超高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究

魏鵬飛

合肥工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限公司，安徽合肥 230000

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技快速發(fā)展的環(huán)境下，超高層建筑的數(shù)量逐漸增多。與常規(guī)建筑相比，超高層建筑的結(jié)構(gòu)要更加復(fù)雜，其體型較為龐大，可容納的人員數(shù)量以及承擔(dān)的功能也比常規(guī)建筑要多，同時(shí)，超高層建筑設(shè)計(jì)中需要注意的問題也非常多。尤其是超高層建筑的消防設(shè)計(jì)，在整個(gè)超高層建筑設(shè)計(jì)過程中，是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，若設(shè)計(jì)中沒有對(duì)可能會(huì)出現(xiàn)的各種消防問題進(jìn)行充分的考慮，且在設(shè)計(jì)中未設(shè)置規(guī)避這些消防問題的設(shè)施，會(huì)給建筑物內(nèi)人們的財(cái)產(chǎn)與生命安全構(gòu)成極大的威脅。

1 工程概況

本工程項(xiàng)目位于某市的CBD的新核心區(qū)，是新金融總體規(guī)劃的重要部分之一，該工程項(xiàng)目建設(shè)的總用地面積達(dá)到了8270㎡，在經(jīng)過一系列的測量與計(jì)算，獲得其總建筑面積132580m2，地下共有5層，其中，1層與2層的主要功能是商業(yè)與員工餐廳，5～3層為配套設(shè)備用房以及車庫。塔樓地上總共有50層，300m是該建筑物的總高度，其中7層專用綜合會(huì)所與36層主要用來辦公，裙樓地上的7層主要容納了餐飲、銀行營業(yè)廳、會(huì)所業(yè)態(tài)以及商業(yè)，商業(yè)服務(wù)與金融辦公室其主要的功能，預(yù)計(jì)將該建筑打造成一座多功能高端、高科技智能型、綠色環(huán)保與信息化的地標(biāo)性建筑，在設(shè)計(jì)過程中，主要參考的是綠色三星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，獲得國際LEED金級(jí)認(rèn)證是其設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。如圖1為超高層建筑主要功能區(qū)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)。

表1 主要功能區(qū)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 室外設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1.1 夏季室外設(shè)計(jì)參數(shù)

超高層建筑中，因室外與室內(nèi)的濕度不相同，一般室外干球的數(shù)量明顯多于室內(nèi)，而室內(nèi)的濕球數(shù)量高于室外，基于此，對(duì)室內(nèi)的干球與室外的干濕球溫度進(jìn)行計(jì)算，分別得出26.4、33.5℃。而在通風(fēng)的情況下，室內(nèi)與室外的濕度、球數(shù)量又出現(xiàn)了變化，在此情況下，室外計(jì)算溫度為29.7℃，室外平均風(fēng)速精確到每秒為2.1m，100.0kPa為其大氣壓力。

2.1.2 冬季室外設(shè)計(jì)參數(shù)

因本次工程建設(shè)地點(diǎn)位于北部地區(qū)，其空調(diào)室外計(jì)算干球溫度普遍比南方地區(qū)要低，為-9.9℃，空調(diào)室外計(jì)算同等于濕度的44%，通風(fēng)情況下，室外計(jì)算溫度接近-4℃，102.17kPa為其大氣壓力，-7.6℃為采暖室外計(jì)算溫度。

3 超高層建筑的特點(diǎn)

3.1 室內(nèi)環(huán)境較差、噪聲大

基于建筑學(xué)理論，超高層建筑主要是指高度超過100m的建筑，與常規(guī)建筑相比，其建筑高度更高，也意味著其容積率要相對(duì)較高。在建筑物高度逐漸增加的情況下，其風(fēng)速也在不斷的增大，風(fēng)速過大，不僅會(huì)影響到室內(nèi)的環(huán)境，還容易使建筑物內(nèi)的人們感覺到不舒適。此外，在風(fēng)速過大的環(huán)境下，還會(huì)相應(yīng)地增大噪音，給人們的正常生活與作息造成了嚴(yán)重的影響。據(jù)超高層建筑室內(nèi)舒適度的研究報(bào)告顯示，15～25層之間的建筑物內(nèi)的舒適度相對(duì)于其他樓層要差。

