深交所技术中心机房空调冷冻水保障.doc

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1、深交所技术中心机房空调冷冻水保障泛华建设集团有限公司深圳设计分公司 陈京凤 摘要：本文详细介绍了深圳证券交易广场的空调水系统设计。针对深圳证券交易广场各部门的多样化的用冷特点，尤其是技术中心机房的全年不间断的用冷特点，设计了合理的冷源设备配备；设备选型原则、备用原则明确、合理，满足了多样化、不间断的要求。关键词：超高综合楼、冰蓄冷、蓄冰量、设备选型、备用原则1 工程概况1.1工程的自然概况本工程位于深圳市福田区中心区,是深圳证券交易所兴建的综合性办公大楼，全称为深圳证券交易广场。总建筑面积 m2 , 总建筑高度：237.1m，地上共46层，地下共3层。其中16层为建筑塔楼下部，79层为抬升裙楼

2、，1046层为塔楼上部。本工程消防建筑分类为一类超高综合楼。建筑外形独特，如左图（悬挑部分为79层）：建筑用途：地下13层为汽车库、设备用房；地下3层局部为战时人防二等人员掩蔽所。地上1层为深交所自用入口大堂及配套商业服务设施；2层为出租办公区大堂；3层为物业管理办公室；46层为深交所技术中心机房；79层为深交所营运、办公区，其中8层设国际会议大厅、上市大厅、讲堂、教室、中国证券典藏专区、证券市场博览区、礼品展示区等等；10层为员工食堂；1143层为办公，其中16、32为避难层兼设备转换层，33层设厨房；4446为高级会所，其中44层设厨房。标准层层高4.35m，避难层层高8.7m。1.2工程

3、的空调设计概况设计范围为空调、采暖、通风、防排烟设计、人防通风设计。设集中空调的范围 ：地下各层电梯等候厅和地上除避难层以外的全部楼层。其中47层深交所技术中心机房的恒温恒湿空调由甲方另行委托专业公司 IBM设计，由冷冻机房提供冷冻水。设冬季空调供热的范围：11-14层高管办公区、89层档案和典藏、4446层会所。本工程空调总面积约为 m2。根据空调冷负荷特点，空调冷源分A、B两个独立系统。A系统为全年供冷，总冷负荷2752RT，总装机容量2700RT； B系统仅夏季供冷，为蓄冰系统，总冷负荷4415RT，总装机容量3350RT，蓄冰设备总蓄冰量18120RTh。根据空调热负荷特点，空调热源设

4、两个风冷涡旋式热泵机组系统，提供热水，与供冷系统共用末端。空调末端采用多种组合形式：有全空气定风量系统、变风量系统、变风量风柜+单风道节流型VAV系统、变风量风柜+风机动力型VAV系统、新风+风机盘管系统、新风+水冷式恒温恒湿机系统等等。2 设计参数本工程是超高的大型综合建筑，针对建筑的功能多样化，空调要求多样化，空调设计计算参数选取是否准确合理，对整个空调系统的后续设计产生重大影响。 2.1空调室内设计参数高管办公区、楼顶会所夏季供冷，冬季供暖，房间温度夏季25C，冬季20C； 技术中心机房全年不间断供冷，室内温度2224C；其它仅夏季供冷房间温度夏季26C；相对湿度均为自然湿度。2.2空调

5、新风量计算参数区域用途人员密度（平方米/人）新风量（立方米/时.人）区域用途人员密度（平方米/人）新风量（立方米/时.人）高管办公区1530大堂1010楼顶会所1530接待1020出租办公室1030餐厅1.520会议室/培训与教研中心320商业2.520媒体采访/制作1030酒店每房2人50国际会议500人20空中花园1010多媒体教室380人20活动中心1050展示厅/上市大厅200人20咖啡厅1010博览区2030技术中心/研究实验室2030档案库2030数据机房/开发机房/测试机房/数据备份2020典藏专库2030注：1、餐厅就餐时段的同时就餐人数：10层分2批，每批500人；34层分3

