高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計探討

趙奕瑄 陶寒冰 任邦華 石賽琦 陳國梁

摘要：為了充分滿足現(xiàn)代人對高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的要求，提高高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計質(zhì)量，需要不斷完善暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計?；诖?，該文通過對暖通空調(diào)的簡單介紹，分析了高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)當(dāng)堅持的基本原則，并提出了暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵點，最后結(jié)合案例分析，探討了高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)注意的事項，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑??暖通空調(diào)??系統(tǒng)設(shè)計??注意事項

中圖分類號：TU83??文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A???文章編號：1672-3791（2022）06（b）-0000-00

現(xiàn)代社會發(fā)展過程中，中國建筑工程在慢慢朝著大、高與應(yīng)用功能復(fù)雜的建筑形式發(fā)展，這盡管節(jié)約了土地資源，為人們帶來了舒適、便捷、安全的使用空間，不過對建筑設(shè)計提出了嚴(yán)格的要求。在這之中，暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計是高層建筑設(shè)計中的重難點部分。暖通空調(diào)系統(tǒng)主要是調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的，假設(shè)系統(tǒng)設(shè)計缺乏合理性，那么就會造成能耗增加、舒適度削弱等問題發(fā)生，繼而影響到居民對建筑的使用感。此次就針對高層建筑暖通系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)問題展開了研究與論述，旨在提升暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量，防止系統(tǒng)運行能耗增加，影響居民正常工作與生活。

1??暖通空調(diào)簡介

所謂暖通空調(diào)就是對房屋建筑工程中的空氣、暖氣以及通風(fēng)起到調(diào)節(jié)性作用的一種設(shè)備。這些年來，經(jīng)過各種分支技術(shù)研究的持續(xù)深入，暖通空調(diào)得到了快速發(fā)展與進(jìn)步，而且也獲得了充分的應(yīng)用。過去經(jīng)過水力定流系統(tǒng)運行的暖通空調(diào)已然無法滿足現(xiàn)代房屋高層建筑需求，因此在相關(guān)研究人員努力研究的情況下，變流系統(tǒng)和變風(fēng)量系統(tǒng)出現(xiàn)在人們的視線中。經(jīng)過嚴(yán)格把控電動調(diào)節(jié)閥與風(fēng)閥實現(xiàn)對房屋高層建筑環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)與控制。經(jīng)過進(jìn)一步研究傳感器和控制器等各種元器件以后，持續(xù)借助其功能達(dá)到智能化操控暖通空調(diào)的調(diào)節(jié)閥，從而出現(xiàn)分布式控制體系，促使暖通空調(diào)系統(tǒng)分散性獨立控制得以實現(xiàn)，提高暖通空調(diào)控制能力。經(jīng)過仔細(xì)研究與分析各種數(shù)據(jù)表明，暖通空調(diào)處理空氣的整個流程是引入新風(fēng)、冷卻空氣、過濾處理[1]。在暖通空調(diào)持續(xù)發(fā)展的過程中，添加了適應(yīng)時代發(fā)展的特征，也就是電子除塵器與加濕設(shè)備。前者經(jīng)過捕捉分散于空氣里面的灰塵以及漂浮物，經(jīng)過過濾以后，全面清潔污染物;后者可以讓人們居住的環(huán)境濕度始終控制在40%左右，讓人們獲得更好的居住體驗。

2??設(shè)計需要遵循的基本原則

首先，在實際設(shè)計高層建筑暖通空調(diào)的環(huán)節(jié)中，理應(yīng)先增加對相關(guān)設(shè)計方案經(jīng)濟(jì)性的關(guān)注力度，在某種條件下，需要在設(shè)施設(shè)備和安裝等方面保證資金的使用，要具備一定的科學(xué)性與合理性。再者，應(yīng)當(dāng)增加對暖通空調(diào)運行過程中導(dǎo)致的能耗問題的關(guān)注度，通過本地區(qū)節(jié)能部門與實際情況的具體要求作為基礎(chǔ)，設(shè)計不一樣的方案，把方案展開比較，選擇最科學(xué)以及最具經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計方案[2]。其次，高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計方案應(yīng)當(dāng)保證方案設(shè)計本身具有可信性，實現(xiàn)高層建筑高質(zhì)量服務(wù)。設(shè)計方案中，每一項設(shè)備的指標(biāo)需要與中國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定相吻合，而且所設(shè)計出來的方案應(yīng)當(dāng)思考到高層建筑本身的情況[3]。

