超高层建筑空调水系统竖向分区研究

竖向分区进行深入研究是非常重要和有意义的。国 外特别是 美 国 和 日 本 在 此 方 面 已 进 行 了 一 定 的 研
２ 设 备 和 管 道 系 统 承 压 对 已 建 成 工 程 案 例 所 做 的 调 研 结 果 表 明 ，由 于
究［２－３］，虽然从公开的文献资料中尚未查阅到３００ ｍ 承压能力选择的依据不同，不同工程中设备和管道
１．０，１．６，２．０，２．５，４．０ ＭＰａ ０．２５，０．６，１．０，１．６，２．０，２．５，４．０，５．０ ＭＰａ及以上
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暖通空调 ＨＶ＆ＡＣ ２０１４年ຫໍສະໝຸດ Baidu４４卷第５期
超高层建筑暖通空调设计
表 ２ 不 同 厂 商 产 品 承 压 调 研 结 果
调研的厂家数量
承 压 规 格／ＭＰａ
备 注
冷水机组
是否合理，将会对工程的安全性、节能性、经济性和 运行管理等方面具有综合优势。因此，设备和管道
运行管理等产生重大的影响。目前国内相关规范和 系统承压能力的选择和如何充分利用设备和管道
技术措施对空调水系统竖向分区尚无具体规定，设 系统承压能力，尽 量 减 少 竖 向 分 区，便 成 为 影 响 空
计人员对此缺乏清晰的认识。因此，对空调水系统 调水系统竖向分区的主要因素。
超 高 层 建 筑 的 飞 速 发 展 ，给 勘 察 设 计 行 业 包 括
图 １ 全 球 最 高 ２０ 栋 建 筑 的 地 区 分 布 ［１］
① ☆ 张铁辉，男，１９６４年 １１ 月 生，大 学，教 授 级 高 级 工 程 师 ，副 总 工程师 １０００４５ 北京市南礼 士 路 ６２ 号 北 京 市 建 筑 设 计 研 究 院 有 限 公司 （０１０）８８０４３１４３ Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｔｈ６４＠１２６．ｃｏｍ
关键词 超高层建筑 空调水系统 竖向分区 管道承压 设备承压
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｚｏｎｉｎｇ ｏｆ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｓｕｐｅｒ ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ
Ｂｙ Ｚｈａｎｇ Ｔｉｅｈｕｉ★ ａｎｄ Ｚｈａｏ Ｗｅｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｚｏｎｉｎｇ ｏｆ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｔｈｉｒｔｙ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｆｒｏｍ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｔｅｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ，ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｍａｊｏｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ｐｉｐｅｓ ａｎｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｗｅｎｔｙ ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｃｌａｓｓｉｆｉｅｓ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｆｏｒｍｓ ｏｆ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｚｏｎｉｎｇ ｉｎ ｔｙｐｉｃａｌ ｓｕｐｅｒ ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｂｙ ｐｒｏｊｅｃｔ ｃａｓｅｓ，ｏｂｔａｉｎｓ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｚｏｎｉｎｇ ｏｆ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｓｕｐｅｒ ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｅｉｇｈｔｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｓｕｐｅｒ ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ，ｖｅｒｔｉｃａｌ ｚｏｎｉｎｇ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
★ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ
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暖通空调 ＨＶ＆ＡＣ ２０１４年第４４卷第５期
超高层建筑空调水系统竖向分区研究
北京市建筑设计研究院有限公司 张铁辉☆ 赵 伟
摘要 设备和管道系统的承压能力是影响空调水系统竖向分区的主要因素。通过对国内 外３０余项规范标准及１０多个厂商产品参数的调研，分析了空调系统主要设 备、管 道 及 连 接 方 式的承压能力；结合２０个工程案例，对 国 内 外 在 建 和 建 成 的 典 型 超 高 层 建 筑 空 调 水 系 统 形 式 和竖向分区方法进行了归类总结；基于理论与工程案例分析，得出了超高层建筑 空 调 水 系 统 竖 向分区原则和不同高度超高层建筑水系统竖向分区方案。
知识产权的工程案例中得到体现。本文在总结前人 工作的基础上，基于理论与工程案例，分析研究超高
２．１ 设 备 （含 阀 门 ）的 承 压 表１中是目前产品标准对冷热源和末端设备
层建筑空调水系统竖向分区方法。
及 阀 门 的 承 压 或 压 力 试 验 规 定。 除 ＧＢ／Ｔ
１ 影 响 空 调 水 系 统 竖 向 分 区 的 主 要 因 素 随 着 建 筑 高 度 的 不 断 增 加 ，空 调 水 系 统 工 作 压
①
０ 引 言 截至２０１３年底，全球 已 建 成 的 超 过 ３００ ｍ 的
超高层建筑 约 ８５ 栋；超 过 ２００ ｍ 的 约 ８７０ 栋；仅 ２０１２年初到２０１３年底，全球建成的超过 ３００ ｍ 的 超高层 建 筑 约 ３０ 栋；超 过 ２００ ｍ 的 约 １８０ 栋 。 ［１］ ２０世 纪，我 国 的 超 高 层 建 筑 非 常 少，１９９０ 年 超 过 ２００ｍ 的建筑仅有５栋；进入２１ 世纪，超高层建筑 在 我 国 得 到 了 蓬 勃 发 展 ，到 ２０１１ 年 底 ，全 国 已 建 成 的２００ ｍ 以 上 的 超 高 层 建 筑 有 ２３０ 栋，其 中 ２０１１ 年全年就建 成 了 ２３ 栋。 目 前，我 国 在 建 的 ２００ ｍ 以 上 的 超 高 层 建 筑 达 ２３０ 栋 ，远 远 超 过 了 世 界 上 任 何一个国家 。 ［１］ 截 至 ２０１２ 年，在 全 球 已 建 成 的 高 度排名前２０ 名 的 超 高 层 建 筑 中，我 国 占 了 ５０％， 到 ２０２０ 年，这 一 比 例 预 计 将 增 加 到 ６０％ （见 图 １）［１］。
ＪＢ／Ｔ ９０６４—１９９９《盘 管 耐 压 试 验 与 密 封 性 检 查 》 ＧＢ／Ｔ １４２９６—２００８《空 气 冷 却 器 与 空 气 加 热 器 》
水 侧 在 １．５ 倍 设 计 压 力 下 进 行 压 力 试 验 水 侧 在 １．５ 倍 设 计 压 力 下 进 行 压 力 试 验
ＧＢ／Ｔ ８４６４—２００８《铁 制 和 铜 制 螺 纹 连 接 阀 门 》 ＧＢ １３９２７—１９９２《通 用 阀 门 压 力 试 验 》
Ｔ４７５０ 中 液 压 试 验 方 法 进 行 检 验
ＧＢ／Ｔ １８４３１—２００１《蒸 汽 和 热 水 型 溴 化 锂 吸 收 式 冷 水 机 组 》 ＧＢ／Ｔ １８３６２—２００８《直 燃 型 溴 化 锂 吸 收 式 冷 （温 ）水 机 组 》
机 组 水 侧 在 １．２５ 倍 设 计 压 力 下 进 行 压 力 试 验 机 组 水 侧 在 １．２５ 倍 设 计 压 力 下 进 行 压 力 试 验
