超高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則探究

刁建美

鴻偉合創(chuàng)（廈門(mén)）建筑設(shè)計(jì)有限公司 福建 廈門(mén) 361001

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，摩天大樓越來(lái)越多。摩天大樓比一般建筑物復(fù)雜得多。由于超高層建筑比一般建筑要大得多，能容納更多的人，發(fā)揮更多的功能，因此超高層建筑在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮很多方面。暖通空調(diào)系統(tǒng)是摩天大樓功能的重要組成部分，它直接影響著大樓的使用。為了使空調(diào)行業(yè)與社會(huì)、環(huán)境、資源和諧發(fā)展，相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)我國(guó)的發(fā)展需要進(jìn)行合理的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[1]。

1 超高層建筑特征分析

建筑采暖是建筑內(nèi)部熱量的傳遞過(guò)程，使室內(nèi)環(huán)境得到適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，創(chuàng)造出舒適的居住環(huán)境。所有現(xiàn)代建筑都需要供暖，這是建筑最基本的功能?，F(xiàn)有供暖方式因建筑設(shè)計(jì)及地區(qū)不同而有較大差異。建筑通風(fēng)是另一項(xiàng)重要要求。通風(fēng)為建筑內(nèi)外提供空氣交換，帶來(lái)新鮮空氣，取代污染空氣，確保建筑內(nèi)部環(huán)境健康。高層建筑的采暖、通風(fēng)及空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接影響到建筑內(nèi)部的舒適程度，因此必須對(duì)高層建筑的空調(diào)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。近年來(lái)，我國(guó)建筑設(shè)計(jì)發(fā)展較快，但仍存在噪聲、公共空間等問(wèn)題。室內(nèi)空氣環(huán)境較差，噪音較大。高層建筑高度在100m以上，樓層越高，建筑內(nèi)部容積系數(shù)越低，建筑抵抗風(fēng)速越大。風(fēng)速會(huì)影響室內(nèi)環(huán)境，給使用者帶來(lái)不適。同時(shí)，高層建筑的風(fēng)速也會(huì)使建筑物內(nèi)產(chǎn)生較高的噪聲，嚴(yán)重影響人們的生活、休閑，影響人們的生活質(zhì)量。研究發(fā)現(xiàn)，15～25層高的建筑內(nèi)部環(huán)境相對(duì)較差，而這些建筑就是必須針對(duì)的對(duì)象。高層建筑雖然能有效節(jié)約土地、減輕居民負(fù)擔(dān)，但是高層建筑公共空間的減少會(huì)降低使用者的舒適度，因此必須保證建筑設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)概述

一般而言，“空調(diào)系統(tǒng)”包括制冷供暖、新風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)等。因此，從功能上講，暖通空調(diào)是建筑的一部分。就建筑設(shè)計(jì)而言，它是建筑設(shè)計(jì)的一部分。它不只是一種“空調(diào)”。建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)可分為中央空調(diào)系統(tǒng)和獨(dú)立空調(diào)系統(tǒng)。這取決于建筑的目的以及投資者的意圖和實(shí)際需要。暖通空調(diào)系統(tǒng)的種類(lèi)很多，但是其基本原理都是一樣的。常見(jiàn)的有分散式冷卻或加熱系統(tǒng)、熱泵系統(tǒng)、熱回收系統(tǒng)、冷風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、空氣-水系統(tǒng)、新鮮空氣系統(tǒng)和新鮮水系統(tǒng)。空氣-水系統(tǒng)通常使用冷凍水來(lái)去除空調(diào)空間內(nèi)顯熱負(fù)荷，同時(shí)通風(fēng)，保證空氣質(zhì)量，去除空間潛熱負(fù)荷。全空氣系統(tǒng)，它能滿(mǎn)足空調(diào)空間的所有要求（如加熱、加濕、降溫、除濕）。全通風(fēng)系統(tǒng)，包括風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組、聯(lián)合通風(fēng)機(jī)組或重力終端機(jī)組。其主要優(yōu)點(diǎn)是能適應(yīng)大部分建筑空調(diào)系統(tǒng)，并可靈活地應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)改造[2]。

