高層建筑暖通空調系統(tǒng)設計探討

趙奕瑄 陶寒冰 任邦華 石賽琦 陳國梁

摘要：為了充分滿足現(xiàn)代人對高層建筑暖通空調系統(tǒng)設計的要求，提高高層建筑暖通空調設計質量，需要不斷完善暖通空調系統(tǒng)設計?；诖?，該文通過對暖通空調的簡單介紹，分析了高層建筑暖通空調系統(tǒng)設計應當堅持的基本原則，并提出了暖通空調系統(tǒng)設計的關鍵點，最后結合案例分析，探討了高層建筑暖通空調系統(tǒng)設計應注意的事項，以供相關人員參考。

關鍵詞：高層建筑??暖通空調??系統(tǒng)設計??注意事項

中圖分類號：TU83??文獻標識碼：A???文章編號：1672-3791（2022）06（b）-0000-00

現(xiàn)代社會發(fā)展過程中，中國建筑工程在慢慢朝著大、高與應用功能復雜的建筑形式發(fā)展，這盡管節(jié)約了土地資源，為人們帶來了舒適、便捷、安全的使用空間，不過對建筑設計提出了嚴格的要求。在這之中，暖通空調系統(tǒng)設計是高層建筑設計中的重難點部分。暖通空調系統(tǒng)主要是調節(jié)室內溫度的，假設系統(tǒng)設計缺乏合理性，那么就會造成能耗增加、舒適度削弱等問題發(fā)生，繼而影響到居民對建筑的使用感。此次就針對高層建筑暖通系統(tǒng)設計相關問題展開了研究與論述，旨在提升暖通空調系統(tǒng)設計質量，防止系統(tǒng)運行能耗增加，影響居民正常工作與生活。

1??暖通空調簡介

所謂暖通空調就是對房屋建筑工程中的空氣、暖氣以及通風起到調節(jié)性作用的一種設備。這些年來，經(jīng)過各種分支技術研究的持續(xù)深入，暖通空調得到了快速發(fā)展與進步，而且也獲得了充分的應用。過去經(jīng)過水力定流系統(tǒng)運行的暖通空調已然無法滿足現(xiàn)代房屋高層建筑需求，因此在相關研究人員努力研究的情況下，變流系統(tǒng)和變風量系統(tǒng)出現(xiàn)在人們的視線中。經(jīng)過嚴格把控電動調節(jié)閥與風閥實現(xiàn)對房屋高層建筑環(huán)境溫度的調節(jié)與控制。經(jīng)過進一步研究傳感器和控制器等各種元器件以后，持續(xù)借助其功能達到智能化操控暖通空調的調節(jié)閥，從而出現(xiàn)分布式控制體系，促使暖通空調系統(tǒng)分散性獨立控制得以實現(xiàn)，提高暖通空調控制能力。經(jīng)過仔細研究與分析各種數(shù)據(jù)表明，暖通空調處理空氣的整個流程是引入新風、冷卻空氣、過濾處理[1]。在暖通空調持續(xù)發(fā)展的過程中，添加了適應時代發(fā)展的特征，也就是電子除塵器與加濕設備。前者經(jīng)過捕捉分散于空氣里面的灰塵以及漂浮物，經(jīng)過過濾以后，全面清潔污染物;后者可以讓人們居住的環(huán)境濕度始終控制在40%左右，讓人們獲得更好的居住體驗。

2??設計需要遵循的基本原則

首先，在實際設計高層建筑暖通空調的環(huán)節(jié)中，理應先增加對相關設計方案經(jīng)濟性的關注力度，在某種條件下，需要在設施設備和安裝等方面保證資金的使用，要具備一定的科學性與合理性。再者，應當增加對暖通空調運行過程中導致的能耗問題的關注度，通過本地區(qū)節(jié)能部門與實際情況的具體要求作為基礎，設計不一樣的方案，把方案展開比較，選擇最科學以及最具經(jīng)濟性的設計方案[2]。其次，高層建筑暖通空調設計方案應當保證方案設計本身具有可信性，實現(xiàn)高層建筑高質量服務。設計方案中，每一項設備的指標需要與中國有關標準與規(guī)定相吻合，而且所設計出來的方案應當思考到高層建筑本身的情況[3]。

