基于超高層建筑暖通空調系統設計分析

摘要：暖通空調作為建筑施工的重要組成部分，其系統設計和施工質量跟超高層建筑質量和高品質環境要求息息相關。基于超高層建筑暖通系統設計起步時間較晚，其設計過程還存在許多探討之處，本文以湖南星城光塔項目為例，闡釋超高層建筑暖通空調系統設計原則及超高層建筑特點，簡述超高層建筑暖通施工中存在的問題，并且結合施工現狀提供可行性改進措施。

關鍵詞：超高層? 建筑暖通? 空調系統? 設計

Based on the Design and Analysis of the HVAC System of Super High-rise Buildings

LONG Xianjin

（Changsha Greenland Xingwan Real Estate Co.， Ltd.， Changsha， Hunan Province， 410000 China）

Abstract： As an important part of building construction， its system design and construction quality are closely related to the quality of super-high-rise building and high-quality environmental requirements.Based on super high-rise building HVAC system design started late， the design process still has many discussion， this article in Hunan star city light tower project as an example， analyzes the super high-rise building HVAC system design principles and super high-rise building characteristics， summarizes the problems in super high-rise building HVAC construction， and combined with the construction situation to provide feasible improvement measures.

Key Words： Super high-rise; Building HVAC; Air conditioning system; Design

高層建筑工程規模大，可容納人員數量多，其承載功能更加豐富，在一定程度上反映了當地城市發展現狀。在超高層建筑設計過程中，暖通空調系統設計十分重要，暖通空調系統設計質量不僅關乎人們生活舒適度還關乎超高層建筑整體質量，暖通空調系統進行科學合理的設計達到滿足運營需求和節能降耗的效果。

1 超高層建筑暖通空調系統設計原則

1.1 經濟性原則

超高層建筑暖通空調的設計中，經濟性是需要遵循的基本原則之一，要保證設計能夠達到前期投資少、系統穩定可靠、環境舒適性好、后期運營成本低和環保節能的要求。設計人員要綜合分析考慮進行設計。例如，空調系統形式與供能業態相適應性，合理分區降低承壓等級減少高承壓等級材料應用降低造價，分布式集中能源應用降低本項目機房面積、減少配電容量，各暖通空調系統形式的綜合對比分析，綠色建筑碳中和貢獻;在材料選擇方面，要對市場進行全面了解，選擇正規的廠家，確保材料可以達到相應的質量標準，并且要保證在價格上有優勢，避免以往材料選擇時的隨意性或者盲目性。在設備選擇方面，要保證設備的可靠性，確保設備具備良好的性能[1]。

1.2 操作方便性與適應性原則

超高層建筑暖通空調使用的高峰期主要集中在冬季和夏季。因此，要通過設計提高暖通空調的調節性能，使其能夠在具備較強適應性的基礎上，操作起來更加方便[2]。

1.3 循環與綠色原則

暖通空調具備良好的節能降耗效果。在具體的設計過程中，需要從能源的利用方面進行全面考慮，可以在以往系統的基礎上，對其進行優化，從而降低對能源的消耗。在超高層建筑暖通空調的設計方面，要突破以往發展模式中的弊端，以綠色發展為基本方向，將綠色原則作為設計中的重要原則之一，確保設計能夠符合綠色理念的要求，做到低能耗循環利用。

1.4 滿足安全標準

超高層建筑暖通空調是否具備安全性，不僅直接影響著空調系統功能的發揮，并且直接影響著住戶的安全。超高層暖通空調系統不同于普通空調，有一定的復雜性，空調設備在具體的運行過程中，維護工作十分困難。以本項目為例，在對高層建筑暖通空調進行設計時，設計主要集中水系統方面，需要對水系統進行合理規劃豎向和水平分區，避免在后續運行過程中出現系統水不力平衡、承壓等級過高等穩定性問題及隱性安全問題。

2 超高層建筑暖通空調設計要點概述

2.1 滿足冷熱負荷要求

超高層建筑中涉及的整體暖通空調工程具有很大的覆蓋范圍且較為復雜，其中，涉及到不同的暖通設備，如果同時運行需要耗費大量的電力能源。在進行建筑設計當中，需要明確最大冷熱負荷與電力能源負荷，并以此為參考依據，在確保暖通設備最大化利用的情況下，系統依然能夠正常運行，而不會發生負荷超載的情況。