高層建筑設(shè)置暖通空調(diào)系統(tǒng)的過程中，通過調(diào)節(jié)的方式通常分成手動與自動化調(diào)節(jié)兩種調(diào)節(jié)法。后者在安裝過程中，要花費很多的資金，不過在后續(xù)使用過程中就可以減少人力投入成本，與此同時自動化調(diào)節(jié)的暖通空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)效果比起手動調(diào)節(jié)方式好很多，同時在近期得到了相當(dāng)多人的認(rèn)可，并且各地方節(jié)能部門均已經(jīng)逐漸開始推廣與支持自動化調(diào)節(jié)方式。

3??暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵點

3.1??加強(qiáng)準(zhǔn)備工作

高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計工作者在進(jìn)行設(shè)計工作以前，需要詳細(xì)了解建筑內(nèi)部情況，還有周邊環(huán)境情況。根據(jù)融合建筑環(huán)境及其建筑本身內(nèi)部設(shè)施特征，選取良好的供暖入口，嚴(yán)格檢查建筑風(fēng)力情況以及陽光照射情況，和空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)節(jié)中導(dǎo)致的負(fù)荷數(shù)據(jù)融合，將其看作空調(diào)供暖入口選取的關(guān)鍵依據(jù)。高度不相同的建筑需要采取差異化的設(shè)計方案，結(jié)合高層建筑使用人數(shù)與實際應(yīng)用情況精準(zhǔn)計算空調(diào)系統(tǒng)運行負(fù)荷。最核心的是需要合理劃分防火和防煙分區(qū)，設(shè)置擋煙垂壁與防火墻。

3.2??設(shè)計規(guī)劃合理

目前，高層建筑設(shè)計方案絕大多數(shù)選取的形式為輻射式，和吊頂系統(tǒng)與替換送風(fēng)系統(tǒng)融合，實現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)，讓春夏秋冬均可以嚴(yán)格控制室內(nèi)溫度，滿足人們對溫度的需求。不過，暖通空調(diào)系統(tǒng)安裝過程中，管道與暖通設(shè)備會占據(jù)一些室內(nèi)空間，所以設(shè)計工作者需要具體掌握好高層建筑室內(nèi)結(jié)構(gòu)，科學(xué)規(guī)劃管道，合理鋪設(shè)暖通設(shè)備，確保室內(nèi)溫度穩(wěn)定，降低資金投入。

3.3??科學(xué)挑選循環(huán)水泵

在進(jìn)行設(shè)計工作的階段，相關(guān)設(shè)計師需要先了解高層建筑實際需求，把其當(dāng)成前提和基礎(chǔ)，科學(xué)挑選空調(diào)循環(huán)水泵。打個比方，水泵容量相當(dāng)大，除去會導(dǎo)致投資成本增加，也會導(dǎo)致運行成本增加的情況發(fā)生。運用暖通空調(diào)系統(tǒng)以前，應(yīng)當(dāng)精準(zhǔn)計算水利平衡數(shù)據(jù)信息，嚴(yán)禁發(fā)生水利失調(diào)的情況;合理區(qū)分循環(huán)阻力與靜水壓力，降低產(chǎn)生因為數(shù)據(jù)混淆出現(xiàn)不良現(xiàn)象的幾率。設(shè)計人員在系統(tǒng)設(shè)計過程中，需要對各個時間冷負(fù)荷與水泵揚(yáng)程加以調(diào)整，調(diào)節(jié)定速泵臺數(shù)，嚴(yán)格把控水泵速度，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