高層建筑設置暖通空調系統(tǒng)的過程中，通過調節(jié)的方式通常分成手動與自動化調節(jié)兩種調節(jié)法。后者在安裝過程中，要花費很多的資金，不過在后續(xù)使用過程中就可以減少人力投入成本，與此同時自動化調節(jié)的暖通空調系統(tǒng)調節(jié)效果比起手動調節(jié)方式好很多，同時在近期得到了相當多人的認可，并且各地方節(jié)能部門均已經(jīng)逐漸開始推廣與支持自動化調節(jié)方式。

3??暖通空調系統(tǒng)設計關鍵點

3.1??加強準備工作

高層建筑暖通空調系統(tǒng)設計工作者在進行設計工作以前，需要詳細了解建筑內部情況，還有周邊環(huán)境情況。根據(jù)融合建筑環(huán)境及其建筑本身內部設施特征，選取良好的供暖入口，嚴格檢查建筑風力情況以及陽光照射情況，和空調系統(tǒng)應用環(huán)節(jié)中導致的負荷數(shù)據(jù)融合，將其看作空調供暖入口選取的關鍵依據(jù)。高度不相同的建筑需要采取差異化的設計方案，結合高層建筑使用人數(shù)與實際應用情況精準計算空調系統(tǒng)運行負荷。最核心的是需要合理劃分防火和防煙分區(qū)，設置擋煙垂壁與防火墻。

3.2??設計規(guī)劃合理

目前，高層建筑設計方案絕大多數(shù)選取的形式為輻射式，和吊頂系統(tǒng)與替換送風系統(tǒng)融合，實現(xiàn)靈活調節(jié)，讓春夏秋冬均可以嚴格控制室內溫度，滿足人們對溫度的需求。不過，暖通空調系統(tǒng)安裝過程中，管道與暖通設備會占據(jù)一些室內空間，所以設計工作者需要具體掌握好高層建筑室內結構，科學規(guī)劃管道，合理鋪設暖通設備，確保室內溫度穩(wěn)定，降低資金投入。

3.3??科學挑選循環(huán)水泵

在進行設計工作的階段，相關設計師需要先了解高層建筑實際需求，把其當成前提和基礎，科學挑選空調循環(huán)水泵。打個比方，水泵容量相當大，除去會導致投資成本增加，也會導致運行成本增加的情況發(fā)生。運用暖通空調系統(tǒng)以前，應當精準計算水利平衡數(shù)據(jù)信息，嚴禁發(fā)生水利失調的情況;合理區(qū)分循環(huán)阻力與靜水壓力，降低產(chǎn)生因為數(shù)據(jù)混淆出現(xiàn)不良現(xiàn)象的幾率。設計人員在系統(tǒng)設計過程中，需要對各個時間冷負荷與水泵揚程加以調整，調節(jié)定速泵臺數(shù)，嚴格把控水泵速度，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

3.4??室內參數(shù)設計

諸多高層建筑均是綜合性商業(yè)建筑，其特征就是建筑空間較大、結構比較復雜，在不一樣的功能區(qū)分中，對于暖通空調系統(tǒng)室內參數(shù)設計要求也有一定的差別。通常而言，在商鋪區(qū)域，夏天的溫度最好控制在26到28℃，冬天的溫度控制在16到18℃;夏天濕度控制在65%以內，冬天濕度控制在30%左右;新風量控制在20m3/（h.p）;噪音控制在60dB（A）。步行街和公共區(qū)域內，夏天的溫度控制在28℃，冬天的溫度控制在16到18℃;夏天濕度控制在65%左右，動態(tài)的濕度控制在30%左右;新風量和噪音標準與上述保持一致。在餐飲和娛樂區(qū)域，夏天溫度控制在24到27攝氏度，冬天的溫度控制在18到22攝氏度;夏天濕度和冬天的濕度與上述保持一致;新風量同樣如此[4]。

4??高層建筑暖通空調系統(tǒng)設計案例分析

此次以某高層建筑為例，該建筑面積為12萬m2，設置了3層地下室，地上部分總計有50層，地下部分設置多是車庫以及設施設備儲存室，地上1層是大廳，地上2層到4層是餐飲和商業(yè)，地上5層到50層是辦公區(qū)，另外建筑還設置了避難層，方便人們發(fā)生突發(fā)情況時，轉移場地。當前根據(jù)建筑實際情況，對高層建筑暖通空調系統(tǒng)設計展開全面分析。

4.1??功能區(qū)暖通設計參數(shù)

