高層建筑暖通設(shè)計(jì)創(chuàng)新研究

曾曦

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院貴州貴陽(yáng)　550001）

高層建筑暖通設(shè)計(jì)創(chuàng)新研究

曾曦

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院貴州貴陽(yáng)550001）

主要討論了高層建筑暖通設(shè)計(jì)創(chuàng)新的方法，以求為未來(lái)高層建筑暖通設(shè)計(jì)提供理論支撐。先簡(jiǎn)單分析了當(dāng)前高層建筑暖通設(shè)計(jì)中存在的幾點(diǎn)問(wèn)題，包括概念混淆、系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理等；再結(jié)合實(shí)際工程案例，以空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，對(duì)建筑暖通設(shè)計(jì)具體方法進(jìn)行討論?？照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是高層建筑暖通設(shè)計(jì)中的主要組成部分，其設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)整個(gè)建筑的暖通系統(tǒng)運(yùn)行能力產(chǎn)生重要影響?？傮w而言，在開(kāi)展高層建筑暖通設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)暖通系統(tǒng)運(yùn)行要求，采取具有針對(duì)性的設(shè)計(jì)質(zhì)量控制方法，以求設(shè)計(jì)措施具有良好的操作性。

高層建筑；暖通設(shè)計(jì)；創(chuàng)新

隨著我國(guó)城市化建設(shè)速度不斷加快，高層建筑作為城市化建設(shè)中的代表性建筑，其綜合設(shè)計(jì)水平已經(jīng)得到社會(huì)的廣泛關(guān)注。同時(shí)，當(dāng)前人們生活水平不斷提高，居民希望進(jìn)一步提高自身生活質(zhì)量，這就要求在高層建筑設(shè)計(jì)中，需要充分認(rèn)識(shí)到居民的基本要求，以行之有效的方法滿足居民的需求。暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)中的重要組成部分，其設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)建筑業(yè)整體功能產(chǎn)生重要影響，但從當(dāng)前暖通設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)看，其中存在多方面問(wèn)題，對(duì)暖通系統(tǒng)質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)高層建筑暖通系統(tǒng)的討論，進(jìn)一步提高建筑性能。

1　高層建筑暖通設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題

1.1設(shè)計(jì)概念混淆

對(duì)高層建筑暖通設(shè)計(jì)而言，其是一項(xiàng)復(fù)雜而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南到y(tǒng)性工作，在工作中需要注意不同概念，并做好計(jì)算。但在高層建筑暖通設(shè)計(jì)中，少數(shù)設(shè)計(jì)人員出現(xiàn)設(shè)計(jì)概念混淆的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：①混淆概念用途，將防煙分區(qū)的排風(fēng)量計(jì)算與排煙風(fēng)機(jī)的計(jì)算量混淆，導(dǎo)致排煙風(fēng)機(jī)整體風(fēng)量減小，難以滿足防火要求。②計(jì)算流程控制中存在缺陷。誤將防煙樓梯間的前室送風(fēng)口的風(fēng)量確定為前室的總加壓送風(fēng)量和建筑物的層數(shù)比值，導(dǎo)致風(fēng)口風(fēng)量偏小。

1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理

總所周知，在暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮排煙系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)與排風(fēng)系統(tǒng)等系統(tǒng)的質(zhì)量控制要求，任何系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量問(wèn)題都會(huì)增加施工隱患。以采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，一般在設(shè)計(jì)過(guò)程中，部分設(shè)計(jì)人員會(huì)以一條主要管道引進(jìn)的方法，再通過(guò)若干環(huán)路完成采暖控制。而少數(shù)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中，未在分環(huán)上設(shè)置閥門(mén)，增加了日后維修難度等。

2　高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)

以實(shí)際案例入手，分析該案例中暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的基本方法與思路。

該建筑位于我國(guó)南方某城市，建筑總面積約為103679m2，總高度為99.68m。其中地下1～2層為庫(kù)房、車(chē)庫(kù)，地上1～4層為商業(yè)區(qū)，5～22層為辦公區(qū)。

