淺談高層建筑熱水供暖系統的設計

摘 要：隨著高層建筑數量規模的不斷增大，關于高層建筑供暖系統的選擇也成為人們關注的重點，由于高層建筑高度較高，其供暖系統的設計也不同于普通建筑。文章介紹了幾種常見的高層建筑熱水供暖系統的工作原理和特點，為實際工作提供理論上的參考。

關鍵詞：高層建筑；供暖系統；分區式；設計

前言

隨著人口數量不斷增多以及城市化進程的不斷加快，高層建筑在所有建筑結構類型中所占的比重也越來越大，供暖系統作為體現建筑使用功能的重要組成部分，也必須科學設計才能兼顧舒適與節能兩個方面。高層建筑由于其高度較高，故其供暖設計在很多方面都體現出與低層建筑的不同，其中最大的差異就在于高層建筑熱水供暖系統的靜水壓力較大，在設計時既要考慮滿足高樓層熱水循環的需要，又要考慮不對低樓層散熱器造成影響或破壞；另外，由于高度較高導致上熱下冷的垂直失調現象也較為常見，因此在設計熱水供暖系統時要通盤考慮，并根據實際情況優選最佳的供暖系統。

1 常見高層建筑熱水供暖系統的原理及特點

1.1 設熱交換器的分區式供暖系統

由于高層建筑具有高度高的特點導致了靜水壓力大和垂直失調現象等，因此可考慮將高層建筑在垂直方向上劃分為若干個區，并將熱水供暖系統按分區設置。其中，高度較低的分區可采用與外管網直接連接的方式，這一分區高度的設置主要考慮兩個方面：一個是室外管網的壓力，另一個是散熱器的耐壓能力，即要保證室外管網的壓力不足以對室內散熱器造成不良影響，并且在實際工作中要留有一定的余地，以免由于事故工況對系統造成沖擊而導致散熱器損壞。而高度較高的分區由于靜水壓力較大，故與室外管網之間采用間接連接的方式，實際工作中常采用設置熱交換器的方式，即通過高效的熱交換器與室外管網熱水進行熱交換，而熱交換器作為較高分區的熱源，與膨脹水箱、循環水泵等共同構成了較高分區熱水供暖系統，這樣就做到了較高分區的供暖系統與室外管網之間相互獨立，二者的運行工況互不影響，因此有效解決了高層建筑較高樓層靜水壓力對低樓層散熱器造成影響的問題，并且由于在垂直方向上將系統分割成若干部分，因此可避免系統垂直失調的現象。

設熱交換器的分區式供暖系統由于各分區之間以及高區與外管網之間獨立存在，互不影響，因此該系統運行十分穩定，是高層建筑供暖系統設計最常采用的方案之一。但由于在高區需要另外設置熱交換器和循環水泵等設備，增加了初期投資，且設備的管理和維護也是一筆不小的費用，因此造價較高，再者，在外網為低溫水時，采用熱交換器進行內外網熱交換的效率極低，熱損耗過多，不經濟。

1.2 設置雙水箱的分區式系統

當外網為低溫水時，可采用設置雙水箱的分區式熱水供暖系統，其主要工作原理與設熱交換器的分區式供暖系統相類似，也是將高層建筑在垂直方向上分區，且低區連接方式相同，所不同之處在于高區采用直接連接的方式與室外管網相連接，由于高區系統靜水壓力較大，因此通過設置加壓水泵的方式使外管網的熱水進入高區系統，高區系統設置兩個水箱，一個負責進水，一個負責回水。進水箱與高區系統管網相連，而回水箱與外管網回水管相連接，室外管網的熱水進入到進水箱后流入熱水管網，回水則由于水箱的水頭壓力回到回水箱，由回水箱的溢流管流入到室外管網的回水段。由于在整個過程中進水箱和回水箱中水的液面是不斷發生變化的，靠著二者之間的水位差使得熱水能夠在高區管網中均勻流動。

設置雙水箱的分區式系統其實就是用雙水箱實現了熱交換器的與外管網隔離的作用，其優點是比設置熱交換器造價更低，且在外管網水溫不高的情況下系統也能較為經濟地運行。但由于水箱不是密閉的，不可避免地會有外環境帶來的雜質混入到水介質中，增加了系統被腐蝕的風險。另外，由于加壓泵啟動時在壓力作用下外管網的水會瞬間流向泵體，導致低區系統會暫時處于虧水狀態，需要一定的時間才能恢復到正常運轉狀態，且由于虧水給低區管網帶來大量的空氣，因此造成低區系統不穩定。

1.3 直連供暖系統

直連供暖系統就是在高區不設置熱交換器，也不設置水箱和減壓閥等，整個系統由加壓泵、微機控制系統、止回閥、斷流器、阻旋器等組成。低區連接和運行方式與前兩種系統均相同，高區系統運行的特殊之處在于：高區設置加壓泵，且在泵出口處設置止回閥，防止系統倒吸，并在回水管路最高之處設置斷流器，水流過斷流器后水流由平流變為旋轉，起到減壓的作用，水流速加快，因此保證回水管路中水流保持連續，而在室外管網靜水壓力線以下部分，安裝阻旋器，作用是使水流由旋轉狀態恢復到正常，并使高區系統的回水壓力與低區不斷保持平衡。這樣，水流在高區實現了由高壓到無壓，再到正常壓力水平的過程，因而使得熱水在高區循環后能夠較為自然地進入到低區，從而實現整個高層建筑的直連供暖。需要注意的是，在采用直連供暖系統時，要注意阻旋器必須垂直安裝，主要原因是高流速的旋轉水流在流經阻旋器后流速顯著降低，同時會產生大量的空氣，垂直安裝有利于這些空氣通過管路上升到斷流器處，并經由斷流器上的自動排氣閥排出，確保管路平穩運行。

直連供暖系統直接實現了高層建筑內高區和低區之間的相互聯系，使高層建筑每一層供暖的熱水溫度保持一致，且會根據系統的需要來自動控制循環水泵的啟閉，便于管理。直連供暖系統的斷流器和阻旋器在運行過程中會產生一定的噪音，為防止帶來噪音污染，一般應將其設置在管道井或專門的輔助房間內。

2 高層建筑熱水供暖系統的選擇思路

以上介紹了當前我國在高層建筑供暖系統中最常使用的設計方案，實際工作中應當根據實際情況進行經濟技術分析，選擇最佳的設計方案。如室外管網溫度較高，且預算較為充裕，可考慮采用設熱交換器的分區式供暖系統；而當室外管網溫度較低、建筑物本身可支配空間較大、預算有限且為方便管理，可選用設置雙水箱的分區式供暖系統；而對于新建高層建筑以及不適用于以上兩種設計方案的情況，則優先選擇適應性更強、運行更為穩定的直連供暖系統。

參考文獻

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