此次高層建筑關鍵有餐飲區(qū)、商業(yè)區(qū)以及辦公區(qū)這三個功能區(qū)域，在這之中，餐飲區(qū)的夏季溫度設置為26到28℃、濕度設置為6%以內，冬季溫度設置為18到22℃;商業(yè)區(qū)域，夏季溫度設置為26到28℃，濕度設置為65%以內，冬季溫度設置為16到18℃;辦公區(qū)域，夏季溫度設置為24到26℃，濕度設置為45%到55%左右，冬季的溫度設置為21到23℃，濕度設置為45%以內。設計工作人員在實際設計過程中，需要嚴格根據(jù)綜上所說的參數(shù)進行。

4.2空調負荷設計

4.2.1??照射強度。

高層建筑所受到的照射越強，則大氣的透明程度就越高。此次高層建筑使用玻璃幕墻，會受到陽光照射很大的影響，因而在開展負荷計算的時候，需要使用這些舉措：1.夏天的時候，西面的房間空調負荷需要在原本基礎之上提高10%，冬天的時候，負荷需要減少5%;2.冬天的時候，北面的房間空調負荷需要在原本的基礎之上提高10%;3.對外遮陽造成的影響無需思考，只是當成一種富余系數(shù)。

4.2.2??熱壓

冬天來臨，由于存在熱壓作用，室外的冷空氣會不斷進入室內，從而減少底層房間的溫度。為了防止冷空氣持續(xù)進入，確保人們使用舒適性，應當開展這些方面的設計：首先，在建筑的出入口位置設置旋轉門;其次，在建筑的樓梯間進出門安裝彈簧門;最后，需要在地上一層安裝供暖設施。

4.2.3??室外風速

眾所周知，風速對于高層建筑放熱系統(tǒng)有一定的影響，由于風速與建筑高度存在正相關關系，在風速增加時，會出現(xiàn)大的漩渦氣流，造成放熱系統(tǒng)持續(xù)增長。據(jù)此，按照現(xiàn)有資料，在計算分析冷負荷的過程中，無需思考風速造成的影響;在分析計算熱負荷時，把15層作為豎向分區(qū)，而每增長一個豎向分區(qū)就需要增加5%的放熱系數(shù)。

4.2.4??冬季溫度計算

有關資料表明，高度每增長100?m，那么溫度就會減少1?℃。鑒于該種情況，相關設計工作人員在計算分析熱負荷的過程中，應當及時修正溫度。盡管其對于建筑的影響并不大，不過和暖通空調系統(tǒng)運行緊密相連，因而應當增加對其的關注度。

4.3??水系統(tǒng)分區(qū)設計

對水系統(tǒng)來說，通常是根據(jù)工作壓力加以分區(qū)的，伴隨建筑高度持續(xù)增加，水靜壓上升，資料表示，假設管材與設施設備工作壓力超過2.0?MPa，就會提高工程造價成本。該次設計把水系統(tǒng)劃分為低、中、高三個區(qū)。在這之中，低區(qū)就是地上2層到22層;中區(qū)就是地上23層到36層;高區(qū)就是地上37層到50層。在地上22層設置換熱站，經(jīng)過該設計，可以把工作壓力控制在2.0?MPa以內。為了避免高區(qū)二次供水溫度高，把高區(qū)換熱設置也設計在地上22層，利用制冷機組提供一次水，詳細的方式就是：第一，供回水系統(tǒng)溫差設置在65?℃，低區(qū)是由制冷機組開展供回水;第二，中高區(qū)都是由地上22層位置換熱站展開供回水。經(jīng)過該種設計，可以充分滿足高區(qū)供水溫度需求，還可以增強制冷機組運行效率。

4.4??空調通風控制設計

4.4.1??冷水機組和水系統(tǒng)

針對建筑冷凍機房，此該種控制法需要設計師在實際設計環(huán)節(jié)中采取就地控制方式，繼而有效輔助中控室加以嚴格的監(jiān)督和控制。機組和水泵等使用連鎖運行的模式，根據(jù)如下順序開啟，即水泵、冷凝器、冷卻塔、風機、一次泵、蒸發(fā)器、二次泵、機組。高層建筑暖通空調系統(tǒng)自動化控制將供回水總管溫度作為主要依據(jù)，準確計算空調負荷數(shù)據(jù)信息，并且嚴格把控機組和水泵數(shù)目與組合，累計機組和水泵運行時間，借此達到輪時啟動的目的。蒸發(fā)器出水管位置需要設置水流開關，與主機間進行連鎖。假設管內的水無法流動，那么主機就會自行暫停運行。對空調水系統(tǒng)，關鍵采取二次泵嚴控變流量，一次水系統(tǒng)使用定流量進行控制，而總管之間安裝平衡管，將水環(huán)路壓差當成重要依據(jù)進行變頻調節(jié)，如此可以讓系統(tǒng)處在正常的運行狀態(tài)中，繼而獲得理想中的節(jié)能之效。