6、批，每批250人；44层、46层分1批，每批100人/层。2、人员密度均按空调房间的面积计算。2.3冷负荷设计参数 用途照明负荷（W/）设备负荷（W/）人员负荷（W/人） 用途照明负荷（W/）设备负荷（W/）人员负荷（W/人）显热负荷潜热负荷显热负荷潜热负荷高管办公区15407555大堂、接待12207555楼顶会所15207555商业15857555出租办公室18257555餐厅15358080会议室1157555酒店15257555国际会议室15207555空中花园12207555展示厅/上市大厅15857555技术中心办公15407555培训与教研中心15357555活动中心153521

7、0315媒体采访/制作15407555咖啡13208080档案库7207555活动中心1535210315典藏专库15257555博览区15357555技术中心机房根据 IBM要求，总冷量需求4790KW注：面积均按空调房间的面积计算。3 空调水系统设计3.1空调冷负荷：位置冷负荷RT（KW）整座大楼7167RT(25155KW)04/F07/F技术中心机房（24小时供冷）1365RT(4790KW)出租办公区域内的数据机房（24小时供冷）872RT(3062KW)其它24小时供冷区域515RT(1808KW)其他区域(夜间不供冷)4415RT(15495KW)3.2冷源：根据空调负荷特点，为

8、了确保深交所技术中心机房空调冷冻水的供应，空调冷源分A、B两个系统设置。3.2.1冷冻机房：设于地下三层，制冷机房面积1239m2，机房跨地下二、三层，总高8.6m，在地下二、三层处设结构的框架梁，根据消防性能化试验报告和深圳消防部门的审批意见，为一个防火分区；另设2个蓄冰间，每个约800m2，层高4.6m。3.2.2 冷源设备选型原则：3.2.2.1冷水机组的备用原则为N+0；选型原则如下：（1）A系统的冷负荷均为稳定的工艺性负荷，故制冷主机根据总冷负荷进行选型及台数；相对深交所技术中心机房而言，相当于备用为N+1。（2）B系统主机根据逐项逐时的冷负荷计算的综合最大值确定系统的总设计负荷 ，

9、不再附加。（3）B系统主机结合B系统的负荷特点，确定为N大一小的机组组合形式选择主机型号。小主机制冷量为500RT。（4）B系统为减小总的主机装机容量，采用部分冰蓄冷系统。蓄冰量原则是根据白天冷冻机始终高效运行并且保证冷冻水温度稳定在 5/12的原则确定。冷冻主机运行温度 5.5/10.5。3.2.2.2冷却塔的备用原则为N+0；选型原则如下：（1）所有冷却塔的排热量应满足制冷主机的要求，并留有1525%的余量(指制冷主机的空调工况) 的原则进行选型，与主机一对一匹配。本工程采用方形离心风机型强风逆流式钢制冷却塔。（2）B系统冷却塔按主机夜间制冰要求核算。由于深圳的气候特点，夜间湿球温度并不下

10、降，且持续时间长，经核算，满足制冰要求的冷却塔余量达到25%。3.2.2.3水泵、乙二醇泵的备用原则为N+1；选型按流量=1.051.1Q ； 扬程=1.1H进行。3.2.2.4末段管路的管径根据采暖通风与空气调节设计规范(GB500192003)第6.2.15条考虑冷冻水通过水泵、水管、水箱的温升引起的冷负荷，B系统的末端设备(板式换热器)和末端管道(分水器、集水器后的管道)，根据逐项逐时的冷负荷计算的综合最大值15495KW，附加水泵、管道温升冷负荷后按16300KW进行设计。3.2.2.5板式换热器考虑备用和一定的余量，按下列原则选择每台板式换热器型号。（1）板式换热器台数大于等于3台时