3 超高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)原則

3.1 安全原則

暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循安全原則，即設(shè)計(jì)人員必須了解高層建筑實(shí)際情況，根據(jù)規(guī)劃確定防火分區(qū)，密切關(guān)注消防安全規(guī)劃，智能規(guī)劃通風(fēng)系統(tǒng)，確定風(fēng)道方向，確保符合消防安全規(guī)定，并使下一步施工順利進(jìn)行，通過(guò)智能規(guī)劃避免燃?xì)?、通信、電力等線(xiàn)路的碰撞。規(guī)劃時(shí)應(yīng)考慮使用后出現(xiàn)的問(wèn)題，確保安全隱患得到及時(shí)解決。分析與評(píng)估應(yīng)結(jié)合暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，找出改善系統(tǒng)運(yùn)行安全性的可能途徑。暖通空調(diào)系統(tǒng)的復(fù)雜性要求對(duì)能源進(jìn)行有效的管理，科學(xué)設(shè)置通風(fēng)與保護(hù)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)與監(jiān)測(cè)，及時(shí)消除安全隱患。

3.2 可實(shí)施性原則

暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循可行性原則，即根據(jù)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，確保系統(tǒng)可行性。為了提高設(shè)計(jì)的合理性，在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)采取適當(dāng)?shù)囊?guī)范。由于暖通空調(diào)系統(tǒng)具有制冷與供暖雙重功能，能耗高，對(duì)環(huán)境影響較大，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注重環(huán)境保護(hù)，落實(shí)暖通空調(diào)的具體設(shè)計(jì)要求，保證室內(nèi)溫度、濕度、改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。

3.3 節(jié)能與環(huán)境保護(hù)原則

超高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須克服以往發(fā)展模式的弊端，順應(yīng)綠色發(fā)展趨勢(shì)，遵循綠色設(shè)計(jì)原則，達(dá)到綠色設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)低能耗、循環(huán)利用。在正確認(rèn)識(shí)超高層建筑能耗的基礎(chǔ)上，空調(diào)系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)包括新產(chǎn)品、新技術(shù)的使用、節(jié)能措施的具體分析。太陽(yáng)能、地?zé)岬茸匀毁Y源具有可再生性，應(yīng)按照節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)原則，充分利用可再生資源，減少不必要的電力消耗，確保超高層建筑的經(jīng)濟(jì)效益，合理控制成本，確保工程效果。

3.4 衛(wèi)生舒適度原則

暖通空調(diào)系統(tǒng)以調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度為主要功能，適宜的溫度對(duì)優(yōu)化居住環(huán)境起著重要作用。因此，在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須以健康、舒適為原則，選用環(huán)保型材料，以避免對(duì)人體健康造成危害，同時(shí)也能極大地改善建筑側(cè)翼的居住環(huán)境。超高層建筑暖通空調(diào)耗能高峰出現(xiàn)在冬季、夏季，而超高層建筑則存在較大的能耗高峰。因此，通過(guò)設(shè)計(jì)提高空調(diào)控制效率非常重要，因?yàn)槠涓叨鹊倪m應(yīng)性使其操作更加容易。在運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)的過(guò)程中，必須了解建筑物的基本特性，提高自動(dòng)化技術(shù)的適應(yīng)性。自動(dòng)化技術(shù)最大的好處就是減少了人力資源的使用。

3.5 經(jīng)濟(jì)性原則

在超高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了保證設(shè)計(jì)達(dá)到節(jié)能要求，必須首先考慮效率問(wèn)題。設(shè)計(jì)師應(yīng)該把兩者結(jié)合起來(lái)。例如，在選擇材料時(shí)，要充分了解市場(chǎng)，選擇成熟的生產(chǎn)廠(chǎng)家，確保材料符合相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，保證價(jià)格優(yōu)勢(shì)，避免盲目選擇早期材料。選擇設(shè)備時(shí)，一定要確保設(shè)備可靠，工作正常。

