超高層建筑暖通空調系統的設計原則探究

刁建美

鴻偉合創（廈門）建筑設計有限公司 福建 廈門 361001

引言

隨著社會經濟的迅速發展和科學技術的飛速發展，摩天大樓越來越多。摩天大樓比一般建筑物復雜得多。由于超高層建筑比一般建筑要大得多，能容納更多的人，發揮更多的功能，因此超高層建筑在設計時需要考慮很多方面。暖通空調系統是摩天大樓功能的重要組成部分，它直接影響著大樓的使用。為了使空調行業與社會、環境、資源和諧發展，相關設計人員必須根據我國的發展需要進行合理的空調系統設計[1]。

1 超高層建筑特征分析

建筑采暖是建筑內部熱量的傳遞過程，使室內環境得到適當的調節，創造出舒適的居住環境。所有現代建筑都需要供暖，這是建筑最基本的功能。現有供暖方式因建筑設計及地區不同而有較大差異。建筑通風是另一項重要要求。通風為建筑內外提供空氣交換，帶來新鮮空氣，取代污染空氣，確保建筑內部環境健康。高層建筑的采暖、通風及空調系統設計直接影響到建筑內部的舒適程度，因此必須對高層建筑的空調設計進行改進。近年來，我國建筑設計發展較快，但仍存在噪聲、公共空間等問題。室內空氣環境較差，噪音較大。高層建筑高度在100m以上，樓層越高，建筑內部容積系數越低，建筑抵抗風速越大。風速會影響室內環境，給使用者帶來不適。同時，高層建筑的風速也會使建筑物內產生較高的噪聲，嚴重影響人們的生活、休閑，影響人們的生活質量。研究發現，15～25層高的建筑內部環境相對較差，而這些建筑就是必須針對的對象。高層建筑雖然能有效節約土地、減輕居民負擔，但是高層建筑公共空間的減少會降低使用者的舒適度，因此必須保證建筑設計質量。

2 暖通空調系統概述

一般而言，“空調系統”包括制冷供暖、新風系統、排風系統、排煙系統等。因此，從功能上講，暖通空調是建筑的一部分。就建筑設計而言，它是建筑設計的一部分。它不只是一種“空調”。建筑暖通空調系統可分為中央空調系統和獨立空調系統。這取決于建筑的目的以及投資者的意圖和實際需要。暖通空調系統的種類很多，但是其基本原理都是一樣的。常見的有分散式冷卻或加熱系統、熱泵系統、熱回收系統、冷風機系統、空氣-水系統、新鮮空氣系統和新鮮水系統。空氣-水系統通常使用冷凍水來去除空調空間內顯熱負荷，同時通風，保證空氣質量，去除空間潛熱負荷。全空氣系統，它能滿足空調空間的所有要求（如加熱、加濕、降溫、除濕）。全通風系統，包括風機盤管機組、聯合通風機組或重力終端機組。其主要優點是能適應大部分建筑空調系統，并可靈活地應用于空調系統改造[2]。

3 超高層建筑暖通空調設計原則

3.1 安全原則

暖通空調系統設計應遵循安全原則，即設計人員必須了解高層建筑實際情況，根據規劃確定防火分區，密切關注消防安全規劃，智能規劃通風系統，確定風道方向，確保符合消防安全規定，并使下一步施工順利進行，通過智能規劃避免燃氣、通信、電力等線路的碰撞。規劃時應考慮使用后出現的問題，確保安全隱患得到及時解決。分析與評估應結合暖通空調系統運行狀況，找出改善系統運行安全性的可能途徑。暖通空調系統的復雜性要求對能源進行有效的管理，科學設置通風與保護系統，對其進行檢測與監測，及時消除安全隱患。

3.2 可實施性原則

暖通空調系統設計應遵循可行性原則，即根據建筑暖通空調系統的設計要求，確保系統可行性。為了提高設計的合理性，在實際設計中應采取適當的規范。由于暖通空調系統具有制冷與供暖雙重功能，能耗高，對環境影響較大，因此在系統設計中應注重環境保護，落實暖通空調的具體設計要求，保證室內溫度、濕度、改善室內空氣質量。