11、，q=0.75Q/N-1 ( N为台数，Q为总设计换热量，q=单台换热量)（2）板式换热器台数等于2台时，q=0.75Qx1.1/N-1 ( N为台数，Q为总设计换热量，q=单台换热量)（3）板式换热器换热温差： A系统高区：T=2；B系统高区T=1，冷冻机房T=1.5。3.2.2.6钢制蓄冰盘管按下列原则选型：（1）钢制蓄冰盘管按选定的双工况制冷主机夜间8h满负荷工作的总制冰量进行设计选型。（2） 钢制蓄冰盘管总量=1.051.1全部双工况制冷主机夜间每小时制冰量X8h。3.2.3 A制冷系统A制冷系统服务于深交所技术中心机房、出租办公区域内的数据机房和其它需24小时供冷区域，总冷负荷275

12、2RT,选用3台900RT单工况水冷离心式冷水机组，提供7/12C的冷冻水。A系统所有制冷设备（冷水机组、变频冷冻泵、冷却泵、冷却塔等）由柴油发电机全额提供备用电源。A系统末端用户侧的低区冷冻水供/回水温度为 7/ 12C；高区供/回水温度为9/14C。地下3层16层为低区，17层以上为高区。转输设备放置在16层，膨胀水箱放置低区在17层，高区在屋顶层。A系统末端用户侧的下列末端由柴油发电机提供备用电源：47层技术中心机房整层、地下二层16层的弱电井、地下一层的程控机房。A系统柴油发电机供电时，必须保证可以启动3台主机中的任意2台，并保证其满负荷正常运行和由柴油发电机提供备用电源的所有末端正常

13、满负荷运行。3.2.4 B制冷系统（1）深圳供电局目前对于非居民用户的电价是峰谷平三段收费政策；因冰蓄冷制冷系统对电网的移峰填谷作用，供电部门为鼓励用户使用冰蓄冷系统，提供冰蓄冷的优惠电价，峰谷电价差值可达到4：1；冰蓄冷系统在运行中可大大降低供电峰段的耗电量，从而减少运行费用，同时增加系统运行的可靠性，也提高运行管理的经济性，因此本工程采用部分负荷冰蓄冷制冷系统。（2）B系统冰蓄冷工作原理采用串联-内融冰式-主机上游-单泵系统，乙二醇循环泵采用变频泵。冰蓄冷系统实现四种工况即蓄冰工况、主机和冰盘管联合供冷工况、主机单独供冷工况、冰盘管单独供冷工况；其中蓄冰工况为夜间电价谷段时储冰，主机和冰盘

14、管联合供冷工况、主机单独供冷工况、冰盘管单独供冷工况为末端供冷。但本设计主机单独供冷工况无法保证末端设备所需的全部负荷和温度，因此只能作为极端情况下的一种备用补救措施；冰盘管单独供冷工况主要用于过渡季节；空调季节应以主机和冰盘管联合供冷工况为主。其原理如图：（3）B系统服务于除A系统外的其他区域，尖峰冷负荷4415RT，选用3台950RT、1台500RT 双工况水冷离心式冷水机组，在夜间制冰，蓄冰设备总蓄冰量约18120RTh。蓄冰设备设于地下三层和地下二层的蓄冰间内。双工况主机载冷剂为25%(质量比)抑制性乙烯乙二醇溶液。末端负荷高峰时段采用融冰供冷和主机联合供冷的方式，抑制性乙烯乙二醇溶液

15、供/回液温度为3.5/ 10.5C。蓄冰设备采用25台BAC钢制蓄冰盘管TSU-761M型。（4）B系统末端用户侧的低区冷冻水供/回水温度为 5/ 12C；高区供/回水温度为6/ 13C。地下3层16层为低区，17层以上为高区。转输设备放置在16层，膨胀水箱低区放置在17层，高区放置在屋顶层。用户侧的冷冻泵均采用变频泵。（5） B系统为A系统备用的最小储冰量将维持在技术中心15分钟的需冷量水平，为保证在任何情况下确保A系统用冷，与其有关的乙二醇泵、冷冻水泵等由柴油发电机提供备用电源。（6）B系统逐时冷负荷 ：设计日每小时负荷(KW)时间负荷时间负荷时间负荷时间负荷KW RTKW RTKW RT