3.6 整體性原則

整體性原則應(yīng)從建筑整體、全局、全專(zhuān)業(yè)角度出發(fā)，在滿(mǎn)足建筑使用需求和人員舒適度的前提下，合理選擇暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)方案，提高建筑節(jié)能減排整體水平。如結(jié)合建筑設(shè)計(jì)、室內(nèi)外裝飾合理選擇系統(tǒng)方案、遵循設(shè)計(jì)規(guī)范實(shí)現(xiàn)不同建筑溫度調(diào)節(jié)功能、全面、系統(tǒng)地分析和計(jì)算運(yùn)行區(qū)域，確定科學(xué)的控制管理模式[3]。

4 超高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題

4.1 暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)性

現(xiàn)代高層建筑在設(shè)計(jì)、安裝階段應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況全面了解室內(nèi)環(huán)境，收集各種信息，提高設(shè)計(jì)合理性。空調(diào)系統(tǒng)能否繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，主要取決于兩個(gè)因素：①設(shè)計(jì)方案是否符合實(shí)際情況；②節(jié)能優(yōu)化方案的合理性和可行性；在節(jié)能優(yōu)化方案設(shè)計(jì)上，相關(guān)規(guī)劃部門(mén)應(yīng)通過(guò)合作研究，采取針對(duì)性措施。因此，應(yīng)將新管理理念融入設(shè)計(jì)中，積極引進(jìn)新技術(shù)，測(cè)試新設(shè)備，解決設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的諸多問(wèn)題。

4.2 不合理使用暖通空調(diào)系統(tǒng)

暖通空調(diào)系統(tǒng)是超高層建筑中非常重要的一部分，它已經(jīng)成為人們生活和工作的重要組成部分。然而，由于暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，大多數(shù)建筑對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的維護(hù)往往忽視，從而導(dǎo)致其維護(hù)工作出現(xiàn)困難。因此，空調(diào)系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，不可避免地會(huì)影響其穩(wěn)定性，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。另外，部分用戶(hù)使用模式不規(guī)范、隨意性較強(qiáng)，給暖通空調(diào)系統(tǒng)帶來(lái)不利影響。目前我國(guó)高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)使用情況的研究表明，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備故障或部分功能不能正常工作，主要是人為因素造成的，嚴(yán)重影響了建筑節(jié)能。

4.3 缺乏專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的操作管理

超高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有樓層高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，需要專(zhuān)業(yè)人員對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化、系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)。然而，在實(shí)際操作中，為了節(jié)省安裝、規(guī)劃和管理費(fèi)用，建筑師和營(yíng)建者往往對(duì)技術(shù)人員缺乏嚴(yán)格的管理與監(jiān)督，一些非系統(tǒng)化和非專(zhuān)業(yè)人員對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的維護(hù)活動(dòng)造成了資源利用率低、能源浪費(fèi)等問(wèn)題。因此，為了保證 HVAC系統(tǒng)正常運(yùn)行，必須加強(qiáng)技術(shù)人員的技術(shù)知識(shí)。培訓(xùn)應(yīng)側(cè)重于專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)際工作技能的評(píng)估。嚴(yán)格的培訓(xùn)與評(píng)估是確保暖通空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的唯一途徑[4]。

5 綠色節(jié)能在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

5.1 自然通風(fēng)法

自然通風(fēng)是改善室內(nèi)空氣質(zhì)量和舒適度的原始有效途徑；通風(fēng)不消耗資源，不產(chǎn)生污染，對(duì)環(huán)境保護(hù)有很大的作用，因此在現(xiàn)階段，如何實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)技術(shù)是為了改善人們的生活條件。因此，應(yīng)加強(qiáng)自然通風(fēng)技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，根據(jù)不同地區(qū)的實(shí)際需求，建立有效的自然通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用機(jī)制，促進(jìn)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)與安裝。如采用自然通風(fēng)技術(shù)時(shí)，應(yīng)利用風(fēng)壓進(jìn)行操作，以保證室內(nèi)空氣流通，使居住環(huán)境更加綠色環(huán)保，提高呼吸舒適度與放松度。在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，為了排出室內(nèi)暖氣和自然通風(fēng)，應(yīng)在室內(nèi)上部設(shè)置可調(diào)節(jié)的開(kāi)口。