2.2 從整體上進行合理的規劃

超高層建筑暖通空調系統設計需要將其作為整體建筑設計的重要組成部分和關鍵點之一，要給予足夠的重視，在進行暖通設計時要能夠從整體把握，要具有全局觀，立足于整個建筑并綜合考慮暖通設計功能效應[3]。在進行暖通部分的局部規劃設計當中也要做好預算工作，將暖通工程相關技術規范和標準作為設計參考，實現合理規劃和科學設計，避免暖通空調設計與建筑設計發生沖突[4]。

2.3 注重節能減排設計

超高層建筑暖通空調系統設計當中，還必須響應國家節能減排降耗的號召，遵循我國所提出的生態文明建設與生態文明城市建設的理念，積極研究超高層建筑暖通設計的節能降耗設計方案。在進行暖通設計過程當中，需要將節能技術融入暖通設計當中，借助國內外超高層建筑節能降耗方面較為成功的設計案例，汲取經驗，不斷進行暖通設計方案的優化改進，確保超高層建筑暖通設計節能降耗效果[5]。

3 超高建筑暖通空調系統設計中存在的問題

3.1 超高層建筑暖通空調系統設計圖紙過于形式化

在暖通系統設計過程中，暖通空調設計圖紙主要發揮著規范施工的作用，圖紙設計質量直接關乎暖通施工質量。設計圖紙務必要求較高的合理性與科學性。數據顯示，在暖通空調系統設計過程中，圖紙標準過于籠統的現象屢有發生，且材料規格及細節存在漏洞[6]。

3.2 經濟性、舒適性和安全性問題

建筑暖通空調系統節能設計期間，需要以全年氣候條件作為參照物，繼而對建筑暖通空調系統各項參數進行精確化設計，有利于建筑暖通空調系統能在不同季節發揮相應的作用，繼而使得建筑暖通空調系統運行時，無論是經濟性還是協調性都能得到保障。

3.3 設計人員專業素養不高，安全意識淡薄

暖通系統設計人員專業素養關乎暖通設計質量，如果設計者安全意識薄弱，安全事故的發生概率就會有所提高，在設計超高層建筑暖通系統時，設計人員專業素養參差不齊，對工程質量造成了極大的負面影響。

4 實例分析超高層建筑暖通空調的設計

本項目位于湖南省長沙市，總用地面積45 806m2，總建筑面積268 373m2，其中裙房商業10 982m2，五星級酒店34 859m2，酒店式辦公67 903m2，甲級辦公53 030m2，云觀光2397m2，地下室65 154m2，建筑高度380m;集辦公、酒店、公寓、觀光等多業態于一體的綜合體塔樓。

4.1 暖通空調系統的類型

超高層建筑暖通，大致可以分為三類：空氣-水暖通、全水暖通、全空氣暖通。空氣-水暖通空調系統就是在冷水和空氣的熱交換作用下實現制冷或制熱，以此來調節建筑內部溫度。空氣-水暖通空調可實現熱量交換，可以提高人們辦公或居住的舒適度。與空氣-水暖通相比，全水暖通是基于水的熱能交換來實現室內溫度調節的[4]。全水暖通在調節室內溫度的基礎上，還可以調節室內空氣質量，廣泛應用于超高層暖通系統設計過程中。全空氣暖通系統是城市建筑應用最為廣泛的空調系統，主要通過空氣處理機來調節濕度和溫度，可以改善室內空氣質量。

4.2 管線的設計

與低層建筑暖通設計相比，超高層建筑管道種類繁多，目前，超高層建筑暖通系統設計主要采用空調水系統管道、空調風系統管道、熱能動力系統管道、供配電系統管線等。超高層建筑設計需科學布置各類管道，避免管道交叉，管道走線需要按照施工圖紙合理布置。采用BIM管線綜合設計應用，在滿足施工標準的前提下，提高管道走線的合理性，有效避免管線交叉。

4.3 空調水系統分區的設計

本工程的中央空調系統空調冷熱源根據各系統形式方案綜合對比分析和營運方需求后按功能業態選取合適形式，裙房商業采用獨立VRV系統，云觀光采用獨立風冷熱泵系統，五星級酒店采用“電制冷+鍋爐”系統，酒店式辦公和甲級辦公采用分布式集中能源站提供的冷熱源，均選用環保冷媒，設置如下。

