F23-F32)1.0MPa。

3.3冷却水系统

双工况制冷机组（空调工况）及常规制冷机组的冷却水设计供回水温度均为 32/37℃，双工况制冷机组（制冰工况）冷却水设计供回水温度为30/33.7℃。冷却塔摆放在塔楼屋顶，为满足冷却塔的通风需求，在屋顶幕墙三个方位，低位设置1.5m高的进风百叶。

4 空调风系统[2]

4.1裙房商业空调通风系统

大堂、旗舰店、多功能厅等公共区域采用两管制全空气定风量空调系统；各零售和餐饮商铺采用风机盘管＋新风系统，同时在塔楼核心筒设置餐饮排油烟井，通至塔楼屋面，集中处理，达标后排放。

4.2塔楼空调通风系统

塔楼办公层采用两管制全空气变风量空调系统+预处理新风系统，每层设置2台组合式空调机组，空调送风管出机房后绕核心筒环形连接，并在交接处设置电动开关风阀（常闭），当其中1台空调机组故障时，开启风阀，可通过另1台空调机组提供空调送风，从而提高了系统的可靠性；

新风处理机组设置在避难层，室外新风经集中预冷处理后，由竖向风管送至各办公标准层的空调机组新风入口，各层新风量采用定风量系统，并在各层新风支管设置风量调节阀。各变风量末端均设置最小新风量的控制措施，以保证空调新风量不随房间负荷的减少而不足，从而影响到室内的空气品质。

空调回风经吊顶上的装饰风口和吊顶内隔墙处的通风短管转送至与之相邻的公共区域，通过吊顶内设置的总回风口集中回风（回风管上设置消声器）。

为尽可能减少楼层风井面积占比，除排油烟系统外，其他风井均利用避难层进行分段，通过避难层分别设置新风机、排风机的方式来减小风井面积；以本项目新风、排风系统为例，原理图如图1所示：

图1 新风、排风系统原理图

4.3塔楼通风系统风量平衡

根据规范要求，舒适性空调区与室外压差宜取5~10Pa[1],为使楼层内风量达到平衡状态且保持微正压，首先需明确楼层进入和排出的气体类型。楼层排出的气体为公共区域排风和卫生间排风；进入楼层的气体为新风；根据计算，通过控制新风、排风风量比在1.1~1.2之间，可使室内空调区域与室外保持微正压。

风量平衡计算公式：

1.1≤ = ≤1.2

可通过此公式计算出各楼层公共区域排风量，从而作为楼层排风系统的计算依据；当过渡季节时（本项目过渡季节新风量按55%的空调机组风量设计），公式中的楼层总新风量为过渡季节楼层总新风量，可通过此公式计算出各楼层公共区域过渡季节排风量。

5 BIM技术的应用

为减少传统工程项目粗放式管理造成的资源浪费，越来越多的工程建设企业要求全阶段使用BIM技术对设计、施工进行指导，通过模型搭建优化设计方案，避免错漏碰缺的出现，并且已有部分地区政府主管部门在建设规划许可阶段就对新建、改建和扩建项目做出提交BIM模型的要求；

5.1优化重要机房及设备层管线布置

本项目制冷机房、避难层等区域，空间紧凑、管线排布密集，受层高限制，部分管线交叉区域净高难以控制，通过建模，可以直观的看到管线、设备及阀门等的具体位置，从而判断其是否满足安装、检修需求以及是否有优化空间。

5.2通过优化设计方案，确定最优净高

本项目标准层采用全空气VAV空调系统，末端装置、通风支管及风口较多，排布复杂。通过建模及管综调整，巧妙利用梁格空间，安装变风量末端装置；通过软硬风管结合布置，减少设备管线对净高的影响，达到最优净高。

5.3综合管线碰撞检查

    通过全专业三维模型的碰撞检查，在设计阶段对综合管线进行调整，避免施工过程中成本的浪费。

6 CFD模拟技术的应用

CFD模拟是一种模拟仿真技术，在暖通空调工程中，主要用于模拟预测室内外的空气或其他工质流体的流动情况，与传统方法相比，CFD计算快速、还原度高，具有明显优势。本工程运用CFD技术，综合考虑了幕墙内外空气的流速、温度、热辐射、幕墙热工特性、室内空调末端设计参数等因素对室内热环境的影响，对中庭等高大空间区域进行气流组织分析研究，辅助优化空调末端设计，以达到空调区舒适性的要求。

模拟条件：环境因素和空调参数按照实际进行设置，人员短期逗留区域的空调供冷工况室内设计参数宜比长期逗留区域提高1℃~2℃，风速不宜大于0.5m/s。以本项目三层中庭为例，中庭区域同时存在人员长期逗留和短期逗留活动的类型，本项目按人员短期逗留区域空调供冷工况下评估，建议风速不宜大于0.5m/s。人员长期逗留区域的空调室内设计参数，参见下表[1]：

使用以上参数建立CFD模型，模拟位置及模拟结果（风速场和温度场分布），如图2、图3、图4所示：

图2 三层中庭区域（左下阴影部分）

图3 风速场平面图（1.5米人行高度）及剖面图

图4 温度场平面图（1.5米人行高度）及剖面图

模拟结果：1、三层中庭区域人行高度1.5米处，平均风速为0.395m/s，整体超出供冷工况下二级舒适度风速要求；2、该处温度分布均匀，整体平均温度为23.12℃，低于一级舒适度的温度范围，有轻微冷感。

通过以上结果得出如下优化建议：可通过减少侧球型喷口送风量的方式，降低其出风口风速，提高整体平均温度，从而提升舒适度等级。

7 结语

随着科技和信息技术水平的不断提高，可用于辅助暖通空调设计的手段也越来越多。在实际工程中，要善于运用BIM、CFD模拟等技术手段，发现问题、解决问题，从而使暖通空调设计方案更加合理，系统运行更加节能。

参考文献

【1】中国建筑科学研究院.民用建筑供热通风与空气调节设计规范：GB50736-2012[J].北京：中国建筑工业出版社，2012：6+44

【2】关文吉.供热通风空调设计手册[M].北京：中国建材工业出版社，2016:683-688

作者简介：焦磊杰，1991年03月生，男，汉，河南南阳人，本科，工程师，从事暖通空调设计与研究