介绍上海中心冷热电三联供系统的设计工作内容和设计思路，分系统探讨设计过程中的关键点和注意事项，结合BIM 技术对三联供系统建立模型，实现发电机组余热回收系统的高度集成，以及管道、电缆桥架及土建之间的碰撞检测。
上海中心
总高度632m，地上127 层，地下5 层，总建筑面积57.6 万m²
，已于2016 年3 月竣工，是我国首座同时获得“ 绿色三星” 与LEED金级认证的超高层建筑，综合采用了43 项绿色建筑适用技术。其中利用天然气分布式能源系统实现冷、热、电三联供，使得清洁能源和绿色建筑得到良好融合，不但有利于上海中心能源的综合利用，也对合理利用资源、发展生态经济有着积极意义。
本三联供系统主要满足上海中心低区的基础冷负荷及热负荷，包括餐饮、娱乐等房间的冷热负荷，满足
供冷工况运行3920h以上，供热工况运行1440h以上，总运行时间约5360h。预计每年可供冷3.1万GJ、热1.67 万GJ、供电1236 万kWh，每年可节约标煤1 890 t，减少二氧化碳排放4 855 t，减少二氧化硫排放38 t，节能率达到33%。
上海中心冷热电三联供项目主机房位于地下2层能源中心内，主厂房占地面积约365 m2。主机房东侧为整栋大楼的空调水泵房；南侧为分布式能源项目配套的燃气计量站、配电间、控制室；西侧为逃生通道，与楼梯间直接相连；四周通过混凝土墙与地下2 层其它公共建筑分割，作为统一防火分区。
采用两台德国MTU 4000 系列燃气内燃机作为三联供系统的原动机，每台燃气内燃机的发电量为1165 kW，所发电量以“
并网不上网
” 的原则并入大厦内部电网。燃气内燃机发电时产生的高温烟气（441℃）和高温缸套水（90℃）分别经过烟气换热器和板式换热器与二次侧的热水进行热交换。二次侧的热水（75℃ /95℃）先经过机组换热器加热至85.7℃，然后通过烟气换热器加热至95℃。
夏季二次侧的热水作为热水型溴化锂吸收式制冷机的热源，用于空调供冷，每台热水型溴化锂吸收式制冷机的制冷量为1 047 kW，其冷冻水供/ 回水温度为6℃ /13.5℃，冷却水进/ 出水温度为32℃ /37.5℃。冬季通过供热换热器进行热交换后用于空调供暖，每套供热板换的换热量为1 396 kW，供热热水供/ 回水温度为60℃ /45℃，系统原理图详见下图↓↓
冷热电三联供系统是一个包含多种能源结构的综合性系统，设计工作涵盖面广，包括了暖通、动力、给排水、电气和自控等各专业的分项设计，具有系统集成度高、安全要求高的特点。
按照系统结构及专业不同，可划分为燃气供应系统、电力并网系统、供冷/ 供热系统、通风系统、排气系统和减震降噪系统，各分系统在深化设计时均应符合相关标准规范的要求，同时满足上海中心的总体设计思路，与常规空调系统、锅炉系统和电力系统紧密结合。
3.1 燃气供应系统
本系统的天然气管道接自上海中心天然气总管，引入0.4 MPa 的中压天然气引接专线作为主要来源，从上海中心天然气母管上引接DN 100 支线为三联供系统提供气源，通过调压站将天然气压力降为0.1 MPa，然后进入三联供主机房，依次经过紧急切断阀、燃气过滤器、减压零压阀后接入内燃机进气管。同时，在主机房内设置可燃气体报警探测器，与事故通风系统和燃气紧急切断阀联动。
考虑到消防安全问题，发电机组外围采用隔声罩与主机房隔离，并使用单独的通风系统，同时在隔声罩内采用七氟丙烷灭火系统，以确保系统的安全性。
3.2 电力并网系统
燃气内燃发电机组单机容量为1 165 kW，发电机端电压为10.5 kV，采用发电机线路组接线方式接入上海中心110 kV 变电站1 号主变10 kV 母线侧，在发电机出口及上海中心110 kV 变电站进线处分别设置隔离柜及PT 柜。整个三联供系统采用并网不上网的方式支行，两台发电机组通过自动同步装置并网，再通过功率变送器监测上海中心大厦实际电负荷来控制三联供系统的发电功率，保证发出的电能不倒送。
高压系统并网开关柜带继电保护装置为发电系统提供低压低频保护、高压高频保护、接地故障保护、过流保护等。
3.3 供冷/供热系统
本三联供系统的余热由高温烟气和高温缸套水产生，根据发电机组技术参数，高温缸套水余热量约747 kW，高温烟气侧余热量约649 kW。二次侧热水的供回水温度（95℃ /75℃）由溴化锂吸收式制冷机的技术参数确定，二次侧热水先经过机组换热器被加热至85.7℃，然后经过烟气换热器进一步加热，通过控制进入烟气换热器的烟气量使二次侧热水供水温度保持在95℃。