3.4??室內(nèi)參數(shù)設(shè)計

諸多高層建筑均是綜合性商業(yè)建筑，其特征就是建筑空間較大、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在不一樣的功能區(qū)分中，對于暖通空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)參數(shù)設(shè)計要求也有一定的差別。通常而言，在商鋪區(qū)域，夏天的溫度最好控制在26到28℃，冬天的溫度控制在16到18℃;夏天濕度控制在65%以內(nèi)，冬天濕度控制在30%左右;新風(fēng)量控制在20m3/（h.p）;噪音控制在60dB（A）。步行街和公共區(qū)域內(nèi)，夏天的溫度控制在28℃，冬天的溫度控制在16到18℃;夏天濕度控制在65%左右，動態(tài)的濕度控制在30%左右;新風(fēng)量和噪音標(biāo)準(zhǔn)與上述保持一致。在餐飲和娛樂區(qū)域，夏天溫度控制在24到27攝氏度，冬天的溫度控制在18到22攝氏度;夏天濕度和冬天的濕度與上述保持一致;新風(fēng)量同樣如此[4]。

4??高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計案例分析

此次以某高層建筑為例，該建筑面積為12萬m2，設(shè)置了3層地下室，地上部分總計有50層，地下部分設(shè)置多是車庫以及設(shè)施設(shè)備儲存室，地上1層是大廳，地上2層到4層是餐飲和商業(yè)，地上5層到50層是辦公區(qū)，另外建筑還設(shè)置了避難層，方便人們發(fā)生突發(fā)情況時，轉(zhuǎn)移場地。當(dāng)前根據(jù)建筑實際情況，對高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計展開全面分析。

4.1??功能區(qū)暖通設(shè)計參數(shù)

此次高層建筑關(guān)鍵有餐飲區(qū)、商業(yè)區(qū)以及辦公區(qū)這三個功能區(qū)域，在這之中，餐飲區(qū)的夏季溫度設(shè)置為26到28℃、濕度設(shè)置為6%以內(nèi)，冬季溫度設(shè)置為18到22℃;商業(yè)區(qū)域，夏季溫度設(shè)置為26到28℃，濕度設(shè)置為65%以內(nèi)，冬季溫度設(shè)置為16到18℃;辦公區(qū)域，夏季溫度設(shè)置為24到26℃，濕度設(shè)置為45%到55%左右，冬季的溫度設(shè)置為21到23℃，濕度設(shè)置為45%以內(nèi)。設(shè)計工作人員在實際設(shè)計過程中，需要嚴(yán)格根據(jù)綜上所說的參數(shù)進(jìn)行。

4.2空調(diào)負(fù)荷設(shè)計

4.2.1??照射強(qiáng)度。

高層建筑所受到的照射越強(qiáng)，則大氣的透明程度就越高。此次高層建筑使用玻璃幕墻，會受到陽光照射很大的影響，因而在開展負(fù)荷計算的時候，需要使用這些舉措：1.夏天的時候，西面的房間空調(diào)負(fù)荷需要在原本基礎(chǔ)之上提高10%，冬天的時候，負(fù)荷需要減少5%;2.冬天的時候，北面的房間空調(diào)負(fù)荷需要在原本的基礎(chǔ)之上提高10%;3.對外遮陽造成的影響無需思考，只是當(dāng)成一種富余系數(shù)。

4.2.2??熱壓

冬天來臨，由于存在熱壓作用，室外的冷空氣會不斷進(jìn)入室內(nèi)，從而減少底層房間的溫度。為了防止冷空氣持續(xù)進(jìn)入，確保人們使用舒適性，應(yīng)當(dāng)開展這些方面的設(shè)計：首先，在建筑的出入口位置設(shè)置旋轉(zhuǎn)門;其次，在建筑的樓梯間進(jìn)出門安裝彈簧門;最后，需要在地上一層安裝供暖設(shè)施。

4.2.3??室外風(fēng)速

眾所周知，風(fēng)速對于高層建筑放熱系統(tǒng)有一定的影響，由于風(fēng)速與建筑高度存在正相關(guān)關(guān)系，在風(fēng)速增加時，會出現(xiàn)大的漩渦氣流，造成放熱系統(tǒng)持續(xù)增長。據(jù)此，按照現(xiàn)有資料，在計算分析冷負(fù)荷的過程中，無需思考風(fēng)速造成的影響;在分析計算熱負(fù)荷時，把15層作為豎向分區(qū)，而每增長一個豎向分區(qū)就需要增加5%的放熱系數(shù)。