5.2 蓄能系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用

將儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用于建筑工程，能有效地降低整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的能耗，動(dòng)態(tài)調(diào)整室內(nèi)環(huán)境控制因素，達(dá)到綠色宜居建筑的目的。建筑空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)節(jié)能設(shè)計(jì)，能更加立體地體現(xiàn)建筑空調(diào)系統(tǒng)的功能，直觀(guān)地分析不同類(lèi)型能源的實(shí)際使用路徑。儲(chǔ)能系統(tǒng)在節(jié)能減排方案上的創(chuàng)新應(yīng)用，使空氣凈化效果更加穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境溫度、濕度進(jìn)行更好的控制，使儲(chǔ)能系統(tǒng)真正的效益更加明顯。然而，中央控制系統(tǒng)在使用儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)，必須準(zhǔn)確地輸入、輸出各種環(huán)境指標(biāo)，保證各空調(diào)設(shè)備之間的連接穩(wěn)定。許多儲(chǔ)能系統(tǒng)都能準(zhǔn)確地輸出各種控制信號(hào)，對(duì)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)故障進(jìn)行檢測(cè)報(bào)告，統(tǒng)計(jì)分析實(shí)際能耗。儲(chǔ)能系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用能夠確保穩(wěn)定性和減少事故發(fā)生的可能性。改善門(mén)窗的使用價(jià)值，大增熱回收技術(shù)，提供更低碳環(huán)保的建筑氣候管理方法。

5.3 可再生能源空調(diào)的推廣應(yīng)用

近年來(lái)，可再生能源主要包括太陽(yáng)能、水電、風(fēng)能等。隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，可再生能源的利用也日趨成熟，而可再生能源空調(diào)在未來(lái)的發(fā)展中起著越來(lái)越重要的作用。從另一個(gè)角度來(lái)看，高層建筑采用可再生能源時(shí)，首先要合理利用風(fēng)，利用自然風(fēng)為空間提供必要的能源，減少能源消耗，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。在超高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)中，可再生能源的應(yīng)用可能非常廣泛，需要相關(guān)人員不斷地研究和創(chuàng)新。在這些方面得到落實(shí)后，超高空建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)質(zhì)量將得到改善。

5.4 智能空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

通過(guò)智能空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用于超高層建筑，結(jié)合實(shí)際建筑特點(diǎn)對(duì)智能空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可達(dá)到以下目的。

首先，比較幾種建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，選擇最佳參數(shù)和結(jié)構(gòu)，使能耗降到最低。其次，為了提高系統(tǒng)響應(yīng)效率，通過(guò)減少控制步數(shù)，模擬建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)及其運(yùn)墻結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)等形式的被動(dòng)節(jié)能方式，利用智能空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果的規(guī)劃與調(diào)整。

5.5 空調(diào)機(jī)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在現(xiàn)代建筑工程中，超高層建筑一般都會(huì)設(shè)置智能暖通系統(tǒng)，而智能暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更是重中之重。在當(dāng)今社會(huì)，設(shè)計(jì)人員一般都會(huì)采用自動(dòng)空調(diào)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，其主要應(yīng)用理念是實(shí)時(shí)控制風(fēng)機(jī)技術(shù)和電動(dòng)閥門(mén)技術(shù)，通過(guò)這兩種技術(shù)的結(jié)合，降低暖通空調(diào)系統(tǒng)的能耗。除此之外，在螺桿式冷水機(jī)組區(qū)域之外，其他區(qū)域也需要設(shè)置冷熱源系統(tǒng)，在回水管中建立和設(shè)計(jì)旁路裝置，同時(shí)還要考慮電動(dòng)二通閥的設(shè)計(jì)。另外還有一種情況，那就是暖通空調(diào)系統(tǒng)直接服務(wù)于多個(gè)行業(yè)，這就需要在多個(gè)管道上安裝計(jì)量裝置和閥門(mén)，為空調(diào)自控系統(tǒng)的運(yùn)行提供便利。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)對(duì)于人們的現(xiàn)代生活具有十分重要的意義，它使人們的居住環(huán)境更加稱(chēng)心如意，生活品質(zhì)得到提高，同時(shí)積極運(yùn)用節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)理念，保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)節(jié)能降耗效果的不斷提高，切實(shí)踐行可持續(xù)發(fā)展觀(guān)念。