超高层建筑暖通施工中的关键技术研究

2018-10-10杨雪明

建筑施工 2018年6期

杨雪明

上海市安装工程集团有限公司上海 200080

超高层建筑中，机电工程一般会涵盖水、电、风等各个专业，还包括电梯、扶梯、擦窗机等系统。对于暖通工程的机电安装，由于建筑的特殊性，超高层中可能会涉及翅片散热器的安装与调试。且超高层建筑一般均会有五星级以上的酒店功能，为此超静音空调系统等的实现是保证舒适性的关键条件之一。本文重点介绍目前国内第一高楼——上海中心大厦在暖通工程中的各项施工新技术，希望为类似工程提供参考。

1 幕墙翅片散热器的优化研制、测试与安装

1.1 翅片散热器应用背景

近几年随着大面积、大空间玻璃幕墙在建筑中的使用，对建筑的采暖和节能提出了更高的要求。传统空调供暖系统的安装较昂贵，虽然能满足建筑的冷热负荷要求，但在幕墙周边空气流动的热损失可能会导致冷风，而且就建筑的美学效果而言并不符合人们的期望。基于此，幕墙翅片散热系统由于能安装在幕墙框架上，且体积小、外形美观，故这类产品受到了广泛的关注，翅片散热系统既能有效隐蔽在玻璃窗处创造热空气，又能有效地隔绝冷风（图1）。

由于在本工程之前，幕墙翅片散热系统没有大规模的运用实例，在国外实际应用也不多。这方面德国技术比较领先，应用较早。

图1 翅片散热器的应用（德国慕尼黑机场）

1.2 翅片散热器在本工程中的应用概况

本工程中整体幕墙设计由内、外幕墙组成，中间为中空大堂地带，幕墙采用无色透明玻璃，并跟随楼体旋转而上，直至顶部。内、外幕墙之间中空地带的空调系统为了不阻挡观光效果及影响建筑美观，必须打破传统空调机的外形、体积概念，设计出符合大楼整体形式的新型空调系统，故翅片式散热器系统根据大楼的需要应运而生。

翅片式散热器系统是上海中心大厦项目中隶属暖通系统的众多复杂系统之一，由翅片式散热器本体、配套金属软管、电动阀门、闸阀、特制支架等主配件组成，从2～115层分布于1～8区的93个层面上，位于外幕墙内侧钢环梁上。

1.3 翅片产品本体的研制

翅片产品本体的研制经历了整整1 a时间，从系统选择到确定、试验后修改、再试验到定型，对这些工作都进行了反复的研究试验和比较。最初系统的方案为3种，分别是双管同程、六管制单程和单管单程。由于双管同程虽然具有热平衡性好、水阻力小的特点，但系统复杂，在现场极小的空间中无法施工，该方案被否定。而六管制在系统试验论证阶段发现系统热平衡效果不佳，系统进水端和回水端散热量相差较大，不能满足需求。此外，采用该类系统，翅片本体的制造工艺也比较复杂，可靠性差、成本高、供应周期很长。

根据上述情况，本工程选用单管单程制，散热铜管由6根φ15 mm铜管改为1根φ32 mm铜管。同时，改进了本体散热片的排布，采取了进水端疏、中间段密、末端无间隔满布的措施，保证散热的均匀性。

为检测改进后的散热效果，本工程在翅片系统实施过程中专门进行了无干扰密封间30 m段验证性试验（图2），将六管制翅片式散热器和单管制翅片式散热器进行对比试验，发现单管制效果远远优于六管制。单管制散热器满足了600 W/m的总散热量，对于六管制存在的19%的散热不均匀度，单管制通过微调散热片散布率，可将散热不均匀度降低到10%以下，各方面参数均符合系统要求。

图2 实验室30 m验证试验

1.4 翅片支架的研制

由于本工程中大楼环梁为预制不规则圆弧形，全长约270 m，环梁的圆弧度存在误差，加之环梁上预留的支架底座（耳板）同样存在上下左右的偏差，要保证安装精度就必须设计新型专用支架，因此我们设计了上下、左右、前后都可以调节的新型专用支架（图3），并申请了自主知识产权。

图3 适用于翅片散热器的各方位调节支架

1.5 翅片系统安装方法的研究

本工程中由于考虑到高空作业，我们在幕墙环梁施工前，就设计好翅片安装预留支架（每隔1 m设1个），并且通过建设单位、总包协调请幕墙环梁施工单位在施工过程中将支架焊接在环梁上，幕墙散热器托架安装时采用机械连接与幕墙钢结构预留件紧密固定的方式（图4、图5），避免了传统的焊接对钢结构应力的影响，做到现场不动火。实践证明，该措施使施工方法得以改进，施工灵活方便，工期缩短，同时使施工效率大大提高。

图4 翅片系统支架安装

图5 翅片系统施工后效果

2 超静音空调的配套设施的减振降噪技术及实现

2.1 技术实施概况

空调系统的降噪是上海中心大厦工程中的一项关键技术，对本工程中的超五星级酒店和精品办公区的噪声限值更是有严格的要求，由于造成空调系统噪声的原因诸多，导致工程中噪声源难以确定。在机电安装工程中，一般应针对不同噪声源（如环境因素、空调装置设备振动、管道密封性能差、系统设计缺陷等）所导致的系统噪声，采取不同的优化处理方法。

在本工程中，超静音空调实现的难点主要在于建设成本和工期经常会制约施工期间对噪声源的评估，如果仅凭借经验进行空调系统的消声，往往造成降噪达不到预期，甚至发生由于系统管道内流动阻力上升而导致的噪声加重的情况。

2.2 超静音空调的实现

本工程中有消声降噪要求的各类支架和管道均参照在上海交响乐团机电安装施工中的成功经验[1-3]，在此不作赘述。

在本工程中，低区冷却塔增设BAC专利Barrier Wall消声结构（图6），该技术根据德国声学家施罗德的“平方余数序列扩散体”（简称“数论扩散体QRD”）发明。此结构改变了传统消声器/消音屏障必须采用消声棉的弊端（消声棉会对冷却塔的进、出风形成一定的遮挡，从而影响冷却塔的散热性能）。不仅可以对低区冷却塔外围形成一定的遮挡，达到美观的目的，还由于其较大的透风率，不会影响冷却塔的进风及散热性能。一般情况可降噪6～8 dB。

为了减少本工程中的空调机组因振动产生的噪声，本工程在空调机组的基础上还做了浮筑楼板，于空调机组的送风管支架上安装垫木条，一方面减少热桥，另一方面降低了风管的振动噪声。本工程对空调机房的消声能力也做了全面提高（图7），整个空调机房顶板全部用消声材料喷涂，墙面用消声棉作消声层，墙面消声棉的覆盖率要超过90%以上。

鉴于本工程中超五星酒店设置在大楼顶部，酒店楼顶的各类水箱进水可能会给住户带来影响，因此自主研发了一种高层建筑用带加固框的低噪水箱，并依此技术授权了2项发明专利（授权号：ZL201510368077.9、ZL201510377039.X），该水箱除了具备传统水箱的管道和配件外，还由于加设了消声筒、泄水孔、加固框、吊装孔和支架等，解决了传统水箱运行噪声大和不便整体吊装的问题。此外，该装置由于能实现整体工厂预制，因此可节省材料成本、缩短安装工期、提高制作质量等，还具备维修简便、使用安全、经济实用等优点。