高層建筑暖通空調系統設計的研究

王姿 鄭徐奕

摘要：高層建筑的公用設備系統分類廣泛且復雜，包括垂直交通系統、暖通空調系統、給排水系統、電氣系統、消防系統及建筑智能化系統。這些系統種類繁多、相互補充，因此需統籌協調、合理布局，才能使整個公用設備系統正常運轉，使高層建筑高效地發揮功能。

關鍵詞：高層建筑;公用設備;垂直交通;暖通空調

引言

在生活中，登高望遠是很愜意的一件事。“危樓高百尺，手可摘星辰” “復道行空，不霽何虹”，這些千古詩文傳達了人們對高層建筑的美好想象。在西方，公元前 4 世紀就有了讓人嘆為觀止的 95.1m 巴比倫王所建的巴別塔。在歐洲，古羅馬城的高樓用 10 層高的磚石建筑撐起世界建筑的高度。如今，隨著科學技術的發展、建筑建造技術的提高，一幢幢高樓拔地而起，形成城市體系。可以說，高層建筑已經成為商業社會的偶像、現代文明的象征。

談到高層建筑，人們最先想到的就是它的集成功能，集成當然離不開公用設備系統。功能完善的現代化公用設備系統是高層建筑實現設計功能的物理基礎和技術手段，是高層建筑的重要組成部分，保障高層建筑實現現代化功能，給使用者創造高效、便捷、舒適、健康、明亮的生活與工作環境。

高層建筑的公用設備系統分類廣泛且復雜，包括垂直交通系統、暖通空調系統、給排水系統、消防系統、電氣系統及建筑智能化系統。這些系統種類繁多、相互補充，因此需要統籌協調、合理布局，才能使整個公用設備系統正常運轉，使高層建筑高效地發揮功能。

1 垂直交通系統

如果把高樓比喻成一棵樹，那電梯就是這棵樹的血脈，沒有垂直交通的輸送給養，這棵樹就會失去活力。在不同時期，垂直交通系統發揮的功用不同，但其重要性不言而喻。在平時疏導交通，遇到火災、地震等嚴重災情時，緊急疏散、高效撤離，甚至對有些建筑來說，電梯井就是整棟大樓的主干，是撐起整棟大樓的脊梁。因此，垂直電梯系統在高層建筑中扮演舉足輕重的角色，因此對該系統提出結構緊湊、易于識別、防火排煙的嚴格標準要求。

由于高層建筑層數較多，傳統直上直下式電梯會出現候機時間過長、系統功耗過大等問題，宜采用分區系統。分區可分為低區、中區和高區，如果層數多，分的區域也更多。分區可按樓層數來分，每 8～12 層為一區，每區有相應的電梯服務，中間設置換乘平臺，可減少乘客的候梯時間。也可采用分單雙樓層的方式，單層用單層系統，雙層用雙層系統，二者分開也可縮短候梯時間。

垂直電梯系統是分段式系統。分段系統是分區系統的組合，把整棟建筑在豎向上按樓層數分為若干段，每段 25～35層，每段都是小型的垂直分區系統，每段設置電梯轉換層，乘客可從 1 層快速穿梭到這些轉換層，然后再經過分區系統到達目的樓層。

2 暖通空調系統

暖通空調系統是高層建筑的重點系統。高層建筑暖通空調設計要遵循 3 個原則：節能減排、健康舒適、利用自然。相關研究表明，在高層建筑中，暖通空調系統能耗占建筑總能耗的30% 以上，為節約資源，必須遵循節能減排原則，可通過各類資源和能源的合理優化配置，打造舒適宜居的環境。同時也可利用太陽能、風能、地熱能等可再生能源替代電能，實現成本節約。高層建筑暖通空調設計大多應用下列 3 項技術。

1）熱回收技術 在建筑室內排風口處設置熱交換器，實現室外新風與室內排風間接接觸換熱，從而回收利用室內空氣熱量或冷量。

2）熱泵技術 熱泵技術是用外界環境熱能降低人工制造熱能的消耗。制冷劑通過蒸發器從外界吸收熱量，并轉移至室內的冷凝器放出熱量，其間電能轉化為壓縮機的機械能，機械能輸入使制冷劑發生相變，以利于循環吸熱，消耗 1kW 的電能可搬運 3～12kW 的熱能，提高產熱效率。