3.3 節能與環境保護原則

超高層建筑暖通空調系統設計必須克服以往發展模式的弊端，順應綠色發展趨勢，遵循綠色設計原則，達到綠色設計要求，實現低能耗、循環利用。在正確認識超高層建筑能耗的基礎上，空調系統規劃應包括新產品、新技術的使用、節能措施的具體分析。太陽能、地熱等自然資源具有可再生性，應按照節約能源和環境保護原則，充分利用可再生資源，減少不必要的電力消耗，確保超高層建筑的經濟效益，合理控制成本，確保工程效果。

3.4 衛生舒適度原則

暖通空調系統以調節室內溫度為主要功能，適宜的溫度對優化居住環境起著重要作用。因此，在暖通空調系統設計中，必須以健康、舒適為原則，選用環保型材料，以避免對人體健康造成危害，同時也能極大地改善建筑側翼的居住環境。超高層建筑暖通空調耗能高峰出現在冬季、夏季，而超高層建筑則存在較大的能耗高峰。因此，通過設計提高空調控制效率非常重要，因為其高度的適應性使其操作更加容易。在運用自動化技術的過程中，必須了解建筑物的基本特性，提高自動化技術的適應性。自動化技術最大的好處就是減少了人力資源的使用。

3.5 經濟性原則

在超高層建筑暖通空調系統設計中，為了保證設計達到節能要求，必須首先考慮效率問題。設計師應該把兩者結合起來。例如，在選擇材料時，要充分了解市場，選擇成熟的生產廠家，確保材料符合相應的質量標準，保證價格優勢，避免盲目選擇早期材料。選擇設備時，一定要確保設備可靠，工作正常。

3.6 整體性原則

整體性原則應從建筑整體、全局、全專業角度出發，在滿足建筑使用需求和人員舒適度的前提下，合理選擇暖通空調的設計方案，提高建筑節能減排整體水平。如結合建筑設計、室內外裝飾合理選擇系統方案、遵循設計規范實現不同建筑溫度調節功能、全面、系統地分析和計算運行區域，確定科學的控制管理模式[3]。

4 超高層建筑暖通空調系統存在的主要問題

4.1 暖通空調系統的優化設計缺乏科學性

現代高層建筑在設計、安裝階段應根據實際情況全面了解室內環境，收集各種信息，提高設計合理性。空調系統能否繼續穩定運行，主要取決于兩個因素：①設計方案是否符合實際情況；②節能優化方案的合理性和可行性；在節能優化方案設計上，相關規劃部門應通過合作研究，采取針對性措施。因此，應將新管理理念融入設計中，積極引進新技術，測試新設備，解決設計過程中出現的諸多問題。

4.2 不合理使用暖通空調系統

暖通空調系統是超高層建筑中非常重要的一部分，它已經成為人們生活和工作的重要組成部分。然而，由于暖通空調系統運行時間較長，大多數建筑對暖通空調系統的維護往往忽視，從而導致其維護工作出現困難。因此，空調系統在長時間運行時，不可避免地會影響其穩定性，從而達到節能降耗的目的。另外，部分用戶使用模式不規范、隨意性較強，給暖通空調系統帶來不利影響。目前我國高層建筑暖通空調系統使用情況的研究表明，空調系統設備故障或部分功能不能正常工作，主要是人為因素造成的，嚴重影響了建筑節能。

4.3 缺乏專業技術人員的操作管理

超高層建筑暖通空調系統設計具有樓層高、結構復雜等特點，需要專業人員對其進行數字化、系統化的設計。然而，在實際操作中，為了節省安裝、規劃和管理費用，建筑師和營建者往往對技術人員缺乏嚴格的管理與監督，一些非系統化和非專業人員對暖通空調系統的維護活動造成了資源利用率低、能源浪費等問題。因此，為了保證 HVAC系統正常運行，必須加強技術人員的技術知識。培訓應側重于專業知識和實際工作技能的評估。嚴格的培訓與評估是確保暖通空調系統正常運行的唯一途徑[4]。

