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，购物休闲空调板换与热水循环交换故障， 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分析， 同时对火灾已成为超高层建筑的防范措施也做了探索。 树上鸟教育暖通设计在线教学杜老师。

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 336m 2 。 新明公寓式超高层住宅的地上建筑面积为 63 000m2， 总高度为 1 1 8 . 7 m ，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。

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； 2 8 至 3 5 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， 夏季总冷负荷为 7 8 0 0 k W ， 平均单位面积冷负荷：124W/m 2； 冬季热负荷为 6 000kW ， 平均单位面积冷负荷： 9 5 W / m 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 种空调方案可选： 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。

（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题：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）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 ～ 2 7 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 ：

（3）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 1 5 年以上。 之外， 节省了专用机房、 锅炉房的占地与设备成本。

（4）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 。

空调系统的组合设计

（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3 2 ～ 3 7 ℃， 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 . 4 M P a ,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， 并将噪声隔离在卫生间内， 不影响室内居住休息。

（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： 1 1 3 k W ， 冷媒为 R 4 1 0 A 。 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。

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 。

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 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。

排烟设计

超高层住宅按消防规范采用自然排烟方式， 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、 疏散的场所空调板换与热水循环交换故障， 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 5 m 2 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。

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规划暖通系统设计时， 就应全面、 谨慎地考虑防火的设计 。 #暖通#

超高层空调水系统设计要点分析