16、KWRT0:3000 6:303255927 12:30151224308 18:30127123622 1:3000 7:303419974 13:3015495441519:30129693695 2:3000 8:3036481039 14:3014657417620:3070171999 3:3000 9:30130463717 15:3013746391621:3060821733 4:3000 10:30137423915 16:3013974398122:3060531725 5:3000 11:30140574005 17:3013052371923:302885822 合计4

17、8379制冷机标定制冷量计算 q=Q/(n1+n2.Cf)其中q：制冷机标定制冷量 RTQ：系统逐时冷负荷之和 RThn1：制冷机白天工作时间 h n1=9 (9h是与甲方协商而确定的)Cf:为主机制冰的效率，Cf =0.67(特灵950RT主机厂家提供参数)n2：制冷机夜间工作时间 h n2=83.2.5 A、B制冷系统的备用关系（1) A系统内部以技术中心为重点保障，其冷负荷1365RT(4790KW)。A系统设有3台主机，而技术中心采用2台900RT主机即可保障；当一台发生故障，可采取减去A系统中与技术中心无关的负荷确保技术中心的措施，相当于A系统内部设有一台主机备用。（2) B系统为A

18、系统的技术中心提供冷冻水备用。B系统作为A系统的冷源备用系统(仅为技术中心提供冷源备用)；B系统与A系统采用末端备用方式，在各末端均采用人工或自动转换；B系统在冷冻机房的分集水器上设有为保障技术中心负荷的备用专用环路；此环路分、集水器上设电动开关阀，平时关闭，在A系统不能运行时，手动或电动切换打开此环路为技术中心供冷；此专用环路立管与技术中心A系统的供回水环路立管在技术中心46层布置在同一竖向管井内，从各自立管接出水平干管后加电动阀，两套系统管路合并后再接至末端环管。（3） 在 B系统为 A系统的供冷的同时，必须减掉 B系统所负担的负荷约5000KW，以确保技术中心用冷。（4）由于冷水主机在停

19、机后，重新启动，有510分钟的保护时间，为了确保A系统运行的可靠性，B系统蓄冰盘管的最小储冰量将维持在技术中心15分钟的需冷量水平。这一原则，将在系统运行时通过管理手段贯彻执行。3.3水系统管道布置3.3.1 冷却水管道：（1）由于本工程是按照绿色建筑标准进行设计，采用雨水回收处理后作为冷却水的补水。给排水专业为冷却塔补水专设了补水泵。为配合补水泵的启动，A、B系统分别设置了冷却塔水位水箱，水箱上带液位开关控制补水泵的启动。冷却塔水位水箱水位与冷却塔运行水位线保持一致。（2）冷却塔布置在地下二层的冷却塔间内，标高由-11.25m到-0.80m，冷冻机房的标高由-14.25m到-5.65m。必须

20、防止系统运行停止时冷却塔返水，在布置冷却水管路时，管路的最高点必须控制在冷却塔运行水位线以下；为此，由冷冻机房至冷却塔间的管道，在地下三层的结构地梁下设置了一条3x2.4(高)m的地沟，地沟底板标高-18.95m。（3）由于冷却塔的型号有差异，同一系统中各个冷却塔必须保持统一的运行水位线，在施工中通过冷却塔基础的高低进行调整。为了冬季水温过低情况下，主机能够顺利启动，A、B两个系统冷却水管道有连通，A、B系统的冷却塔必须保持同样高度的运行水位线。（4）冷却水回路上设全自动全程水处理器，自动排污、测压、反冲洗。3.3.2冬季冷却水温度控制：（1）通常冷水机组启动的冷却水温不能过低，各大品牌主机要

21、求约15，而深圳冬季最低冷水温度约12。为保证冬季模式下冷水机组均能顺利启动，利用A系统常年不间断运行的优势，设置了三套旁通管路，旁通管路正常运行时关闭，仅在冬季冷却水温过低时打开进行混水，提高水温，启动主机，待主机正常启动后再关闭旁通。旁通管的设置，要分别考虑A系统正常运行内部水温过低、B系统正常运行内部水温过低、A系统正常运行需启动B系统的主机启动三种情况，尤其是后一种B系统的主机启动，应在运行管理时严格控制，减少对A系统正常运行的影响。（2）A系统由于长年不间断运行，冷却水供水温度低于冷水机组启动温度设定点的情况，在深圳的气候条件下较少发生；当发生冷却水供水温度低于设定点时，打开并调节A

