關(guān)于高層建筑采暖設(shè)計(jì)的分析

郭健 謝國(guó)俊

摘要：本文作者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高層建筑采暖設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析探討，提出了自己的見解。

關(guān)鍵詞：高層建筑；采暖設(shè)計(jì)；分析

1.高層住宅建筑采暖系統(tǒng)選擇

采暖工程按照不同的載熱體，可分為熱水采暖、蒸汽采暖和輻射采暖等。顧名思義熱水采暖是以水為熱媒的采暖系統(tǒng)。蒸汽采暖是以水蒸氣為熱媒的采暖系統(tǒng)。輻射采暖是用放熱的輻射板，將輻射熱直接輻射到室內(nèi)，以保持室內(nèi)具有一定的溫度。其中蒸汽采暖熱惰性小，系統(tǒng)熱冷得較快，會(huì)使室內(nèi)溫度波動(dòng)較大，且室內(nèi)較干燥，故多用于焦距短暫的采暖建筑物，諸如禮堂、劇場(chǎng)及一般生產(chǎn)車間等。輻射采暖具有節(jié)省燃料，節(jié)省建筑內(nèi)部空間，節(jié)能輻射面積大等優(yōu)點(diǎn)，常被用于較高大的空間采暖，如車間、廠房、商場(chǎng)、超市等大型綜合性建筑。而熱水供暖系統(tǒng)的熱能利用率較高，輸送時(shí)無(wú)效損失較小，散熱設(shè)備不易腐蝕使用周期長(zhǎng)，且表面溫度低符合衛(wèi)生要求。另外系統(tǒng)運(yùn)行安全，易于實(shí)現(xiàn)供水溫度的集中調(diào)節(jié)，系統(tǒng)蓄熱能力高，散熱均衡，故常用于離鍋爐房較近的住宅及公共建筑中。目前考慮到開發(fā)商的經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)和居民的舒適住房需求等因素，高層民用住宅建筑設(shè)計(jì)使用較多的還是熱水采暖系統(tǒng)。又加之《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》和建設(shè)部的《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》，在城市供熱住宅中應(yīng)推行分室控制、分戶計(jì)量，實(shí)施由建筑面積收費(fèi)過渡到按熱計(jì)量收費(fèi)的節(jié)能采暖模式。所以我國(guó)住宅建筑供熱采暖多采用熱電聯(lián)產(chǎn)或區(qū)域鍋爐房為熱源的集中供熱采暖方式。對(duì)于高層住宅建筑而言，只要有可能接入城市熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱網(wǎng)的，堅(jiān)決不采用其它方式供暖，因?yàn)椴捎檬姓袩崃W(wǎng)熱電聯(lián)產(chǎn)的方式供暖即安全又清潔又方便又節(jié)能。所以高層住宅建筑采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)先選用熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱，分戶計(jì)量的熱水采暖方式。

2.室內(nèi)采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

通常設(shè)計(jì)時(shí)在選定了采暖系統(tǒng)方案后，進(jìn)入室內(nèi)采暖設(shè)計(jì)時(shí)，常依照此流程：原始資料、相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)、規(guī)范、地區(qū)氣象等資料收集--室內(nèi)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷計(jì)算--確定系統(tǒng)型式--散熱設(shè)備的選擇計(jì)算--系統(tǒng)水力計(jì)算（確定各管段的管徑、阻力、并聯(lián)環(huán)路的壓力平衡等）--出設(shè)計(jì)成果（設(shè)計(jì)說明書、繪制平面圖、系統(tǒng)圖、大樣圖、設(shè)計(jì)及施工說明等）。由于設(shè)計(jì)的內(nèi)容系統(tǒng)而復(fù)雜，牽涉面較廣，文章不能一一表述，故筆者就擇其一域，從熱負(fù)荷設(shè)計(jì)、系統(tǒng)形式確定、散熱器設(shè)計(jì)、水力計(jì)算設(shè)計(jì)四方面，來說明高層建筑室內(nèi)采暖設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

