淺談高層建筑暖通空調設計

文/侯平超 邢臺市建筑設計研究院有限公司 河北邢臺 054000

隨著城市化進程的不斷加快，高層建筑層出不窮，這為暖通空調設計的發展提供了很多機會，但也面臨著一定的挑戰。因此，設計人員應充分了解高層建筑暖通空調的設計要求，及時掌握暖通空調的設計要點。

1、工程概況

該項目位于重慶市渝中區黃金地段，建筑高度199.5m，總建筑面積近21萬㎡，包括地下五層，地上四十三層。其中，地下一層至地下五層為車庫和設備用房；地上一至六層為裙房商業；該項目集辦公樓、商業為一體的城市地標性建筑。

2、空調系統設計

2.1 冷熱源配置

根據空調冷熱負荷分析計算，考慮各區域用途、使用時間以及安全性，裙房商業采用3臺650冷噸的離心式制冷機組、2臺1.4MW的熱水鍋爐；塔樓采用2臺750冷噸的電離心式制冷機，1臺400冷噸的螺桿式制冷機組。冷水機組均置于地庫地下五層，熱水鍋爐置于地下一層（鍋爐房嚴禁設置在人員密集場所和重要部門的上一層、下一層，或者主要通道、疏散口旁邊，并且鍋爐房應設置在首層或者地下一層靠建筑外墻的位置，鍋爐房應考慮泄爆，泄爆井出地面的位置應避開人員密集區）。

2.2 空調水系統設計

2.2.1 空調水系統分析

高層建筑中空調水系統豎向分區是一個重要的環節，合理的系統分區對建筑后期的能耗、管理、系統安全都有重大意義；而影響水系統豎向分區的主要因素是設備、閥門、管道承壓。針對這個問題，可在中間層設置板式換熱器，實現高區與低區系統分隔。該方案解決了系統工作壓力過高的問題，但是經過板換換熱，二次側水溫溫度會降低（升高），系統的節能性較差，末端設備除濕能力下降。同時，由于末端供水溫度與設計溫度不同，會導致末端換熱設備換熱面積增加，初投資隨之升高。若考慮通過高承壓設備解決系統工作壓力高的問題，可以提高系統能源利用效率，末端設備除濕能力得到保證，但是提高設備的設計承壓能力同樣會增加設備初投資，同時會有水系統泄露的風險。因此在設計階段，應充分利用設備、管道的承壓能力，減少豎向分區的個數，選擇最經濟合理的設備轉換層，綜合設備初投資、系統運行效率、末端除濕能力等因素，選擇最優方案。

2.2.2 空調水系統承壓

一般來講，冷水機組最大承壓為1.6MPa，如果水系統工作壓力大于1.6MPa，則需要特制的冷水機組，機組造價增加。板式換熱器、水泵最大承壓可達到2.5MPa，管道、閥門最大承壓值較大，可根據需要設計額定承壓值。

2.2.3 空調水系統分區方案對比

該項目建筑高度為199.5m，冷水機組置于地下五層，水系統分區有兩種形式：系統不分區、在14F設置板式換熱器。

（1）方案一

該方案不設置中間轉換層，整棟樓共用一個水系統。

（2）方案二

該方案在14F設置板式換熱器，共兩個分區，低區水系統服務樓層為1-28F，高區水系統服務樓層為28-43F。

（3）方案對比

為了避免主機、水泵超出常規額定承壓，減少系統漏水的風險以及主機、水泵初投資，增加系統安全性，該項目采用方案二：在14F設置板式換熱器，實現系統高低分區。

2.3 二次泵系統分析與設計

目前在高層建筑中，水系統的控制精度要求也逐漸增加，當同一水系統不同環路間負荷特性、管網水力特性相差較大時，建議采用二次泵水系統。

2.3.1 二次泵水系統特點

二次泵系統是由一級泵和二級泵系統串聯而成，水系統的阻力是由一級泵和二級泵揚程共同克服，系統一次側與二次側由盈虧管連接而成。在設計工況下，盈虧管連接供回水管兩點的壓差應為0Pa，值得注意的是，在計算一次側、二次側水泵揚程的時候，切忌將二次側水泵揚程取的過大，否則會造成二次側富余水頭過大，造成二次側回水通過盈虧管直接流入供水管，使得用戶側供水溫度升高。

2.3.2 二次泵水系統控制策略

該項目為二次泵水系統，冷凍水經一次泵抽出，再經二次泵加壓后輸送至低區末端以及高區板式換熱器。在供回水總管間設置盈虧管，平衡一、二次泵之間的流量。當二次側高區用戶側負荷增加，設備開啟臺數增多（或者電動二通閥開度加大），高區二次側空調水系統管網總阻抗S減小，系統水流量Q增大，在高區一次側水流量增加之前，二次側水溫會升高。此時高區一次側水系統回水管上的電動閥接收到二次側水溫升高的信號后閥門開度增加，此時高區一次側管網總阻抗S減小，系統水流量Q增大，高區一次側旁通管壓差減小（為了保證水泵工作揚程穩定以及水泵散熱，應在二級泵供回水管間設置壓差旁通管），當旁通管壓差減小到一定值的時候，水泵轉速增加，高區一次側水流量Q進一步增大。當高區二次側末端負荷減少時，上述變化相反。

2.4 空調風系統設計

該項目商業、塔樓存在房間功能、營業時間、房間溫濕度等差異，均采用風機盤管加獨立新風系統，這樣有利于后期各個房間室內溫濕度的獨立控制。新風機組均采用帶全熱回收功能的機組，對于裙房商業來說，商鋪的新風系統可與公共區域的新風系統分開設置，有利于后期物業管理。同時由于高層建筑對外立面的要求較高，外立面不允許出現大量空調百葉，低區新風系統通過每層的新風機組處理后送至室內，新風井道在2-3F統一設置百葉。高區新風系統新風機設置在29F、RF，分別服務于22-29F、30-43F，新風井道均內置鐵皮風管，保證送風溫度。

結語：

綜上所述，高層建筑暖通空調設計要遵循安全性、節能性、經濟性的設計原則，充分考慮到經濟效益與環境效益，不斷引進先進的節能技術，優化設計方案，確保高層建筑暖通空調系統能夠安全、高效的運行。