高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)

王鵬飛

（山西八建集團(tuán)有限公司，山西太原 030001）

對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，建筑規(guī)模的擴(kuò)大，建筑高度的提升，對(duì)建筑內(nèi)部功能系統(tǒng)的要求也在提高，暖通空調(diào)作為高層建筑中的重要組成部分，其設(shè)計(jì)質(zhì)量將直接決定建筑的實(shí)用性、舒適性，對(duì)建筑自身價(jià)值有著較大影響。為此，加大對(duì)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 暖通空調(diào)系統(tǒng)

暖通空調(diào)系統(tǒng)的種類繁多，如分散式供冷或供暖、熱泵系統(tǒng)、空氣-水系統(tǒng)、全空氣系統(tǒng)、全水系統(tǒng)等，后三者屬于近幾年使用的新型系統(tǒng)模式，其在維護(hù)暖通系統(tǒng)功能性的同時(shí)，也達(dá)到了節(jié)約能耗、優(yōu)化環(huán)境的目的。在實(shí)際應(yīng)用中，工作人員要結(jié)合建筑物的具體情況、所處位置及環(huán)境特征，科學(xué)選擇暖通空調(diào)系統(tǒng)形式，注重室內(nèi)環(huán)境的合理性，各項(xiàng)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)性，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上降低能源損耗，改善環(huán)境質(zhì)量。另外，在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，除要注重形式美觀性、適用性外，還需考慮其經(jīng)濟(jì)性，以提高建筑的總體價(jià)值。

2 暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（1）可靠性、可行性原則。可行性、可靠性是優(yōu)化暖通空調(diào)各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)要素。只有加強(qiáng)設(shè)計(jì)方案的可行性、可靠性，才能確保暖通空調(diào)在運(yùn)行中不會(huì)對(duì)建筑或其他系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。同時(shí)在可靠性、可行性設(shè)計(jì)中，暖通空調(diào)更容易實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)，促進(jìn)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

（2）經(jīng)濟(jì)性。暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中需考慮的內(nèi)容較多，如零部件采購(gòu)、運(yùn)輸費(fèi)用、能源消耗等，一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都有可能導(dǎo)致暖通空調(diào)運(yùn)行中產(chǎn)生問(wèn)題，從而增加資金損耗。為此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要從經(jīng)濟(jì)性角度科學(xué)考量，對(duì)材料零部件、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行等實(shí)行科學(xué)管控，減少不必要的成本支出。再者，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)還需考慮負(fù)荷變化帶來(lái)的影響，做好科學(xué)調(diào)度，降低建筑能源損耗，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）安全性。暖通空調(diào)安全問(wèn)題集中在設(shè)備及環(huán)境安全、人員安全、消防安全等方面上。在設(shè)計(jì)中，要結(jié)合高層建筑的實(shí)際情況及功能要求，對(duì)暖通空調(diào)各項(xiàng)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，設(shè)置完善的保護(hù)措施，從而減少事故的發(fā)生，保障建筑及人員的安全性。同時(shí)也要對(duì)濕度、溫度、送風(fēng)量、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻水泵轉(zhuǎn)速、工況檢測(cè)、變水量調(diào)節(jié)等加以優(yōu)化，提高安全等級(jí)。

3 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 承壓設(shè)計(jì)

對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，高度的升高，水系統(tǒng)需承受的壓力荷載也會(huì)上升，為促進(jìn)暖通空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在設(shè)計(jì)中有必要對(duì)水系統(tǒng)的承壓能力實(shí)行科學(xué)計(jì)算，使系統(tǒng)性能得到高效發(fā)揮，加強(qiáng)建筑內(nèi)部空間舒適性。在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，承壓設(shè)計(jì)需要注意兩點(diǎn)內(nèi)容：①不同狀態(tài)下承壓能力的計(jì)算；②承壓能力設(shè)備垂直高度間的關(guān)系。前者可直接參照建筑高度對(duì)開(kāi)啟、關(guān)閉及正常運(yùn)行狀態(tài)下的承壓情況加以分析和計(jì)算；后者則是為確定暖通空調(diào)中的水系統(tǒng)是否需要分區(qū)設(shè)計(jì)，維持不同樓層暖通空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如當(dāng)冷水系統(tǒng)高度在200m以上時(shí)，需要實(shí)施水系統(tǒng)的分區(qū)處理，并將承壓能力劃分為高、中、低三檔，有針對(duì)性的計(jì)算承壓系數(shù)。另外，為減輕機(jī)組的承載壓力，可以考慮將循環(huán)水泵安裝在冷水機(jī)組出水端位置上。

3.2 水力平衡設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖1）

圖1 水力平衡設(shè)計(jì)

水力平衡在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有著非常重要的作用，水力平衡設(shè)備設(shè)置的合理性，一方面影響空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，一方面對(duì)于能耗量的把控有著一定作用。水力平衡設(shè)備的使用可增強(qiáng)系統(tǒng)水利調(diào)節(jié)效果，降低能源損耗，使系統(tǒng)處于穩(wěn)定、平衡的狀態(tài)下，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

水力平衡設(shè)計(jì)分為定流量水系統(tǒng)和變流量水系統(tǒng)兩部分。前者是在各分支的供回水管中安裝靜態(tài)平衡閥，讓整個(gè)系統(tǒng)保持在靜態(tài)水力平衡的狀態(tài)下。后者則存在較大的靈活性，且與設(shè)計(jì)內(nèi)容存在明顯差異。所以在實(shí)際運(yùn)行中，需要借助旁通調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)水利調(diào)節(jié)，使其處在相對(duì)平衡的狀態(tài)下，避免流量突然增加帶來(lái)的不良影響。由此看來(lái)，水力平衡設(shè)備的設(shè)置需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)情況以及使用對(duì)象流通能力加以選擇。但在設(shè)計(jì)中也存在特殊情況，當(dāng)使用多臺(tái)冷水機(jī)變流量一級(jí)泵系統(tǒng)時(shí)，如果水泵與機(jī)組共用相同的集管，則應(yīng)將電動(dòng)兩通閥門安裝在每臺(tái)主機(jī)、進(jìn)出水管上，實(shí)現(xiàn)其與水泵的聯(lián)動(dòng)。