同时， 在余热回收一次侧设置换热量为747 kW 的高温冷却换热器，作为发电机组的应急散热器，其目的是当供冷/ 供热负荷发生波动时，维持发电机组的冷却水温度不变，保证发电机组正常运行，避免冷热负荷波动影响三联供系统的稳定性。
3.4 通风系统
三联供主机房的通风量包括内燃机所需的助燃空气量、设备散热所需的空气量、环境卫生所需的新鲜空气量。其中两台内燃机散热所需的空气量约占总通风量的88%，为加强机组散热、降低通风机电机功率，内燃机隔声罩内单独通风，采用机械进风、机械排风的通风方式。
三联供系统的进、排风均由上海中心进、排风总风道提供，隔声罩进、排风风机均采用防爆风机，主机房进、排风机均采用双速风机，以满足事故通风的需求。
3.5 排烟系统
每台燃气内燃发电机组采用单独的排烟管道，并在排气管道的最低点、烟气换热器烟气侧、消声器设置U 形管等排水设施，烟气换热器的烟气管道设计为“ 上进下出”，防止烟气换热器中的冷凝水进入发动机造成设置损坏。在烟气换热器旁设置旁通管，当冷热负荷需求降低时，根据二次侧热水出水温度控制旁通电动阀的开度，减小通过烟气换热器的烟气流量，防止二次侧水温过高。
同时，旁通电动阀与烟气换热器电动阀联运控制，并满足开度之和≥100% 的控制策略，以避免增加排气阻力和误动作引起发电机组停机事故。
3.6 减震降噪系统
三联供系统中燃气内燃机是最主要的噪声源，考虑减轻机房噪声对上海中心声环境的影响，在主机房内设置隔声装置、排气消声器、风机消声器以及机房吸声墙面等降噪措施。
发电机组表面辐射噪声采用隔声罩进行隔声，隔声门/ 板结构采用“ 双层复合约束阻尼结构”；排气消声器采用针对性阻抗复合型结构设计，能有效降低本项目中气体发动机特定的低频排气噪声，消声量可达30 dB（A）。通风机前后端均设有风机消声器，以降低隔声装置内部噪声向厂界的传递，风机消声器采用片式阻性结构，通过多孔纤维吸声材料吸声。
以上各分系统包含的设备和管道多达10 余种，如天然气管道、润滑油管道、通风管道、排烟管道、冷冻水管道、发电机组冷却水管道、溴机冷却水管道、一次侧热水管道、二次侧热水管道、供热热水管道、高压电缆、低压电缆、控制电缆等，加之主机房空间有限，深化设计时利用先进的BIM软件对三联供系统进行建模，有效地规划、管理空间，同时优化设备、管线、人员动线、维护空间等布局，具有可视化、协调性、模拟性、优化性和出图性5大特点。
4.1 局部空间管理
三联供系统中一次侧热水系统、润滑油系统、低温冷却系统与内燃发电机组结合紧密，在本项目的深化设计中，将以上分系统集成至隔声罩内，与发电机组组成一套完整的余热回收系统，实现了内燃发电机组的模块化设计，为三联供系统的推广提供了鲜明的案例。
通过BIM 建模，合理利用隔声罩内的剩余空间，充分考虑各设备的操作空间和维修空间，具体设计原则为：小管让大管、油管让水管、冷管让热管、提前想维护，完成的模块BIM 模型见图2。
4.2 整体空间管理
本项目深化设计利用BIM 建模技术，通过搭建各分系统的BIM 模型，在虚拟的三维环境下检测设计中的管道、电缆桥架及土建之间的碰撞冲突，提高了管线综合设计能力和工作效率，如图3、图4 所示。整体空间管理的原则如下：小管让大管、有压让无压、冷管让热管、低压让高压、电气让热力、价低让价高。
BIM 空间管理不仅能及时排除项目施工环节中可能遇到的碰撞冲突，更大的提高了施工现场的生产效率，降低了由于施工协调造成的成本增加和工期延误。帮助管理团队记录空间的使用情况，处理最终用户要求空间变更的请求，分析现有空间的使用情况，合理分配建筑物空间，确保空间资源的最大利用率。
冷热电三联供系统是跨专业、综合性的节能系统，它利用天然气作为清洁能源，产生的冷、热、电可满足建筑的基础负荷需求，其优越的节能减排作用倍受青睐。建于上海中心大厦能源中心的三联供系统吸收了国内外优质项目的经验，并借助先进的BIM 建模技术，完成了各分系统的深化设计，以及整体系统的空间管理，不但为项目施工提供立体三维指导，降低施工成本、缩短施工工期，也可作为其他民用建筑内的三联供系统的设计及施工的参考。
作者：周启金
马 飞 黄振军
上海齐耀动力技术有限公司
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