4.4.2??處理裝置和風系統(tǒng)

中央控制主要是為了嚴控新風處理裝置，采取輔助就地控制方法。機組加濕器和水閥、風閥和送風機進行連鎖，于出水管組織有關工作人員合理安裝平衡閥，通過水流量的變化達到嚴格控制送風的溫度。風機盤管控制方法就是中央控制方式，于中控室進行遠程群控?？刂葡到y(tǒng)是由電動二通閥、三速開關、溫控裝置構成的。系統(tǒng)正式運轉的時候，溫控裝置對溫度信號加以比較，并且將比較結果作為主要依據(jù)輸出電壓，合理控制二通閥動作，經(jīng)過對水流量的變化精準把控室內溫度，以三速開關調節(jié)出風風速。安裝二氧化碳探測裝置與溫濕度傳感器等，及時收集且比較每一項參數(shù)設置，比如二氧化碳濃度、新風溫濕度，以此調節(jié)風閥開度，保證系統(tǒng)運行處在良好的狀態(tài)中。

4.4.3??通風與排煙系統(tǒng)

經(jīng)過安裝一氧化碳探測裝置，嚴格把控風系統(tǒng)開啟、關閉和風機運行數(shù)量，與此同時嚴格監(jiān)測風機運行狀態(tài)，借此達到自動化預警的目的。假設出現(xiàn)火災，傳感器可以及時向控制中心傳遞信號，系統(tǒng)會自行開啟排煙裝置，并聯(lián)動和其有關的一切裝置，及時切斷電源。

5??高層建筑暖通空調系統(tǒng)設計應注意事項

5.1??通風系統(tǒng)方面

在高層建筑暖通空調系統(tǒng)設計過程中，比較重要的一個內容就是通風系統(tǒng)。在一年四季中，優(yōu)質的通風舉措能夠取代空調系統(tǒng)。且通風能不能流暢影響著使用人員工作與生活的舒適性，因而要想防止建筑裝修材料污染室內空氣質量，那么在系統(tǒng)設計過程中就需要注意到通風系統(tǒng)設計工作，增強通風性能。按照當前的研究數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)下空調系統(tǒng)通風不但能源消耗大，同時局部通風做得并不到位，主要是因為高層建筑環(huán)境復雜，故而必須要設計人員按照實況合理優(yōu)化設計，方可促進暖通空調具備優(yōu)質的通風[5-6]。

5.2??環(huán)境壓力方面

新時代發(fā)展對環(huán)境保護有很高的關注度，高層建筑環(huán)境保護理念表現(xiàn)在各個方面，材料選取，設計施工能耗減少均表現(xiàn)了這一點，因此對一些已經(jīng)明確的氟利昂和對大氣有害的氣體是嚴禁作為空調系統(tǒng)主機介質的，如此便影響到了空調設備的挑選，需要注意到多種氟利昂制冷劑的工藝要求，避免使用禁用產(chǎn)品。高層建筑空調設計人員應當承擔起環(huán)保的責任，思考到成本與用戶承受力，不但需要防止出現(xiàn)不必要的經(jīng)濟負擔，還需要保護好環(huán)境，思考到成本的廢氣、水、噪音等帶來的影響。

6??結語

總而言之，要想確保居民具備優(yōu)質的居住環(huán)境，那么就應當增加對暖通空調系統(tǒng)設計的關注度，讓高層建筑暖通空調系統(tǒng)設計與建筑實際需求相符，并且需要把多種技術相融，提升暖通空調系統(tǒng)設計水平。因而，在設計暖通空調系統(tǒng)的過程中，需要選擇最合適的設計方案，積極引進最新的技術與成功的經(jīng)驗，確保設計方案合理性與科學性，保證暖通空調系統(tǒng)安裝能夠發(fā)揮應有之效。

參考文獻

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[5]田一辛.?寒冷地區(qū)辦公建筑性能優(yōu)化設計研究[D].天津：天津大學，2020.

[6]高力強.寒冷地區(qū)校園綜合體的低能耗模塊化設計研究[D].天津：天津大學，2019.