3.3 新風(fēng)供給設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖2）

圖2 新風(fēng)供給設(shè)計(jì)

隨著城市化進(jìn)程的加快，高層建筑逐漸成為城市的地標(biāo)性建筑，不過(guò)隨著建筑高度的增加，建筑結(jié)構(gòu)承受的壓力也在增大，人們想要實(shí)現(xiàn)開(kāi)窗通氣的可能性越來(lái)越低。再加上工業(yè)發(fā)展帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題日益加重，空氣質(zhì)量較差，更是將開(kāi)窗換氣從可能變成不可能。

當(dāng)前，很多高層建筑已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)全封閉的設(shè)計(jì)模式，以保證建筑內(nèi)部空間環(huán)境的質(zhì)量。在該情況下，新風(fēng)供給設(shè)計(jì)就成為非常重要的環(huán)節(jié)。新風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)用可做到不開(kāi)窗情況下，室內(nèi)外空氣的科學(xué)轉(zhuǎn)換，以增強(qiáng)室內(nèi)空間自然效果，改善空氣質(zhì)量。

目前新風(fēng)供給設(shè)計(jì)有兩種形式，獨(dú)立式和與全空氣系統(tǒng)集中處理式。前者一般是以分層處理、分層輸送或集中處理、集中輸送的方式實(shí)現(xiàn)內(nèi)外空氣的轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)人員需根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)科學(xué)選擇。對(duì)于處于完全封閉狀態(tài)的高層建筑，新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中要計(jì)算新風(fēng)量與室內(nèi)空氣量是否處于平衡狀態(tài)，如果不平衡，分析是否需要使用機(jī)械排風(fēng)，保持室內(nèi)外氣壓的穩(wěn)定，且設(shè)計(jì)中應(yīng)保障系統(tǒng)處于合理的位置，以便保障室內(nèi)氣流組織處于最佳狀態(tài)。

3.4 風(fēng)口氣流組織設(shè)計(jì)

風(fēng)口氣流組織設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)口位置的設(shè)計(jì)，是保證氣流形成的關(guān)鍵，有足夠的氣流循環(huán)流動(dòng)，才能改進(jìn)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效率，做到室內(nèi)空氣的轉(zhuǎn)化，有效調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度。根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可以看出，風(fēng)口氣流組織設(shè)計(jì)中，氣流的形成會(huì)受到諸多因素的影響，如風(fēng)口位置、吊頂形狀、空間特征等。為此，在具體操作中，設(shè)計(jì)人員需做好現(xiàn)場(chǎng)模擬工作，準(zhǔn)確判斷不同風(fēng)口位置對(duì)氣流的影響，觀測(cè)室內(nèi)空間溫濕度及氣流運(yùn)轉(zhuǎn)速度，判斷最佳的位置區(qū)域，以提高設(shè)計(jì)水平。此外，風(fēng)口氣流組織設(shè)計(jì)中，家具擺設(shè)方位也是需要重點(diǎn)考量的因素之一，室內(nèi)家具或擺設(shè)較多時(shí)，可采用CFD模型開(kāi)展模擬實(shí)驗(yàn)，確定最佳風(fēng)口位置。

3.5 冷熱源節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)

暖通空調(diào)系統(tǒng)作為建筑中能耗較大的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如果不對(duì)其實(shí)行科學(xué)處理，就會(huì)增加建筑能耗量，進(jìn)而與現(xiàn)階段的發(fā)展戰(zhàn)略相背離，不利于行業(yè)的前行。所以在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，應(yīng)將綠色環(huán)保、節(jié)能降耗理念融入其中，豐富系統(tǒng)功能，降低能源損耗。而冷熱源是建筑能耗的主體，在暖通空調(diào)系統(tǒng)中有大量冷熱源供給設(shè)備，設(shè)備本身價(jià)格高昂，運(yùn)行與維護(hù)也有較高的成本。為此，該部分的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，人員需從投資以及建筑經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)角度展開(kāi)綜合分析。

中央空調(diào)一般采用冷風(fēng)或水冷的冷凝方式。高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中，一般采用風(fēng)冷熱泵螺桿機(jī)組、VRV和水冷螺桿機(jī)組的方式達(dá)到冷凝的效果。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需結(jié)合建筑具體情況和要求，科學(xué)規(guī)劃冷熱源設(shè)計(jì)方案，選擇合理的冷凝方式，降低能源損耗，減少不必要的損失和浪費(fèi)。同時(shí)，還應(yīng)加大可循環(huán)再生資源的應(yīng)用，如太陽(yáng)能、地?zé)崮艿龋瑵M足冷凝要求，加強(qiáng)對(duì)內(nèi)部空間溫度的科學(xué)管控，從而提高內(nèi)部環(huán)境的舒適性、健康性，減少損耗和污染，增加建筑的運(yùn)營(yíng)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

暖通空調(diào)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作，設(shè)計(jì)中必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求，對(duì)相關(guān)系統(tǒng)加以處理和優(yōu)化，做好冷熱源節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)，風(fēng)口氣流組織設(shè)計(jì)，且注重新風(fēng)供給設(shè)計(jì)，提高暖通空調(diào)設(shè)計(jì)水平，降低能源損耗，增加建筑的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。