2.1負(fù)荷計(jì)算

2.1.1負(fù)荷組成

一般在空調(diào)區(qū)設(shè)計(jì)中其負(fù)荷主要分為圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱所形成的負(fù)荷、透過(guò)玻璃時(shí)日射所形成的負(fù)荷等。在分析之前，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)荷計(jì)算方法，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)情況下的負(fù)荷值。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，辦公樓的最大負(fù)荷值為26.22kW，而商業(yè)區(qū)負(fù)荷最大值為2819.8kW。

2.1.2負(fù)荷分析

考慮到建筑的功能要求與實(shí)際空調(diào)區(qū)設(shè)計(jì)要求，室內(nèi)熱源的變化也會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷的變化，最終導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)的外部環(huán)境發(fā)生變化。因此，需要正確認(rèn)識(shí)到不同負(fù)荷因素所產(chǎn)生的影響。

（1）室溫影響

辦公樓室內(nèi)平均溫度為24℃，而商業(yè)的室內(nèi)平均溫度為22℃，其中存在2℃的溫度差。假設(shè)其他外部條件不改變，單方面將辦公樓室內(nèi)溫度下降2℃，則會(huì)發(fā)現(xiàn)，溫差改變所帶來(lái)的負(fù)荷值變化值在總負(fù)荷中所占的比例較大，所以，在室溫控制中，需要重視溫度的選定，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象。

（2）新風(fēng)量

辦公區(qū)新風(fēng)機(jī)組型號(hào)為39-G0912型，每小時(shí)風(fēng)量約為6000m3，考慮到平均每個(gè)房間的人數(shù)為6人，結(jié)合風(fēng)量損失系數(shù)為0.8，則人均新風(fēng)量為6000×08/（23×6），通過(guò)計(jì)算可知，每個(gè)人的新風(fēng)量為34.5m3/h，滿足辦公樓人均新風(fēng)量的要求。

2.2設(shè)備選型

在新風(fēng)機(jī)組選型中，需要以新風(fēng)量為核心，保證新風(fēng)量指標(biāo)能滿足最低人均新風(fēng)量。一般在設(shè)備選型中，需要重視以下兩方面問(wèn)題：①若房建換氣次數(shù)達(dá)到6次/h，則在衛(wèi)生間等特殊房間的機(jī)組選型中，可以選擇PF-140型機(jī)組，其排風(fēng)量可達(dá)到140m3/h，功率大小為30W；②根據(jù)進(jìn)風(fēng)量必須大于排風(fēng)量的原則，確定新風(fēng)量，根據(jù)建筑房間數(shù)量并設(shè)置一定富余量，確定某一層總新風(fēng)量為6000m3/h，在機(jī)組選型中，可將選擇型號(hào)為39G0912的機(jī)組，其風(fēng)量為6000m3/h，余壓為460MPa。

2.3變流量系統(tǒng)控制

在暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，若系統(tǒng)中的冷水流量出現(xiàn)變化后，水系統(tǒng)為保證流量平衡，需要適當(dāng)調(diào)節(jié)水泵與管路系統(tǒng)，即控制水泵轉(zhuǎn)速與接閥門(mén)開(kāi)度。不同的控制策略的控制效果不同，也會(huì)影響到水泵的能耗情況。而一般在變流量系統(tǒng)的節(jié)能控制中，主要通過(guò)轉(zhuǎn)變水泵轉(zhuǎn)速就能收到良好的節(jié)能效果。

圖1記錄了變流量系統(tǒng)的節(jié)能原理，根據(jù)圖1內(nèi)容可知，AO屬于一條水泵系統(tǒng)特性曲線；A1代表系統(tǒng)閥門(mén)調(diào)整后為減少流量而獲得的系統(tǒng)特性曲線；NO代表標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的水泵特性曲線；N1代表變頻后水泵特性曲線。系統(tǒng)本身所涵蓋的特性曲線與水泵特性曲線在B0點(diǎn)相交，當(dāng)想要進(jìn)一步減少水泵流量，并調(diào)整水系統(tǒng)閥門(mén)時(shí)，兩者在B2點(diǎn)相交；當(dāng)采用水變頻方法時(shí)，兩者相交在B1點(diǎn)，此時(shí)，C1、C2、B1、B2之間的面積就是水泵變頻之后所能節(jié)約的電能（圖灰色區(qū)域），與水泵轉(zhuǎn)速控制等技術(shù)相比，其效果更好。

