高層建筑暖通設計中的常見問題及對策分析

文／陳李想 濟南水石工程咨詢有限公司 山東濟南 250100

引言：

近年來，我國建筑行業加大了對高層建筑工程項目中暖通工程的重視度，深入研究暖通設計，不斷提高暖通工程質量。如果高層暖通設計方案不符合相關標準，不僅會影響暖通工程施工質量，還會影響建筑工程的安全性，甚至導致安全事故的發生，嚴重威脅人們的生命財產安全。因此建筑行業應該加大高層建筑暖通設計的研究力度，通過吸收借鑒國內外先進的設計技術，不斷提高暖通設計人員專業技術能力，同時制定科學合理的暖通設計管理制度，保證暖通工程安全性與穩定性，從而實現我國暖通工程的可持續發展。

1、高層建筑暖通設計的重要性

首先，高層建筑暖通控制優化設計，可以優化暖通空調的熱交換系統，也有利于減少暖通空調系統的耗能。高層建筑暖通優化設計，能夠優化暖通空調的控制系統與冷熱交換系統。暖通空調控制系統的完善離不開暖通空調各個系統的優化。只有各個系統不斷地優化升級，才可以達到“1+1＞2”的效果。其次，利于暖通空調降低能源損耗。暖通空調不斷進行控制優化，也有利于暖通空調降低能源消耗。我國空調系統的能源消耗量非常大，尤其是暖通空調。由于冬天溫度較低，室內室外溫差較大，所以暖通空調的冷熱交換系統將會長時間地運行，因此消耗了大量的能源。為了降低暖通空調的能源消耗，需要不斷地對暖通空調的控制進行優化升級。控制系統就是暖通空調的冷熱交換系統，暖通空調冷熱交換系統的技術升級，可降低暖通空調系統的能源消耗，能夠減少環境污染。所以，在進行暖通空調系統節能設計時，必須要認真考量空調的內部負荷問題和外部負荷問題。因此，要提高建筑設計的節能效果，在暖通空調設計中融入節能設計是非常必要的，對降低高層建筑整體能源利用水平來說具有重大意義。

2、高層建筑暖通設計中的常見問題

2.1 施工圖紙設計不嚴謹

暖通設計人員根據高層建筑暖通工程施工要求以及相關的設計準則，充分發揮自身的技術能力，設計出科學、嚴謹的暖通空調系統，最后形成設計圖紙。如果施工圖紙存在誤差，不僅會嚴重影響暖通工程的施工質量，還會引發施工安全事故，造成企業經濟損失。另外，暖通工程涉及內容較多，因此設計人員應該端正工作態度，在設計過程中注重每一個細節，確保設計圖紙的精準化。在建筑施工過程中，1mm的誤差都可能導致工程事故，因此設計人員一定要加強設計圖紙的規范性與準確性，為暖通工程總體質量打下扎實的基礎。

2.2 成本管控意識薄弱

為行之有效地降低所需要投入的經濟成本，提升建筑暖通工程的質量，相關設計人員有必要對設計方案的可行性進行深入分析，可以借助于綜合評價的方法來判定方案是否能夠有效滿足各項指標。對現代建筑企業來講，成本問題可以說是其關注問題的重中之重，首先需要滿足暖通空調系統的建設質量以及應用功能，如果現實條件非常充足且多樣，則可以通過采用水（地）源熱泵機組作為制熱和制冷機組。水（地）源熱泵機組能夠有效地替代傳統的鍋爐系統，不僅能夠降低給生態環境帶來的負面影響，而且還能極大程度地節省運行成本。此外，若進一步擴大適用范圍，無論是在住宅還是在商場、辦公樓，水（地）源熱泵機組均能發揮作用。

2.3 暖通管道設計規范性差

建設工程中暖通設計還存在管道設計規范性差的問題，例如，在現行的《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》中明確提到了供暖管道的敷設坡度，但大部分供暖管道在設計中均存在水管坡度低于設計規范的問題。又如，在高層建筑采用單雙管散熱器系統時，按照系統特性，應按二～三層分組（或按散熱器承壓能力與總層數靈活分組），每組內的散熱器采用雙管連接，每組間采用單管連接，供回水干管同程連接。這樣可以避免垂直失調，也能靈活調節散熱器。但在進行實際工程調查中發現，因為實際工程建筑布局的不規則性等原因，單雙管系統很難規范連接，整個系統也往往因此出現各種各樣的失調現象。

