超高層建筑暖通空調系統設計的研究

魏鵬飛

合肥工業大學設計院（集團）有限公司，安徽合肥 230000

在社會經濟與科技快速發展的環境下，超高層建筑的數量逐漸增多。與常規建筑相比，超高層建筑的結構要更加復雜，其體型較為龐大，可容納的人員數量以及承擔的功能也比常規建筑要多，同時，超高層建筑設計中需要注意的問題也非常多。尤其是超高層建筑的消防設計，在整個超高層建筑設計過程中，是非常關鍵的一個環節，若設計中沒有對可能會出現的各種消防問題進行充分的考慮，且在設計中未設置規避這些消防問題的設施，會給建筑物內人們的財產與生命安全構成極大的威脅。

1 工程概況

本工程項目位于某市的CBD的新核心區，是新金融總體規劃的重要部分之一，該工程項目建設的總用地面積達到了8270㎡，在經過一系列的測量與計算，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與員工餐廳，5～3層為配套設備用房以及車庫。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、銀行營業廳、會所業態以及商業，商業服務與金融辦公室其主要的功能，預計將該建筑打造成一座多功能高端、高科技智能型、綠色環保與信息化的地標性建筑，在設計過程中，主要參考的是綠色三星級標準，獲得國際LEED金級認證是其設計的主要目標。如圖1為超高層建筑主要功能區室內設計參數。

表1 主要功能區室內設計參數

2 設計參數

2.1 室外設計參數

2.1.1 夏季室外設計參數

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

2.1.2 冬季室外設計參數

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

3 超高層建筑的特點

3.1 室內環境較差、噪聲大

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

3.2 公共交流空間小

從上述的內容中，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的空間將變小。雖然超高層建筑對于緩解當前國內人口居住壓力，并實現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的空間非常有限，建筑內部的環境也比較封閉，進而降低了使用者的舒適度[1]。

4 超高建筑暖通空調系統設計中存在的問題

4.1 設計人員專業素養不足，安全意識淡薄

設計人員自身素質的高低對超高建筑暖通空調的安全性影響極大。在超高層建筑暖通設計的過程中，設計人員整體的專業素質水平良莠不齊，不僅容易引發超高層建筑中暖通空調系統的安全事故，還會給其設計的質量造成嚴重的影響。

4.2 超高層建筑暖通空調系統設計圖紙過于形式化

在超高層建筑工程施工的過程中，暖通空調設計圖紙主要起到指導的作用?；诖?，要對暖通控設計圖紙的合理性加以重視。詳細標注暖通空調系統設計圖紙上的每一個細節，同時，還要對超高層建筑工程施工中需要應用到的材料的類型、規格做注釋。而在實際中，不少的工作人員忽視了設計圖紙在超高層建筑工程中的作用，在設計圖紙上標注的細節與各材料的規格也不夠詳細，導致其指導作用不能得到有效的發揮，甚至還可能會誤導施工人員，從而給施工的安全與質量構成了嚴重的影響。

5 超高層建筑暖通空調管線與設備的設計

5.1 暖通空調系統的類型

在超高層建筑中，暖通空調系統可以分為空氣-水暖通空調系統、全空氣暖通空調系統以及全水暖通空調系統這三種類型。其中，全空氣暖砼空調系統是當前城市建筑中應用范圍比較廣泛的一種空調系統，由空壓機對其濕度與溫度進行調節，要調節室內環境，需要通過空氣的變化才可以實現，而室內的濕度與溫度是空氣的關鍵要素。（2）全水暖通空調系統的主要功能是基于水的熱能交換作用，對超高層建筑中的空氣進行調節。因全水暖通空調系統具有調節室內環境的濕度大小與溫度高度，且在實際應用的過程中，還可以有效改善空氣的質量，被廣泛應用于高層建筑中。（3）空氣-暖通空調系統主要是基于冷水與空氣的熱交換的作用，對高層建筑室內的濕度、溫度以及環境進行調節，通過將空調中的熱量交換處理，有效改善室內的環境現狀。

5.2 暖通空調管線的設計

在超高層建筑的暖通空調設計中，管道的種類與數量都非常多，在當前的超高層建筑的暖通空調系統中主要應用的管道有配電線管道、空氣管道、排水管道、中水管道、燃氣管道、給水管道、各種電纜與熱力管道。在超高層建筑的暖通空調的實際設計過程中，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的情況，對線路的走位與施工關系的分布進行充分的考慮。若超高層建筑中的某一個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的可能性，這對于暖通空調系統功能的正常發揮會產生不利的影響。因此，為防止出現交叉的情況，需要從整體出發，在設計各管線與管路時，要結合施工現場的情況與建筑工程的建設標準要求，以及暖通空調系統的特性，合理安排每一種管線的位置。

5.3 暖通空調風管的設計

風管設計是整個超高層建筑暖通空調設計過程中最關鍵的一個環節，其對于提高建筑物使用者對公共空間滿意度與舒適度，具有非常重要的意義。在確定風管吊頂高度的過程中，應當參考界面的長度。在風管的實際設計中，要遵守走向越短越好的設計原則，盡可能地減少風管的長度[2]。這是因為采用長度較長的風管走向，會增加后續風管施工的難度，且還可能會引發風管與其他管線交叉錯位的情況。同時，還要對各種的設備與管線進行合理化的規劃及布置，擴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的設計

6.1 應對超高層建筑暖通空調噪音的設計措施

為了有效解決超高層建筑室內風環境差與噪聲大的問題，在暖通空調的實際設計過程中，要注重其空調噪音的產生。一般情況下，超高層建筑的暖通空調設計常需要應用較大風量的空調機組，而這些機組在運行的過程中會產生很大的噪音，給建筑物內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{設計中，引入吸聲、隔聲或消聲這三種噪音消除技術。在超高層建筑的暖通空調設計中，可以通過控制末端設備噪聲指標，降低或消除噪音。

6.2 循環水泵與供暖系統的設計

在設計暖通空調時，必須嚴格按照規范要求，科學、合理地選擇循環水泵的容量。同時，還要根據超高層建筑中空調工作的時間段，進行針對性的設計，并在此基礎上，對暖通空調系統的冷負荷進行適當的調整，同時，結合超高層建筑的實際需求與其系統運行的情況，對定速泵的數量進行有效控制。此外，還要確保超高層建筑中的暖通空調系統具備通風、空氣調節與供暖的功能，因每一種功能的設計標準均不相同，故在實際設計過程中，必須嚴格根據設計標準進行設計。

7 結語

綜上所述，在超高層建筑的暖通空調設計中，必要基于其特點進行設計，對其室內環境與聲環境的問題進行充分的考慮，從根源上解決噪聲過大的問題，為建筑物使用者提供一個更舒適的休閑、辦公與娛樂為一體的場所。