高層建筑暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)分析

■李 悅 ■南京大學(xué)建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210000

近年來(lái)，人們的生活水平明顯提高，對(duì)于高層建筑的相關(guān)功能提出了更高的要求，而暖通空調(diào)系統(tǒng)在高層建筑中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。暖通空調(diào)能耗占整個(gè)高層建筑能耗的35%以上，因此必須引起人們的高度重視，結(jié)合不同的暖通空調(diào)系統(tǒng)類型，優(yōu)化和改進(jìn)高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)，為人們提供一個(gè)舒適、健康的生活和工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)高層建筑的節(jié)能減排，推動(dòng)高層建筑的可持續(xù)發(fā)展。

1 高層建筑暖通空調(diào)種類

當(dāng)前，高層建筑工程中不同種類的暖通空調(diào)系統(tǒng)比較復(fù)雜，但是這些暖通空調(diào)系統(tǒng)的原理基本相同。無(wú)論哪種類型的暖通空調(diào)系統(tǒng)，基本上都采用空氣水系統(tǒng)、暖通調(diào)節(jié)系統(tǒng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)一體化的運(yùn)行模式。隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，常見的暖通空調(diào)系統(tǒng)主要包括熱回收暖通系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、分散式暖通系統(tǒng)、全水空調(diào)系統(tǒng)、全空氣空調(diào)系統(tǒng)、蓄冷全空氣系統(tǒng)、供暖熱泵熱回收系統(tǒng)、分散式供冷系統(tǒng)等［1］，其中，全空氣空調(diào)系統(tǒng)是高層建筑工程中最常見的一種系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中不僅可改變建筑室內(nèi)的濕度和溫度，而且具有良好的節(jié)能環(huán)保性。蓄冷全空氣系統(tǒng)和分散式供冷系統(tǒng)的除濕、冷卻、加濕、加熱等要求，主要依靠送風(fēng)來(lái)滿足暖通水系統(tǒng)和空氣系統(tǒng)，這些暖通空調(diào)系統(tǒng)主要是依靠冷水帶走暖通空調(diào)的顯熱負(fù)荷，通過空氣提供通風(fēng)，并且確保空氣質(zhì)量，帶走潛熱負(fù)荷產(chǎn)生的濕氣。

2 高層建筑暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 做好設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作

(1)充分了解高層建筑周圍環(huán)境。高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)之前，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分了解基礎(chǔ)設(shè)施和建筑物的埋設(shè)方式，全面分析高層建筑周圍環(huán)境，合理設(shè)計(jì)高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的供暖入口。同時(shí)，根據(jù)高層建筑暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)確計(jì)算暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷，綜合考慮日照、風(fēng)力等環(huán)境因素，重點(diǎn)分析暖通空調(diào)系統(tǒng)主要入口的位置和朝向［2］。

(2)了解建筑樓層和內(nèi)部情況。結(jié)合高層建筑的樓層數(shù)，選擇合適類型的暖通空調(diào)系統(tǒng)，如果高層建筑的垂直高度較高，必須合理設(shè)計(jì)暖通空調(diào)系統(tǒng)線路，根據(jù)高層建筑內(nèi)部的廢棄排放量、使用情況、人員數(shù)量等，合理劃分暖通空調(diào)系統(tǒng)，準(zhǔn)確計(jì)算暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷。

(3)合理劃分防煙和防火區(qū)。高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)必須合理劃分防煙和防火區(qū)［3］，有效設(shè)置建筑防火墻，確保人們?cè)谑褂酶邔咏ㄖ^程中，一旦發(fā)生緊急情況，可確保人們快速逃離，最大程度的減少人員傷亡，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，避免發(fā)生嚴(yán)重的安全事故。

3 空調(diào)循環(huán)水泵合理選型

當(dāng)前，我國(guó)高層建筑普遍存在著循環(huán)水泵容量較大的問題，循環(huán)水泵容量約為實(shí)際空調(diào)需求的三倍，浪費(fèi)了大量的運(yùn)行費(fèi)用和投資費(fèi)用，主要是由于以下幾點(diǎn)原因:其一，暖通空調(diào)系統(tǒng)水力平衡計(jì)算不準(zhǔn)確，在暖通空調(diào)系統(tǒng)正式投入使用之前，工作人員應(yīng)做好系統(tǒng)調(diào)試，導(dǎo)致暖通空調(diào)系統(tǒng)水力失調(diào);其二，凈水壓力問題，一些工作人員在計(jì)算暖通空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷時(shí)，將凈水壓力錯(cuò)誤的當(dāng)作暖通空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)阻力，導(dǎo)致計(jì)算的循環(huán)阻力較大［4］;其三，暖通空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷較大，系統(tǒng)循環(huán)阻力計(jì)算不合理。因此在設(shè)計(jì)高層建筑暖通空調(diào)時(shí)，應(yīng)結(jié)合不同時(shí)刻，暖通空調(diào)系統(tǒng)揚(yáng)程和冷負(fù)荷的變化，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，使其滿足不同條件和環(huán)境中的暖通空調(diào)優(yōu)化運(yùn)行要求，合理調(diào)節(jié)變頻泵速度，控制定速泵臺(tái)數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