圖1　系統(tǒng)節(jié)能原理圖

2.4排風(fēng)熱回收系統(tǒng)

2.4.1排風(fēng)熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

建筑空調(diào)形式為風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)，且房間衛(wèi)生間設(shè)置機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)，按照當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)規(guī)定：風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)，全樓設(shè)計(jì)最小新風(fēng)量應(yīng)大于等于20000m3/h，為保證排風(fēng)熱回收系統(tǒng)的有效性，需要根據(jù)總風(fēng)量的40%設(shè)置熱回收裝置，并保證其額定回收率大于等于60%。

在排風(fēng)熱回收系統(tǒng)的冷熱量理論計(jì)算中，其計(jì)算公式如下所示：

式中：Q-代表排風(fēng)熱回收裝置回收的冷熱量，單位為kW；a-代表?yè)p失系統(tǒng)，取0.8；μ-代表排風(fēng)熱稅收裝置工作效率，結(jié)合節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容，取60%；q-代表總排風(fēng)量，單位為（m3/h），根據(jù)建筑要求，取70000m3/h；p代表空氣密度，單位為kg/m3，取1.2kg/m3；C1-代表空氣比熱，取1.005kJ/（kg·K）；△t-代表室內(nèi)外溫差，單位為℃，夏季取值為13.4℃，冬季取值為30.2℃。

代入相關(guān)數(shù)據(jù)可知，在東西回收熱量為339.9kW，夏季回收冷涼維護(hù)150.8kW。

2.4.2確定利用熱回收建筑層數(shù)

若發(fā)現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，新風(fēng)機(jī)組中都設(shè)有熱回收段，則建筑可能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)中60%的熱回收率。為保證排風(fēng)熱回收系統(tǒng)能高效運(yùn)轉(zhuǎn)，需要以60%回收的標(biāo)準(zhǔn)倒推熱回收段層數(shù)，其計(jì)算流程如下：

（1）選取循環(huán)溶液

循環(huán)溶液可以由水組成，若建筑具有一定的防凍要求，可選取乙二醇水溶液，并保證乙二醇水溶液的凝固點(diǎn)要低于當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁氐模?±1）℃。在該工程建設(shè)中，設(shè)計(jì)當(dāng)前冬季室外空氣最低溫度為-6.2℃，其具體資料見(jiàn)表1。

表1　乙二醇水溶液的沸點(diǎn)、凝固點(diǎn)

該工程在充分考慮表1的相關(guān)數(shù)據(jù)后，確定乙二醇溶液質(zhì)量比為28%。

（2）選取換熱器型號(hào)

考慮到該建筑20～22層新風(fēng)量約等于4200m3/h，而其余每層新風(fēng)量主要為6000m3/h，因此在換熱器型號(hào)確定時(shí)，主要選取排風(fēng)量為16000m3/h、24000m3/h、30000m3/h三種型號(hào)換熱器。

在該項(xiàng)目的高層建筑暖通設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員根據(jù)上述質(zhì)量控制方法，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，并取得良好效果，說(shuō)明上述措施具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

3　結(jié)束語(yǔ)

主要討論了高層建筑暖通設(shè)計(jì)創(chuàng)新的相關(guān)問(wèn)題，并結(jié)合實(shí)際案例，對(duì)其具體設(shè)計(jì)方法進(jìn)行討論。總體而言，在高層建筑暖通設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要充分認(rèn)識(shí)到排煙系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)與排風(fēng)系統(tǒng)等的質(zhì)量控制要求，并根據(jù)建筑整體性能采取具有針對(duì)性的解決措施，最終提高建筑暖通系統(tǒng)整體質(zhì)量。

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1673-0038（2015）26-0005-02

2015-6-10