4.2.4??冬季溫度計算

有關(guān)資料表明，高度每增長100?m，那么溫度就會減少1?℃。鑒于該種情況，相關(guān)設(shè)計工作人員在計算分析熱負(fù)荷的過程中，應(yīng)當(dāng)及時修正溫度。盡管其對于建筑的影響并不大，不過和暖通空調(diào)系統(tǒng)運行緊密相連，因而應(yīng)當(dāng)增加對其的關(guān)注度。

4.3??水系統(tǒng)分區(qū)設(shè)計

對水系統(tǒng)來說，通常是根據(jù)工作壓力加以分區(qū)的，伴隨建筑高度持續(xù)增加，水靜壓上升，資料表示，假設(shè)管材與設(shè)施設(shè)備工作壓力超過2.0?MPa，就會提高工程造價成本。該次設(shè)計把水系統(tǒng)劃分為低、中、高三個區(qū)。在這之中，低區(qū)就是地上2層到22層;中區(qū)就是地上23層到36層;高區(qū)就是地上37層到50層。在地上22層設(shè)置換熱站，經(jīng)過該設(shè)計，可以把工作壓力控制在2.0?MPa以內(nèi)。為了避免高區(qū)二次供水溫度高，把高區(qū)換熱設(shè)置也設(shè)計在地上22層，利用制冷機(jī)組提供一次水，詳細(xì)的方式就是：第一，供回水系統(tǒng)溫差設(shè)置在65?℃，低區(qū)是由制冷機(jī)組開展供回水;第二，中高區(qū)都是由地上22層位置換熱站展開供回水。經(jīng)過該種設(shè)計，可以充分滿足高區(qū)供水溫度需求，還可以增強(qiáng)制冷機(jī)組運行效率。

4.4??空調(diào)通風(fēng)控制設(shè)計

4.4.1??冷水機(jī)組和水系統(tǒng)

針對建筑冷凍機(jī)房，此該種控制法需要設(shè)計師在實際設(shè)計環(huán)節(jié)中采取就地控制方式，繼而有效輔助中控室加以嚴(yán)格的監(jiān)督和控制。機(jī)組和水泵等使用連鎖運行的模式，根據(jù)如下順序開啟，即水泵、冷凝器、冷卻塔、風(fēng)機(jī)、一次泵、蒸發(fā)器、二次泵、機(jī)組。高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)自動化控制將供回水總管溫度作為主要依據(jù)，準(zhǔn)確計算空調(diào)負(fù)荷數(shù)據(jù)信息，并且嚴(yán)格把控機(jī)組和水泵數(shù)目與組合，累計機(jī)組和水泵運行時間，借此達(dá)到輪時啟動的目的。蒸發(fā)器出水管位置需要設(shè)置水流開關(guān)，與主機(jī)間進(jìn)行連鎖。假設(shè)管內(nèi)的水無法流動，那么主機(jī)就會自行暫停運行。對空調(diào)水系統(tǒng)，關(guān)鍵采取二次泵嚴(yán)控變流量，一次水系統(tǒng)使用定流量進(jìn)行控制，而總管之間安裝平衡管，將水環(huán)路壓差當(dāng)成重要依據(jù)進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，如此可以讓系統(tǒng)處在正常的運行狀態(tài)中，繼而獲得理想中的節(jié)能之效。

4.4.2??處理裝置和風(fēng)系統(tǒng)