4 合理設(shè)計(jì)供暖系統(tǒng)

根據(jù)高層建筑的空氣調(diào)節(jié)和采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范，合理設(shè)置暖通入口入戶設(shè)備，熱水暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可在熱力入口供回水管道上安裝除污器、壓力表和溫度計(jì)，結(jié)合高層建筑的設(shè)計(jì)要求還可設(shè)置熱量計(jì)，還應(yīng)注意入口裝置，減少暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)失誤。暖通空調(diào)系統(tǒng)入口數(shù)量不僅要考慮到高層建筑室內(nèi)采暖制冷的便捷性和合理性，還應(yīng)合理銜接高層建筑室外暖通空調(diào)系統(tǒng)管線。高層建筑工程中由凍結(jié)危險(xiǎn)的區(qū)域和樓梯間，可采用獨(dú)立的立支管散熱器進(jìn)行供熱，不能設(shè)置調(diào)節(jié)閥，高層建筑工程采用一根立管，連接相鄰房間的散熱器，由于樓梯間散熱器的密閉性較差，很容易導(dǎo)致暖通空調(diào)系統(tǒng)發(fā)生故障，嚴(yán)重影響供暖效果。如果高層建筑工程的底層有商鋪，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)于高層建筑中的公用空間和公共用房應(yīng)設(shè)置單獨(dú)的熱計(jì)量設(shè)備和暖通空調(diào)裝置［5］。

另外，高層建筑如果采用公共立管系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)結(jié)合化學(xué)管材熱性、散熱設(shè)備、承壓能力、系統(tǒng)水力平衡等因素，豎向分區(qū)設(shè)置高層建筑的共用立管和供暖系統(tǒng)，充分考慮到暖通空調(diào)系統(tǒng)管道的熱補(bǔ)償問題，在補(bǔ)償器上安裝固定支架，認(rèn)真校核暖通空調(diào)系統(tǒng)的熱膨脹量，提高高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

5 優(yōu)化空調(diào)通風(fēng)

我國(guó)高層建筑采暖空調(diào)制冷系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)范明確表明，辦公類建筑的冷負(fù)荷指標(biāo)應(yīng)控制在95w/m2～160w/m2，商場(chǎng)類高層建筑夏季暖通空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷指標(biāo)應(yīng)控制在200w/m2～230w/m2。但是很多高層建筑在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，空調(diào)裝機(jī)容量比較大，一方面，高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)需要全面考慮各方面的安全系數(shù)，單位空調(diào)面積的暖通空調(diào)系統(tǒng)制冷裝機(jī)容量比標(biāo)準(zhǔn)的冷負(fù)荷偏大，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過暖通空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的峰值冷量;另一方面，一些設(shè)計(jì)人員采用估算暖通空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷指標(biāo)的方法，導(dǎo)致暖通空調(diào)系統(tǒng)的制冷機(jī)裝機(jī)容量較大，不僅浪費(fèi)了大量的資源，而且嚴(yán)重影響了制冷機(jī)的運(yùn)行效率。因此，高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)應(yīng)全面優(yōu)化空調(diào)通風(fēng)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的暖通空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高暖通空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。同時(shí)，高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)應(yīng)選擇合適的水泵揚(yáng)程，盡量控制設(shè)計(jì)偏差，例如，由于某高層建筑的使用要求，在90m 高的建筑屋頂設(shè)置冷卻塔，采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員結(jié)合高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)確計(jì)算水泵揚(yáng)程。并且，設(shè)計(jì)人員在選擇暖通空調(diào)系統(tǒng)冷凍水泵時(shí)，應(yīng)充分考慮到春夏秋冬不同季節(jié)流量的差異性，如在冬季高層建筑暖通空調(diào)所需的50～60 攝氏度熱水循環(huán)量為240m3/h，夏季暖通空調(diào)所需的7～15 攝氏度的冷凍水循環(huán)水流量為430m3/h［6］，因此冬季采暖熱水循環(huán)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于夏季建筑中空調(diào)冷凍水循環(huán)量，因此高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)應(yīng)分別設(shè)置夏季和冬季的熱水泵和冷水泵，結(jié)合不同季節(jié)需求，選擇合適的設(shè)置方式，減少暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗。另外，高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合不同工況，合理調(diào)節(jié)冷凍水泵和冷卻水泵轉(zhuǎn)速、濕度、送風(fēng)量、相對(duì)濕度和溫度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和冷卻塔風(fēng)扇等，必須合理優(yōu)化這些被控量。

6 結(jié)束語(yǔ)

高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)關(guān)系著整個(gè)工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，因此應(yīng)選擇合適類型的暖通空調(diào)系統(tǒng)，嚴(yán)格把關(guān)高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)內(nèi)容，做好暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完善和改進(jìn)，不斷提高高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平。

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