3.高層住宅室內(nèi)采暖設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 熱負(fù)荷設(shè)計(jì)

采取分戶熱計(jì)量設(shè)計(jì)的高層住宅室內(nèi)各房間采暖熱負(fù)荷計(jì)算包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量、冷風(fēng)滲透耗熱量和外門開啟沖入冷風(fēng)耗熱量。其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量是由基本耗熱量和附加耗熱量?jī)刹糠纸M成，計(jì)算中基本熱耗量和冷風(fēng)滲透耗熱量及外門開啟沖入冷風(fēng)耗熱量均可由各自對(duì)應(yīng)的公式計(jì)算得出，而附加耗熱量包括了朝向附加、風(fēng)力附加、高度附加，設(shè)計(jì)時(shí)各項(xiàng)附加應(yīng)按其占基本耗熱量的百分比來確定。設(shè)計(jì)時(shí)值得注意的是：①選用了高層分戶計(jì)量設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到用戶可根據(jù)不同使用時(shí)間來調(diào)節(jié)自己室內(nèi)的溫度，為滿足熱計(jì)量后溫度調(diào)節(jié)的需要，設(shè)計(jì)溫度可按相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提高2℃。②計(jì)算住宅圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱量時(shí)應(yīng)注意：外墻傳熱系數(shù)應(yīng)采用考慮熱橋作用后的平均傳熱系數(shù)；輕質(zhì)墻體應(yīng)結(jié)合供熱制度進(jìn)行修正；當(dāng)房間地面沿外墻有供熱管道地溝時(shí)，該房間可不計(jì)算地面耗熱量；地下室若不采暖頂板必須采取保溫措施，并計(jì)算其溫差傳熱量。③對(duì)于采用了分戶計(jì)量和分室控溫的設(shè)計(jì)，相鄰房間溫差大于或等于5℃時(shí)，應(yīng)注意計(jì)算通過隔墻或樓板的傳熱量。因?yàn)槿羿徥覠o(wú)人居住或間歇性采暖，由樓板或隔墻形成的傳熱量會(huì)加大負(fù)荷，所以計(jì)算時(shí)應(yīng)按常規(guī)計(jì)算的熱負(fù)荷再乘以一個(gè)適當(dāng)?shù)南禂?shù)來考慮該部分傳熱問題。④對(duì)于高層或超高層建筑而言，因建筑高度增加，要考慮熱壓和風(fēng)壓的綜合作用。室外風(fēng)速隨建筑高度的增加而加大，因?yàn)閷?duì)流換熱與室外風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速愈大傳熱愈快，所以風(fēng)速對(duì)耗熱量的影響有時(shí)不容忽視，必須通過計(jì)算確定。

3.2 系統(tǒng)形式確定

室內(nèi)供暖系統(tǒng)常用的有豎向分區(qū)式、雙線式和單雙管混合式，不同的系統(tǒng)都有各自適用的范疇和優(yōu)缺點(diǎn)，具體選用何種系統(tǒng)要綜合建筑實(shí)際因素而定。通常對(duì)新建集中供暖住宅的室內(nèi)系統(tǒng)，應(yīng)按分戶設(shè)置熱量表的熱計(jì)量計(jì)算結(jié)果和綜合建筑實(shí)際進(jìn)行確定，通常宜采用公共立管的分戶獨(dú)立分區(qū)式系統(tǒng)。而對(duì)建筑內(nèi)的公共用房和空間，應(yīng)單獨(dú)設(shè)置采暖，并設(shè)置熱計(jì)量裝置。需要注意的是集中供暖系統(tǒng)最低點(diǎn)的工作壓力超過相關(guān)規(guī)定時(shí)，應(yīng)采用可靠和符合節(jié)能要求的方法進(jìn)行豎向分區(qū)，并與熱源系統(tǒng)和室外管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)一致。另外，對(duì)高層建筑供暖系統(tǒng)管路的布置，要考慮到高層建筑供暖系統(tǒng)靜水壓力較大及層數(shù)較多時(shí)，垂直失調(diào)問題會(huì)更嚴(yán)重的事宜，設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合分析，有效的確定管路形式和敷設(shè)方式，使之符合國(guó)家規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)的同時(shí)，并做到靈活變通科學(xué)運(yùn)用。