ＮＢ／Ｔ ４７００４—２００９《板 式 热 交 换 器 》 ＧＢ／Ｔ ３１６６—２００４《热 水 锅 炉 参 数 系 列 》
机 组 水 侧 在 不 小 于 １．３ 倍 设 计 压 力 下 进 行 压 力 试 验 出水压力等级０．４～２．５ ＭＰａ，共１１挡
ＧＢ／Ｔ １９２３２—２００３《风 机 盘 管 机 组 》
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１．０，１．６，２．０，２．５，３．０ 承压２．５ ＭＰａ及以上为非标产品
空调机组
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１．６（１．７５）
除一家企业的产品承压为１．７５ ＭＰａ外，其余企业产品的承压均为１．６ ＭＰａ
１９２３２—２００３《风 机 盘 管 机 组 》标 准 明 确 规 定 了 承 压 要求外，其余设备 标 准 对 设 备 承 压 没 有 明 确 规 定，
力也逐渐 增 大，为 解 决 设 备 和 管 道 系 统 高 承 压 问 仅给出了设计 压 力 下 压 力 试 验 的 相 关 要 求。 设 备
题，可采用设置板式换热器竖向分区或选择高承压 常用压力系列值见表２。从表 ２ 中 可 知，风 机 盘 管
进 行 研 讨 与 分 析 ，具 有 非 常 重 要 的 意 义 。
循环泵，冷水温度 和 末 端 设 备 换 热 面 积 不 变，与 竖
空调水系统竖向分区是超高层建筑空调设计中 向分区方案相比，投 资 和 能 耗 降 低，能 源 利 用 效 率
一个非常关键和重要的环节，空调水系统竖向分区 提高，运 行 管 理 简 单，在 安 全 性、节 能 性、经 济 性 和
经 换 热 设 备 梯 级 换 热 后 温 度 升 高 ，能 源 利 用 效 率 降 低，末端设备换热 面 积 增 大，投 资 和 能 耗 亦 随 之 增 加 ，运 行 管 理 复 杂 。 当 采 用 高 承 压 设 备 和 管 道 系 统
３．０ ＭＰａ；板式换热机组的最大承压和水泵最 大 工 作压力均为２．５ ＭＰａ。阀门的承压规格最多，设计 时根据系统的工作压力选取即可。
设备和管道系 统 方 案。 当 采 用 设 置 板 式 换 热 器 竖 机组的最大承压为 １．６ ＭＰａ，与 标 准 要 求 一 致；空
向分区方案时，虽 然 系 统 工 作 压 力 较 低，但 由 于 中 调机组的最大承压为１．６ ＭＰａ；常规冷水机组的最
间换热设备和分区循环泵增多，从冷源供出的冷水 大承 压 为 ２．０ ＭＰａ，经 过 特 殊 设 计 后，可 以 达 到
冷热源 末端设备 阀门
表 １ 设 备 承 压 或 压 力 试 验 规 定
标准名称
承压或压力试验规定
ＧＢ／Ｔ １８４３０．１—２００７《蒸气压缩循环冷 水（热 泵）机 组 第 １ 部 分： 机组水 侧 在 １．２５ 倍 设 计 压 力 （液 压 ）下，按 照 ＪＢ／
工 业 或 商 业 用 及 类 似 用 途 的 冷 水 （热 泵 ）机 组 》
收 稿 日 期 ：２０１４－０２－２７ 修 回 日 期 ：２０１４－０３－１０
２０１４（５）
张 铁 辉 ，等 ：超 高 层 建 筑 空 调 水 系 统 竖 向 分 区 研 究
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暖通专业在内的各专业都带来了许多新问题，对这 方案时，虽然系统 工 作 压 力 较 高，设 备 和 管 道 系 统
些问题进行深入研究，特别是对其中关键技术问题 投资有所增大，但由于节省了中间换热设备和分区
以上超高层建筑空调水系统竖向分区方法，但其设 系统的承压多种多样。因此，有必要通过对现行国
计理念已在工程案例中有所体现。随着我国超高层 内外规范标准及产品参数的调研，分析设备和管道
建筑的蓬勃发展，国内此方面的研究工作也有了一 系统承压能力，为确定超高层建筑空调水系统竖向
定的进展，其成果已在文献资料［４－７］和一些拥有自主 分区原则提供依据。
机组水侧在１．６ ＭＰａ压力下能正常运行，且无渗漏
ＪＢ／Ｔ ９０６６—１９９９《柜 式 风 机 盘 管 机 组 》
９８０ｋＰａ压力、８０ ℃的热水下能正常工作
４９０ｋＰａ压力、２００ ℃的蒸汽下能正常工作
ＧＢ／Ｔ １４２９４—２００８《组 合 式 空 调 机 组 》
水 侧 在 １．５ 倍 设 计 压 力 下 进 行 压 力 试 验