5 綠色節能在建筑暖通空調系統中的應用

5.1 自然通風法

自然通風是改善室內空氣質量和舒適度的原始有效途徑；通風不消耗資源，不產生污染，對環境保護有很大的作用，因此在現階段，如何實現自然通風技術是為了改善人們的生活條件。因此，應加強自然通風技術的科學應用，根據不同地區的實際需求，建立有效的自然通風技術應用機制，促進建筑節能設計與安裝。如采用自然通風技術時，應利用風壓進行操作，以保證室內空氣流通，使居住環境更加綠色環保，提高呼吸舒適度與放松度。在建筑設計時，為了排出室內暖氣和自然通風，應在室內上部設置可調節的開口。

5.2 蓄能系統的創新應用

將儲能系統應用于建筑工程，能有效地降低整個空調系統的能耗，動態調整室內環境控制因素，達到綠色宜居建筑的目的。建筑空調系統通過節能設計，能更加立體地體現建筑空調系統的功能，直觀地分析不同類型能源的實際使用路徑。儲能系統在節能減排方案上的創新應用，使空氣凈化效果更加穩定，對環境溫度、濕度進行更好的控制，使儲能系統真正的效益更加明顯。然而，中央控制系統在使用儲能系統時，必須準確地輸入、輸出各種環境指標，保證各空調設備之間的連接穩定。許多儲能系統都能準確地輸出各種控制信號，對整個空調系統故障進行檢測報告，統計分析實際能耗。儲能系統的創新應用能夠確保穩定性和減少事故發生的可能性。改善門窗的使用價值，大增熱回收技術，提供更低碳環保的建筑氣候管理方法。

5.3 可再生能源空調的推廣應用

近年來，可再生能源主要包括太陽能、水電、風能等。隨著現代科技的不斷進步，可再生能源的利用也日趨成熟，而可再生能源空調在未來的發展中起著越來越重要的作用。從另一個角度來看，高層建筑采用可再生能源時，首先要合理利用風，利用自然風為空間提供必要的能源，減少能源消耗，達到保護環境的目的。在超高層建筑暖通空調系統中，可再生能源的應用可能非常廣泛，需要相關人員不斷地研究和創新。在這些方面得到落實后，超高空建筑暖通空調設計質量將得到改善。

5.4 智能空調系統的設計

通過智能空調系統應用于超高層建筑，結合實際建筑特點對智能空調系統進行優化設計，可達到以下目的。

首先，比較幾種建筑暖通空調系統的設計方案，選擇最佳參數和結構，使能耗降到最低。其次，為了提高系統響應效率，通過減少控制步數，模擬建筑暖通空調系統及其運墻結構、設計等形式的被動節能方式，利用智能空調系統實現節能效果的規劃與調整。

5.5 空調機自控系統設計

在現代建筑工程中，超高層建筑一般都會設置智能暖通系統，而智能暖通空調系統的設計更是重中之重。在當今社會，設計人員一般都會采用自動空調模式來實現暖通空調系統的自動控制，其主要應用理念是實時控制風機技術和電動閥門技術，通過這兩種技術的結合，降低暖通空調系統的能耗。除此之外，在螺桿式冷水機組區域之外，其他區域也需要設置冷熱源系統，在回水管中建立和設計旁路裝置，同時還要考慮電動二通閥的設計。另外還有一種情況，那就是暖通空調系統直接服務于多個行業，這就需要在多個管道上安裝計量裝置和閥門，為空調自控系統的運行提供便利。

6 結束語

綜上所述，建筑暖通空調系統對于人們的現代生活具有十分重要的意義，它使人們的居住環境更加稱心如意，生活品質得到提高，同時積極運用節能環保設計理念，保證其安全穩定運行，促進節能降耗效果的不斷提高，切實踐行可持續發展觀念。