2.4 通風設計不合理

在進行暖通設計時應重視通風系統的設計。設計人員在進行通風設計前，應合理規劃氣流組織形式，避免出現風道短路及通風死角。這既有利于提高房間的通風效率、改善室內濕熱條件，也有利于提高人員的舒適性或設備運行壽命。而在實際工程中，我們會發現許多通風系統的設計僅僅停留于形式，比如高層建筑的公共衛生間通風設計未進行風壓計算，只設置一臺全壓很小的排風扇，接入高層建筑的共用豎向土建風道中，房間內衛生間內的渾濁空氣不能被有效排除，只見風扇運行卻不見通風效果，人員的舒適性和衛生安全都得不到保障。又比如在設計空調風口時只圖簡單省事，并未結合座位桌椅布置進行風口設計，以至出現坐在風口下的人和遠離風口的人的體感舒適度完全是兩個等級。

2.5 暖通空調設備選型適用性差

在對高層建筑暖通進行設計時，由于傳統的設計理論在理念、方式等方面均存在不合理現象，使得在對暖通空調設備選型時，產生了與預期效果不相符的現象，此種現象嚴重影響到暖通空調設備整體的適用性與安全性。依據現行的《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》，濕度較大的房間應采用耐腐蝕的散熱器，但在實際工程中，無論是公共衛生間還是住宅衛生間，均存在大量采用鋼制散熱器的現象。鋼制散熱器相較于鑄鐵散熱器或鋁制散熱器更易被腐蝕，這些設置在衛生間的鋼制散熱器大多在使用數年后就已經漆膜剝落、銹跡斑斑了。此外，許多供暖系統及空調冷凍水系統在供、回水干管上均設置了水力平衡閥，筆者認為這是沒必要的，僅需在回水管上設置水力平衡閥就已經滿足系統運行的需要了。

2.6 暖通空調系統的節能設計理念有待增強

科學合理地設計暖通空調系統是節能減排的重要一步，也是高層建筑暖通系統節能優化的基礎階段，然而多數設計人員缺乏對暖通節能設計理念的深入理解，將關注點僅僅停留在系統的美觀程度和功用設計上，沒有分析應該如何使暖通空調系統減少能耗，只是一味地迎合用戶的需求。同時需要注意的是，在進行暖通系統的節能設計中，優化設計理念是一項十分重要的舉措。在科學的理念下創新及應用節能技術，能夠提高高層建筑暖通系統的節能效果。但是在當前行業中，存在的明顯問題是對理念的創新有著一定的落后性，造成難以實現暖通節能技術的科學發展。首先，在基礎教育上，很多工作人員對節能減排等諸多概念區分不清，造成其在創新節能技術的過程中一直走在不合理的道路上，難以實現空調節能技術的有效改進。并且，基于此背景，工作人員在節能設計的過程中始終以不合理的思維方式進行，造成空調并沒有實現真正的節能，難以確保暖通空調使用的高節能收益；其次，在設計理念與思路上存在較為明顯的落后性。我國的暖通空調專業相對于西方發展時間較短，節能理念與思路存在落后。其中，最明顯的是設計文件中的《綠色建筑設計專篇》更多的是流于形式，沒有切實地將綠色建筑相關要求融入到設計實踐中，沒有實現全系統的節能設計；最后，許多工程沒有考慮到地域性與環境性的差異：在不同的地理環境下，暖通空調系統的能耗有著很大的差別，暖通節能設計如果不結合地域情況，很難實現節能技術的應用與創新。