3.3散熱器設(shè)計(jì)散熱器的選擇

目前，市場(chǎng)上的散熱器品種繁多，有鑄鐵散熱器、鋼制散熱器和鋁制散熱器等，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)，首先要依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》中提到的散熱器選擇問題——即規(guī)定“應(yīng)采用體型緊湊、便于清掃、使用壽命不低于鋼管的型式”；其次要針對(duì)系統(tǒng)的特性，了解不同散熱器的利弊，用其所長(zhǎng)，避其所短。

散熱器片數(shù)的確定：首先要依據(jù)公式計(jì)算確定散熱面積，假設(shè)修正系數(shù)β1為1，由公式f=Qβ1β2β3/k（tpj-tn）計(jì)算得出散熱面積，再根據(jù)每片散熱器的散熱面積f0，求出散熱器的片數(shù)，再乘以修正系數(shù)β1，即可得到室內(nèi)各房間散熱器的片數(shù)。

3.4 水力計(jì)算設(shè)計(jì)

室內(nèi)熱水采暖系統(tǒng)管路水力計(jì)算通常是按已知系統(tǒng)各管段的流量和參照選取的經(jīng)濟(jì)比摩阻，確定各管段的管徑，隨后按已知系統(tǒng)各管段的管徑和各管段的流量，確定該管段的水力損失。設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的是：①供暖系統(tǒng)的水力計(jì)算一般從系統(tǒng)中最不利循環(huán)環(huán)路開始，在完成最不利環(huán)路之后，可以開始其他分支循環(huán)環(huán)路的水力計(jì)算，但是它們之間計(jì)算的壓力損失相對(duì)差額（不包括各支路公用的管道）不應(yīng)大于正負(fù)15%。②對(duì)室內(nèi)供暖系統(tǒng)末端散熱設(shè)備設(shè)有室溫自動(dòng)調(diào)控裝置時(shí)，室溫調(diào)控裝置會(huì)隨著室溫的變化頻繁動(dòng)作，此時(shí)減少調(diào)控裝置動(dòng)作時(shí)的相互干擾，提高系統(tǒng)水力穩(wěn)定性同樣也是水力計(jì)算工作的重要目的。③為了平衡各并聯(lián)環(huán)路的壓力損失，可適當(dāng)提高某些近處支路的比摩阻和流速。④整個(gè)熱水供暖系統(tǒng)總的計(jì)算壓力損失，宜增加10%的附加值，以此確定系統(tǒng)必須的循環(huán)作用力。⑤設(shè)計(jì)者在水力計(jì)算過程中還要重點(diǎn)考慮室內(nèi)供暖系統(tǒng)壓力總損失值確定。室內(nèi)系統(tǒng)水力平衡度和水力穩(wěn)定性的提高與壓力總損失設(shè)計(jì)值有密切的關(guān)聯(lián)，而室內(nèi)供暖系統(tǒng)壓力總損失值越大越有利于提高散熱末端支路壓力損失占系統(tǒng)總損失的份額，進(jìn)而干管占系統(tǒng)壓力總損失份額也越小，則越容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)水力平衡和水利穩(wěn)定的要求。

4.結(jié)束語(yǔ)

高層住宅建筑采用熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖、分戶計(jì)量的方式，比較符合未來暖通行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。而筆者結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)論述的有關(guān)高層建筑室內(nèi)采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，僅供大家參考，不是一成不變的，在實(shí)際設(shè)計(jì)中要結(jié)合高層建筑本身的特點(diǎn)，綜合各方因素，選擇最優(yōu)采暖方案，降低能源浪費(fèi)，提高供熱的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，最大程度滿足居民舒適性生活的需求，才是建筑采暖設(shè)計(jì)的上上策。