3.2 公共交流空間小

從上述的內(nèi)容中，了解到超高層建筑的容積率與高度都非常高，且超高層建筑需要容納很多的住宅，這意味著建筑物使用者可活動(dòng)的空間將變小。雖然超高層建筑對(duì)于緩解當(dāng)前國內(nèi)人口居住壓力，并實(shí)現(xiàn)了高效整合土地資源，但因公共空間較小，建筑物使用者可活動(dòng)的空間非常有限，建筑內(nèi)部的環(huán)境也比較封閉，進(jìn)而降低了使用者的舒適度[1]。

4 超高建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問題

4.1 設(shè)計(jì)人員專業(yè)素養(yǎng)不足，安全意識(shí)淡薄

設(shè)計(jì)人員自身素質(zhì)的高低對(duì)超高建筑暖通空調(diào)的安全性影響極大。在超高層建筑暖通設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員整體的專業(yè)素質(zhì)水平良莠不齊，不僅容易引發(fā)超高層建筑中暖通空調(diào)系統(tǒng)的安全事故，還會(huì)給其設(shè)計(jì)的質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響。

4.2 超高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙過于形式化

在超高層建筑工程施工的過程中，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)圖紙主要起到指導(dǎo)的作用?；诖?，要對(duì)暖通控設(shè)計(jì)圖紙的合理性加以重視。詳細(xì)標(biāo)注暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙上的每一個(gè)細(xì)節(jié)，同時(shí)，還要對(duì)超高層建筑工程施工中需要應(yīng)用到的材料的類型、規(guī)格做注釋。而在實(shí)際中，不少的工作人員忽視了設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诔邔咏ㄖこ讨械淖饔?，在設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)注的細(xì)節(jié)與各材料的規(guī)格也不夠詳細(xì)，導(dǎo)致其指導(dǎo)作用不能得到有效的發(fā)揮，甚至還可能會(huì)誤導(dǎo)施工人員，從而給施工的安全與質(zhì)量構(gòu)成了嚴(yán)重的影響。

5 超高層建筑暖通空調(diào)管線與設(shè)備的設(shè)計(jì)

5.1 暖通空調(diào)系統(tǒng)的類型

在超高層建筑中，暖通空調(diào)系統(tǒng)可以分為空氣-水暖通空調(diào)系統(tǒng)、全空氣暖通空調(diào)系統(tǒng)以及全水暖通空調(diào)系統(tǒng)這三種類型。其中，全空氣暖砼空調(diào)系統(tǒng)是當(dāng)前城市建筑中應(yīng)用范圍比較廣泛的一種空調(diào)系統(tǒng)，由空壓機(jī)對(duì)其濕度與溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，要調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境，需要通過空氣的變化才可以實(shí)現(xiàn)，而室內(nèi)的濕度與溫度是空氣的關(guān)鍵要素。（2）全水暖通空調(diào)系統(tǒng)的主要功能是基于水的熱能交換作用，對(duì)超高層建筑中的空氣進(jìn)行調(diào)節(jié)。因全水暖通空調(diào)系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境的濕度大小與溫度高度，且在實(shí)際應(yīng)用的過程中，還可以有效改善空氣的質(zhì)量，被廣泛應(yīng)用于高層建筑中。（3）空氣-暖通空調(diào)系統(tǒng)主要是基于冷水與空氣的熱交換的作用，對(duì)高層建筑室內(nèi)的濕度、溫度以及環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過將空調(diào)中的熱量交換處理，有效改善室內(nèi)的環(huán)境現(xiàn)狀。

5.2 暖通空調(diào)管線的設(shè)計(jì)