3、高層建筑暖通設計控制對策

3.1 加強設計圖紙的深度

加強設計圖紙的深度，為施工人員準確施工提供有效支持。加強設計圖紙的深度主要從以下幾個方面入手：第一，在進行暖通施工圖設計前，需要全面了解暖通工程的材料、設備和技術等，合理劃分材料、設備的層次以及價格，選擇最適合的材料和設備等。第二，在進行施工圖紙設計時，應在設計說明、平面圖、大樣圖中標明設備參數、定位尺寸、管徑等信息，并應繪制各系統的大樣圖、系統圖、原理圖和剖面圖等，保證圖紙不缺項不漏項。第三，采用3D繪圖軟件或其他技術手段進行各專業管道的碰撞檢查，調整修改管道走向、保證空間的凈高以及各系統的檢修空間，并在各管道交錯的最不利處繪制剖面大樣，確保人員的操作與施工圖紙的設計完全一致，避免出現偏差影響整體工程質量。

3.2 科學選擇建筑暖通設計方案

在開展現代高層建筑暖通系統設計工作的過程中，任何方案的選取均需要結合實用性以及可行性這兩項重要原則，保障建筑工程暖通系統的美觀性及功能性，同時還需要充分滿足節能減排的重要目標，以此來為國家生態文明的建設與社會發展提供良好的支撐。暖通專業工作者需要充分考量方案在實際施工建設的過程中的科學性以及可操作性，以此來行之有效地解決不計成本而引發的造價高升、質量難以獲得有效保障的問題。此外，暖通專業工作者還需要重點分析排查建筑工程所處的地理環境以及相應的氣候環境，結合自身專業知識儲備以及實踐應用能力考察施工現場，采取因地制宜的建筑工程暖通設計，充分滿足業主群體的需要，設計出更為科學合理的，能夠有效保障使用質量和使用壽命的高質量暖通系統，推動高層建筑暖通設計方向的高效穩定發展。

3.3 加強暖通設計的規范化

加強高層建筑暖通設計的規范化是促進暖通工程順利開展的重要保障，應加大暖通工程設計的監管力度，確保設計的合理化與標準化。在進行暖通設計前，應該對暖通工程進行全面調研，充分考慮工程周邊的能源配置情況和工程的節能環保功能等。如在供暖系統中的規范化舉錯：供暖或空調管道之間的距離應該控制在200mm以內；供暖管道與外墻表面之間的距離宜大于100mm；熱水供暖系統中的供回水溫差應控制在15℃，同時系統最大工作壓力不宜大于0.8MPa；進行冷、熱負荷計算時應考慮建筑朝向與地理位置，進一步加強冷、熱負荷計算的準確性與規范性；熱媒溫度不高于65℃，低溫段的溫度控制在30～40℃。嚴格遵守相關標準、規范的要求方能確保暖通專業設計的規范化，提高暖通工程施工質量。

3.4 提升對設計人員的要求

現在建設工程相關用人單位在招聘建設工程暖通設計工作者的時候，需要重點提升招聘門檻，要求參與應聘的工作人員具備相應的專業知識儲備以及實踐應用能力。對新入職的員工開展培訓教育工作，使其形成專業安全意識和責任意識。通過“傳、幫、帶”的方式，促進各年齡階層人員之間的相互交流與溝通。此外，還需要建立更為完整的培訓機制與考核機制，開展暖通專業設計講座活動，拓寬設計工作者的思維視野，使其能夠優化完善現有設計思想，保障在職的設計工作者的職業素養能夠滿足相關工程的需要。在涉及高層建筑暖通設計方案方面，可以分配不同的設計團隊選取設計方案，對不同團隊所提出的方案進行對比分析，選擇最為符合實際情況并且質量最高的設計方案。此外，設計人員還需要形成良好的全局意識，能夠充分認識有關設計規范與原則，同時還需要深層次地融入施工現場，明確和高層建筑暖通設計相互關聯的各項工作，分析問題并解決問題，以此來促進自身的實踐應用能力的發展，為高層建筑暖通空調系統的優化完善提供支撐。在開展設計工作的時候，暖通設計人員需要充分提升對設計文件質量的關注，結合相關標準、規范開展設計工作，做好對暖通系統的尺寸以及管道等內容的標注處理，標注需要做到足夠詳細明確。

3.5 強化通風系統設計水平

在進行高層建筑暖通工程設計過程中，需要充分考慮豎向共用風道的阻力因素，選用高全壓型的設備，以使得其能克服管道阻力，達到順暢通風的目的。這既避免了出現設備運行卻沒效果的徒勞浪費能源的現象，也切實體現了暖通專業在建設工程中的價值。除此之外，還應該加強科學技術的有效利用。當前建筑工程設計過程中存在嚴重的能源浪費情況，因此應該不斷提高通風系統中自動控制系統的普及率，進而提高通風系統設計質量。