3）冷熱電聯產 冷熱電聯產發電廠既可以發電，也可為區域內建筑提供暖通空調功能，其冷熱水管道可在建筑內部敷設，調節建筑整體或局部的溫度環境，在有條件的高層建筑中也較為常用。

3 給排水系統與消防系統

相對于低層建筑，高層建筑具有樓層數多、振動源多，給排水水量瞬間需求量大的特點，所以在給排水設計、施工材料、施工管理等方面有嚴格的要求。高層建筑熱水和消防系統的靜水壓大，需要通過豎向分區供水確保系統穩定;另外，高層建筑消防隱患較多，一旦發生緊急情況，危險大、損失大、消防壓力較高。同時，高層建筑居住人數多，對供水的需求量大、排水量大，如果出現異常問題，影響面積較廣。因此，必須采用合理的給排水方式才能滿高層建筑的需求。高層建筑給排水常采用下列 4 種形式。

1）氣壓罐供水方式 氣壓罐供水系統分為氣壓罐和離心水泵兩部分，水源經水泵送入氣壓罐，氣壓罐可利用密封儲存罐內空氣的可壓縮性進行儲存、調節、加壓送水，水在罐內高壓的作用下輸送到各配水點。

2）減壓分區供水 減壓設計是利用減壓水箱、減壓閥降低壓力，用水泵把水提升到建筑頂部儲水裝置，然后根據高層建筑的面積大小合理設置分區減壓水箱，從上往下分區供水，結構簡單、成本低。

3）高位水箱供水 高位水箱給水分為水箱水泵、串聯與并聯等。高位水箱供水設計可保證水壓穩定，水箱內儲存更多的水量，確保供水穩定，可減少水泵啟動次數，減少能耗。

4）變頻泵無水箱供水方式 利用變頻技術改變水泵的轉速，進而調節水泵的流量和壓力，使設備的流量及水壓可控，也可減少能力損耗，但初期成本較高。

4 電氣系統

高層建筑電氣系統的設計要遵循穩定性、安全性、經濟性的原則，采用環形供電的基本模式，設計補償機制，重視重點環節設計和智能化的應用。穩定性是指在高層建筑電氣設計中應保證供電穩定、持續，即便出現用電高峰也可保證電能充分供應。安全性是各類建筑電氣設計的基本原則，要求在施工、使用環節保證設備和人員的安全。經濟性是指在高層建筑電氣設計中，保證電能足量、持續提供的情況下，避免電能浪費情況，確保整體能耗控制效果，維持經濟性。

5 建筑智能化系統

高層建筑作為高密度、高效率的工作和生活場所，對建筑智能化有更高的要求。一套完備的高層建筑系統，需具有良好的通信系統、辦公自動化系統及管理模塊，為人們提供高效、舒適、安全、便捷的使用環境。建筑的功能取決于各智能化系統和管理模塊。高層建筑智能化系統主要有 5 項：①建筑設備自動化系統 BAS（Building Autom ation System）;②通信網絡系統 CNS（Com m unication Network System）;③辦公自動化系統 OAS（Office Autom ation System）;④綜合布線系統 GCS（Generic Cabling System）;⑤智能建筑的系統集成中心 SIC（System In-tegrated Center）。

建筑設備自動化系統監控高層建筑內所有公用設備系統，通過計算機進行管理和調控，指揮空調系統、照明系統、配供電系統、安防系統等的運行。通信網絡系統通過傳輸導線或無線電，傳送自動化系統的指令，既能實現建筑物內信息傳遞，又能使該建筑與外界的公共網絡互通，是高層建筑的神經組織。自動化辦公系統通過應用計算機網絡與數據庫技術，可實現建筑物內部信息、設備、資源共享，提高整棟建筑內部人員的協作辦公效率，提高整體的業務處理能力。綜合布線系統由傳遞各種信號的基礎設施組成，是高層建筑的信號傳輸系統。系統集成中心將以上 4 個子系統鏈接為一體，將整個公用設備系統的所有信息凝聚匯集，對所有信息進行綜合管理，是大數據的最好發揮平臺。整個高層建筑，不僅象征著人類的工業水平，也體現人、資源與環境三者和諧共處的關系。

6 結語

高層建筑要成為支持生產的高效場合必須具有完備的公用設備系統、垂直交通系統、空調系統、給排水與消防系統、電氣系統及建筑智能化系統，這些系統是保障高層建筑功能的基礎，也是處理好“人 - 信息 - 機器 - 環境”關系的基礎，解決好這個關系，城市化建設才能更好地推進。

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