（1）酒店式辦公和甲級辦公位于62層（263.7m）以下，空調冷熱源選用分布式區域集中能源站供能（能源站采用污水源熱泵、河水源熱泵、燃氣三聯供等多能互補供能，節能高效綠色環保），采用兩管制，一級換熱站設置在B1層，總冷負荷17 200kW，供水側冷凍水供回水溫度7/13℃，空調熱水供回水溫度45/39℃，承壓一次側1.0MPa，二次側1.6MPa;二級換熱站設置在28F（121.0m），供水側冷凍水供回水溫度8/14℃，空調熱水供回水溫度44/38℃，承壓1.6MPa。

（2）五星酒店位于63F～78F（269.1～333.3m）樓層段，后勤區位于B1，宴會廳位于2F/3F，空調系統：“電制冷+鍋爐”組合，總空調冷負荷4149kW，總空調熱負荷2489kW，3臺螺桿式冷水主機，冷凍水一級供回水溫度均為6/12℃，冷凍水二級供回水溫度均為7/13℃，冷卻水供回水溫度均為32/37℃，燃氣真空熱水鍋爐提供空調熱水，鍋爐熱水供回水溫度85/65℃，空調熱水供回水溫度60/50℃;系統主機和一級換熱機組均布置在B1，二級換熱機組布置在28F，四管制。中央空調冷熱源配以相應的冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵和空調熱水泵，冷卻塔設于裙房屋頂[5]，冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵及低區換熱機組設于負一層冷凍機房，高區換熱機組設于28層換熱機房。空調水系統按四管制配置，空調水系統采用閉式膨脹水箱定壓，分布在相應機房內。

（3）云觀光位于79層（338.7m）：獨立業態配置獨立的風冷熱泵空調系統，總冷負荷533kW，總熱負荷320kW;空調冷源選用模塊式風冷熱泵機組，采用兩管制系統，冷凍水供回水溫度7/12℃，空調熱水供回水溫度45/40℃，主機設備位于塔樓屋頂。

4.4 冷水機組和空調水系統的自動控制

本項目空調水系統，依照供回水溫度及其流向計算系統運行負荷等自控運行策略，確定冷水機組運行狀況，測量其參數，依照運行時間累計觀察，按照輪時方式啟動冷水機組及空調水泵。本項目通過主機和冷水機組蒸發器出水管的水流開關連接的方式，自動控制空調水系統。當管道水流量達到最低值時，主機會自動截停機組，整個系統暫停運行。空調水系統采用一次泵變流量系統，在供回水總管間安裝平衡管，水泵根據其服務水環路上最不利用水點的供回水管之間的壓差進行變頻調節，實現空調水系統的節能運行。

4.5 通風與排煙系統的自動控制

為保證地下通風，本工程在地下車庫設置了一氧化碳檢測器，對車庫通風及風機進行自動監管，隨時監測車庫空氣質量。當空氣質量威脅人們健康時，檢測器會發出相應警報，提醒人們避難，以此來避免造成人員傷亡。與此同時，本工程建筑內部每層都設立了煙感器。煙感器可以監測建筑內部煙氣含量，當發生火災時，自動控制暖通系統開設排煙口，同時打開送風機，輔助排煙。為降低火災擴散，煙感器可以在發出預警后自動切斷空調電源。

5 結語

綜上所述，本文以湖南長沙某項目為例，分析了超高層暖通空調系統設計中存在的問題及設計方式，以實踐為基礎，提出了設計措施，旨在為相關領域提供借鑒和參考。想要提高暖通空調系統設計水平，設計人員需要不斷總結經驗教訓，認真思考發展難題，推動暖通工程質量的穩步提高，為我國建筑行業長足發展奠定堅實的基礎。

參考文獻

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[3] 桑海濤，周昕.暖通空調膠接結構搭接接頭承載力優化研究[J].中國膠粘劑，2021，30（11）：51-54，72.

[4] 王江濤.流量調節閥噪聲機理分析[D].北京：北方工業大學，2020.

[5] 許廣勝.高層建筑暖通空調設計要點探討[J].科技創新導報，2018（21）：155，157.

[6] 唐培忠.暖通空調系統（HVAC）的精準節能控制策略研究[J].科技創新導報，2020（15）：74-75.

作者簡介：隆先進（1980—），男，本科，工程師，主要從事房產開發機電設計管理工作。