3.6 做好系統優化控制

結合目前學界已有的文獻研究及業界已建成的實際工程來看，建筑物聯網以及智能化建筑可以說是未來建筑發展的必然走向，同時也是現代社會發展到相應程度的必經之路。尤其是建筑物聯網在推動大數據方面的發展做出的重要貢獻，為現代高層建筑暖通系統的完善設計提供了充足的支撐。借助于前期的系統化機電設計，不僅能夠促使新建建筑有效完成節能整體目標，而且還能夠促使既有建筑暖通系統的改良與優化，有效推進建筑工程的深度發展，最終完成對建設工程暖通系統的智能管理。在實際設計的過程中，可以融合自控系統和能源計量系統，用于從根本上保證高層建筑暖通系統的安全性和穩定性，提升運行質量和運行效率，從而精準合理的實現對室內空氣環境的管理和調控。這不僅能夠有效保障用戶的舒適度，而且還能夠延長設備的運行壽命，進而充分滿足低成本、高回報的目標。

3.7 強化暖通空調系統節能設計

3.7.1 合理設計冷、熱源系統

推動暖通空調控制優化技術的發展，需要合理設計冷、熱源系統。供暖、供冷的基本原理，主要是通過冷熱交換系統調節室內溫、濕度，有時也會借助輔助加熱設備提升室內溫度。因此暖通空調工程在進行控制優化時，需要合理設計冷、熱源系統。因為這直接關乎暖通空調工程的使用效率以及運行壽命。當前，一些新建建筑的供暖、空調和通風系統，均不同程度得實現了較高難度的自動化以及智能化系統控制，而這些自動化控制還可以進一步地統一集成到一個樓宇自控系統中。這就使得綜合利用冷、熱源成為了可能。在實際工程中，可根據項目周邊的能源條件，比如地（水）源熱泵、市政熱力管網、電力調荷能力等綜合考慮冷、熱源形式，在過渡季或極端天氣時利用樓宇自控系統綜合調配擁有的能源，如低谷電能、工廠廢熱、地熱能等，進行動態控制及綜合利用。

3.7.2 降低熱媒傳輸能耗

熱媒是暖通空調系統中的重要組成部分，它就像是人體血管里流淌的紅細胞。在選擇熱媒時，要以暖通專業技術人員的判斷為標準，合理選擇熱媒。同時，也要有效控制空調熱能轉換過程中的能量損失。通過智能化技術分析空調制冷及制熱過程，采用電動平衡閥等調節手段合理把控整個過程中的能量消耗。在空調系統設計過程中，還可以優化動力傳輸系統，并在運行中不斷優化調節。做好保溫措施同樣重要，選用絕熱系數高的保溫材料，同時嚴格按照規范要求防止冷橋、熱橋現象，亦能有效減少熱媒傳輸時的能量損耗。此外，采用大溫差供回水管道在提升空調節能效率的同時也能提升空調運行的效率。

3.7.3 大范圍使用變頻技術

暖通空調控制優化技術的應用，需要大范圍使用變頻技術?？照{及供暖系統在運行時，會產生極大的用電負荷，導致城市電力供需矛盾尖銳，嚴重時還會引發電力中斷。這與舊式的空調及水泵等“耗電大戶”使用定頻技術不無關系。在空調系統中，變流量系統是一種最廣泛采用的系統形式。然而在實際工程中，設計人員往往不會參與運行調試，而系統的后期運維人員也往往受限于專業知識的了解程度，導致很多項目的空調系統沒有運行在合理的狀態下。而隨著我國新建建筑工程的減少，對既有建筑工程的暖通空調系統進行優化調校就成為了暖通專業未來的重要工程實踐方向之一。

結語：

暖通設計是高層建筑設計、施工與運行過程中必不可少的環節。為了提高暖通專業設計的合理性，應從各方面制定針對暖通專業設計的優化方案，有效提高暖通專業工程的設計質量，從而為人們打造舒適、環保的居住環境。