中央控制主要是為了嚴(yán)控新風(fēng)處理裝置，采取輔助就地控制方法。機(jī)組加濕器和水閥、風(fēng)閥和送風(fēng)機(jī)進(jìn)行連鎖，于出水管組織有關(guān)工作人員合理安裝平衡閥，通過水流量的變化達(dá)到嚴(yán)格控制送風(fēng)的溫度。風(fēng)機(jī)盤管控制方法就是中央控制方式，于中控室進(jìn)行遠(yuǎn)程群控。控制系統(tǒng)是由電動二通閥、三速開關(guān)、溫控裝置構(gòu)成的。系統(tǒng)正式運轉(zhuǎn)的時候，溫控裝置對溫度信號加以比較，并且將比較結(jié)果作為主要依據(jù)輸出電壓，合理控制二通閥動作，經(jīng)過對水流量的變化精準(zhǔn)把控室內(nèi)溫度，以三速開關(guān)調(diào)節(jié)出風(fēng)風(fēng)速。安裝二氧化碳探測裝置與溫濕度傳感器等，及時收集且比較每一項參數(shù)設(shè)置，比如二氧化碳濃度、新風(fēng)溫濕度，以此調(diào)節(jié)風(fēng)閥開度，保證系統(tǒng)運行處在良好的狀態(tài)中。

4.4.3??通風(fēng)與排煙系統(tǒng)

經(jīng)過安裝一氧化碳探測裝置，嚴(yán)格把控風(fēng)系統(tǒng)開啟、關(guān)閉和風(fēng)機(jī)運行數(shù)量，與此同時嚴(yán)格監(jiān)測風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)，借此達(dá)到自動化預(yù)警的目的。假設(shè)出現(xiàn)火災(zāi)，傳感器可以及時向控制中心傳遞信號，系統(tǒng)會自行開啟排煙裝置，并聯(lián)動和其有關(guān)的一切裝置，及時切斷電源。

5??高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)注意事項

5.1??通風(fēng)系統(tǒng)方面

在高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中，比較重要的一個內(nèi)容就是通風(fēng)系統(tǒng)。在一年四季中，優(yōu)質(zhì)的通風(fēng)舉措能夠取代空調(diào)系統(tǒng)。且通風(fēng)能不能流暢影響著使用人員工作與生活的舒適性，因而要想防止建筑裝修材料污染室內(nèi)空氣質(zhì)量，那么在系統(tǒng)設(shè)計過程中就需要注意到通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計工作，增強(qiáng)通風(fēng)性能。按照當(dāng)前的研究數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)下空調(diào)系統(tǒng)通風(fēng)不但能源消耗大，同時局部通風(fēng)做得并不到位，主要是因為高層建筑環(huán)境復(fù)雜，故而必須要設(shè)計人員按照實況合理優(yōu)化設(shè)計，方可促進(jìn)暖通空調(diào)具備優(yōu)質(zhì)的通風(fēng)[5-6]。

5.2??環(huán)境壓力方面

新時代發(fā)展對環(huán)境保護(hù)有很高的關(guān)注度，高層建筑環(huán)境保護(hù)理念表現(xiàn)在各個方面，材料選取，設(shè)計施工能耗減少均表現(xiàn)了這一點，因此對一些已經(jīng)明確的氟利昂和對大氣有害的氣體是嚴(yán)禁作為空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)介質(zhì)的，如此便影響到了空調(diào)設(shè)備的挑選，需要注意到多種氟利昂制冷劑的工藝要求，避免使用禁用產(chǎn)品。高層建筑空調(diào)設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)承擔(dān)起環(huán)保的責(zé)任，思考到成本與用戶承受力，不但需要防止出現(xiàn)不必要的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，還需要保護(hù)好環(huán)境，思考到成本的廢氣、水、噪音等帶來的影響。

6??結(jié)語

總而言之，要想確保居民具備優(yōu)質(zhì)的居住環(huán)境，那么就應(yīng)當(dāng)增加對暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)注度，讓高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計與建筑實際需求相符，并且需要把多種技術(shù)相融，提升暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計水平。因而，在設(shè)計暖通空調(diào)系統(tǒng)的過程中，需要選擇最合適的設(shè)計方案，積極引進(jìn)最新的技術(shù)與成功的經(jīng)驗，確保設(shè)計方案合理性與科學(xué)性，保證暖通空調(diào)系統(tǒng)安裝能夠發(fā)揮應(yīng)有之效。

參考文獻(xiàn)

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