22、系统的冷却水管上旁通管的电动阀a，进行混水，以提高冷却水供水温度，保证冷却水供水温度高于设定点，以防止主机处冷却水温度过低。当A系统正常运行，其冷却水供水温度仍低于设定点需混水提高水温时，B系统不允许启动。（3）由于B系统在冬季是间歇运行(仅夜间制冰)，当冬季模式下冷却水供水温度低于设定点，蓄冰系统仍需启动时，首先打开A系统的冷却水管上旁通管的电动阀a，再打开B系统与A系统的冷却水管上连通管的电动阀c和d，进行混水，以提高冷却水供水温度，保证冷却水供水温度高于设定点，以防止主机处冷却水温度过低； 且B系统在此状态下仅可启动500RT一台主机，当500RT主机启动正常运行后关闭电动阀c和d后，再

23、启动其他B系统主机。（4）B系统启动后仍发生冷却水供水温度低于设定点时，打开并调节B系统的冷却水管上旁通管电动阀b，进行混水，保证冷却水供水温度高于设定点。3.3.3 冷冻水管道：（1）A、B系统垂直方向分两个区，地下3层16层为低区，17层以上为高区。冷冻水管道由分水器、集水器分出各个环路，通过竖井送达各层。分水器、集水器设置共四组，分别为A系统高区、低区，B系统高区、低区。末端设备水侧工作压力高区2.0MPa，低区1.6MPa。（2）由于空调末端设备绝大多数为组合式空调机组，仅个别层为空调新风机组+风机盘管，因此，管道布置垂直方向采用异程式，水平方向末端采用风机盘管的同程式环状布置，其他异

24、程式布置。（3）A、B系统管道采用全面水力平衡的模式，末端风柜供水管阀门设置：蝶阀+水过滤器+静态平衡阀(沿水流方向)；回水管阀门设置：比例积分阀+压差控制器+蝶阀(沿水流方向)；压差控制器与静态平衡阀配合，控制末端管道压差不因末端设备负荷变化而变化。风机盘管环路采用环路支管上加压差控制器与静态平衡阀方式。（4）由于整座大楼末端设备有待最终的用户用途确定后才可安装到位，为了便于甲方经营的灵活性，采用控制各层环路水平管道总阻力损失的方式。A系统低区，由于为技术中心机房的恒温恒湿机组预留接管，预留其水平管道总阻力损失约130KPa；A系统高区预留100KPa；B系统低区，预留120KPa，高区预留

25、100KPa。（5）冬季采暖的房间，供冷、供热管道采用四管制共用末端、末端切换的方式。4 总结4.1本工程策划的最终用户对象是：律师事务所、保险公司、金融机构等，这些公司的空调负荷特点是人员密度较低，但设备散热量比普通办公楼大，主要是电脑散热量、其它办公设备散热量等显热负荷。另外如果这些公司另有数据机房的要求，预留了用冷条件。 4.2冷却塔安装的位置由于受条件限制，必须安装在室内，冷却塔的选型、安装都受条件限制；对后期建筑施工、以及建筑构件的制作都提出较高的要求，必须满足进风、排风的要求。本工程选择的是方形离心风机型强风逆流式钢制冷却塔，虽然可以在室内安装，但实际运行效果还待后续跟踪。在设计中考虑了后备措施。4.3 B系统为A系统备用，由于其运行水温不同，对技术中心机房的恒温恒湿机的要求提高了，因此，我们建议技术中心机房的恒温恒湿机采用双盘管的模式。5 参考文献：【1】中国建筑标准设计研究所,全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调。动力2003【M】 ,北京，中国计划出版社，2003年【2】全国勘察设计注册工程师公用设备专业管理委员会秘书处，全国勘察设计注册公用设备工程师暖通空调专业考试复习教材【M】，中国建筑工业出版社，2004年