在超高層建筑的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，管道的種類與數(shù)量都非常多，在當(dāng)前的超高層建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)中主要應(yīng)用的管道有配電線管道、空氣管道、排水管道、中水管道、燃?xì)夤艿?、給水管道、各種電纜與熱力管道。在超高層建筑的暖通空調(diào)的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，必須注重管道的布置，避免各管道、穿線管與管線之間存在相互交叉作業(yè)的情況，對(duì)線路的走位與施工關(guān)系的分布進(jìn)行充分的考慮。若超高層建筑中的某一個(gè)空間存在管線太多的狀況，增加了各管道、管線與穿線管之間交叉作業(yè)的可能性，這對(duì)于暖通空調(diào)系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮會(huì)產(chǎn)生不利的影響。因此，為防止出現(xiàn)交叉的情況，需要從整體出發(fā)，在設(shè)計(jì)各管線與管路時(shí)，要結(jié)合施工現(xiàn)場的情況與建筑工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求，以及暖通空調(diào)系統(tǒng)的特性，合理安排每一種管線的位置。

5.3 暖通空調(diào)風(fēng)管的設(shè)計(jì)

風(fēng)管設(shè)計(jì)是整個(gè)超高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)過程中最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，其對(duì)于提高建筑物使用者對(duì)公共空間滿意度與舒適度，具有非常重要的意義。在確定風(fēng)管吊頂高度的過程中，應(yīng)當(dāng)參考界面的長度。在風(fēng)管的實(shí)際設(shè)計(jì)中，要遵守走向越短越好的設(shè)計(jì)原則，盡可能地減少風(fēng)管的長度[2]。這是因?yàn)椴捎瞄L度較長的風(fēng)管走向，會(huì)增加后續(xù)風(fēng)管施工的難度，且還可能會(huì)引發(fā)風(fēng)管與其他管線交叉錯(cuò)位的情況。同時(shí)，還要對(duì)各種的設(shè)備與管線進(jìn)行合理化的規(guī)劃及布置，擴(kuò)大超高層建筑的使用空間，提高空間的容積率，并增大公共交流場所。

6 超高層建筑暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)

6.1 應(yīng)對(duì)超高層建筑暖通空調(diào)噪音的設(shè)計(jì)措施

為了有效解決超高層建筑室內(nèi)風(fēng)環(huán)境差與噪聲大的問題，在暖通空調(diào)的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要注重其空調(diào)噪音的產(chǎn)生。一般情況下，超高層建筑的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)常需要應(yīng)用較大風(fēng)量的空調(diào)機(jī)組，而這些機(jī)組在運(yùn)行的過程中會(huì)產(chǎn)生很大的噪音，給建筑物內(nèi)人們的正常生活與作息造成極大的影響，從而降低建筑使用者的舒適度。因此，必須采取有效的手段解決噪音大的問題[3]?？梢栽谂照{(diào)設(shè)計(jì)中，引入吸聲、隔聲或消聲這三種噪音消除技術(shù)。在超高層建筑的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，可以通過控制末端設(shè)備噪聲指標(biāo)，降低或消除噪音。

6.2 循環(huán)水泵與供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)時(shí)，必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求，科學(xué)、合理地選擇循環(huán)水泵的容量。同時(shí)，還要根據(jù)超高層建筑中空調(diào)工作的時(shí)間段，進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，同時(shí)，結(jié)合超高層建筑的實(shí)際需求與其系統(tǒng)運(yùn)行的情況，對(duì)定速泵的數(shù)量進(jìn)行有效控制。此外，還要確保超高層建筑中的暖通空調(diào)系統(tǒng)具備通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)與供暖的功能，因每一種功能的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均不相同，故在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，必須嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

7 結(jié)語

綜上所述，在超高層建筑的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，必要基于其特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)其室內(nèi)環(huán)境與聲環(huán)境的問題進(jìn)行充分的考慮，從根源上解決噪聲過大的問題，為建筑物使用者提供一個(gè)更舒適的休閑、辦公與娛樂為一體的場所。