超高層商用建筑暖通空調設計要點

戴樹霞

江蘇富通置業有限公司（210000）

0 前言

暖通空調實質上是一種加熱設備，它既能散熱，又能使內部空氣與外部空氣相互循環，調節空氣質量。 暖通空調系統設計需要應用多種技術，設計人員既要熟悉流體力學和熱力學，又要熟悉機械設計。

1 煙囪效應

1.1 煙囪效應的影響

煙囪效應會影響升降機門的關閉:門的內外側壓差使門的關斷機構無法提供足夠的力來克服阻力。

建筑物低層的供暖問題：大量冷空氣通過外門和外墻進入室內，影響了供暖效果。

1.2 減弱煙囪效應的方法

1）確保外墻的密封性。所有的豎井和所有的滲漏通道都要密封，大堂設前室，入口和出口采用密封門。2）寒冷地區的超高層建筑的入口應采用旋轉門。3）在大廳設兩個前廳，總有一扇門是關著的，兩扇門之間提供足夠的熱量。 對于人流較大的前廳，采用雙門較難時，可采用旋轉門。 4）升降機應設在前室，樓梯間應設置較密閉的門，以減少垂直氣流的流動。 5）暖通設計應考慮空調和通風系統，在整個建筑中進行完全空氣平衡計算，提供大于排風量的新風，并且室外空氣要比排放氣體至少多5%，以確保正壓。 大堂設計獨立的空調系統，冬季最冷的時候可以采用100%全新風方式運行，為大堂增加壓力，降低煙囪效應。

2 暖通系統選擇

2.1 系統選擇需要考慮的因素

對于功能齊全的高層建筑，設備和電氣系統的總投資可能高達建筑總投資的35%以上，通常超過25%；管井和設備房面積占總建筑面積的7%～10%。確定暖通空調系統及相關設備時應該考慮: ①投資總額；②當前和今后用戶需要；③建筑物和結構的限制與要求；④內外環境的要求；⑤空間使用的聲學要求；⑥抗震要求；⑦能耗；⑧運行和保養費用；⑨防火防排煙系統。

2.2 空調末端系統

一般而言，高層建筑的空調系統主要包括全空氣變風量系統、 低溫送風變風系統、 水-空氣系統（風機盤管）、地面送風系統等，上述系統主要分為兩類:一類是中央空調系統，它集中配置于空調機房內，承擔多個樓層的空調功能；另一類通常只承擔設備所在樓層的局部空調功能。 應根據業主的需要、建筑特點和其他專業要求選擇設計方案。

3 集中供熱和供冷設備

制冷室和熱源的類型和位置的確定需要考慮幾個因素: ①重量、 空間需求以及對結構體系的影響；②施工進度；③設備安放地點的地面施工要求；④噪音效應；⑤操作、運行和維修；⑥現有能源狀況；⑦年度運營成本和投資回收期；⑧如果使用鍋爐，還必須考慮到煙囪占用的空間和費用。

4 空調水系統

4.1 減小空調冷凍水系統壓力

隨著設備和管道工作壓力的增加，超高層建筑制冷設備、管道、附件和閥門的投資也相應增加。 超高層建筑空調水系統設計應特別注意由于建筑物高度引起的靜水壓力對管道系統的影響，應將空調水系統的工作壓力控制在合理的范圍內，以減少設備的承壓，從而降低投資。

減少空調設備工作壓力的方法之一是將制冷設備置于地下室以上樓層，但此時底層冷凍水管位置處的設備、管道、附件和閥門仍有可能承受較大的壓力。 另一種方法是用板式換熱器減少制冷設備和管道的工作壓力，其原理是將所有樓層分組，形成各自獨立的靜壓區；板式換熱器的使用雖然有利于減少工作壓強，但也要綜合考慮系統的優缺點；一般情況下，只使用一臺板式交換機，這樣二次側水系統就更合理了；雖然板式交換機有利于降低系統的能耗，但使用冷卻水時，由于存在溫度損失，相應的冷凝水供水溫度就會升高，系統二次側的水流量就會增加。

4.2 空調水管設計要點

管路設計要考慮的其他因素包括： 管路收縮、膨脹和動靜載荷、管路固定支架、滑動支架；管路穿過樓板、墻壁和隔斷處需要安裝套管，并在管路與套管之間填充防火材料。 此外，混凝土框架結構也存在收縮或蠕動現象，每層可減少約3 mm，盡管每層變化幅度不大，但對超高層建筑而言，這種變化不應忽略，如一幢70 層的建筑會有210 mm 的偏移量，上述情況要求在設計時要注意在管子固定支架的上下兩層之間提供足夠的靈活空間，使管子隨著結構的變化產生一定的偏移。 為進行更好的設計，暖通設計人員應征求結構工程師的意見，以確定管路系統的精確偏差。

4.3 空調水溫差對經濟性的影響

在大型工程中采用較大的水溫差，可減少水流量，進而減小管道尺寸，雖然增加了制冷主機的運行費用，但可大大降低其投資費用。 對于超高層建筑制冷主機蒸發器和冷凝器所需供回水溫差要進行經濟評價分析。

5 電梯垂直運輸系統的空調通風

1）電梯機房冷卻:應設置空調系統，使電梯機房的室溫控制在15～30 ℃之間。

2）電梯升降豎井的通風:為了減少電梯運行時產生的活塞風對電梯造成的影響，需要在電梯井口設置通風孔，使電梯的豎井面積達到0.27 m2，并使用風管將電梯的通風孔與室外大氣相連接；當設計高度很高時，電梯的運行速度一般大于7 m/s，還需要根據電梯和自動扶梯安全規范要求，在電梯井底部設置通氣孔，以便電梯轎廂高速向下運行時能迅速排出空氣。

6 消防設計

由于高度問題，在超高層建筑中存在下列消防問題:①建筑物的高度超過現有云梯的可及范圍；②潛在的煙囪效應；③需要延長撤離時間。

由于上述原因，超高層建筑在設計時應嚴格遵循消防規范的有關要求，并結合實際情況采取更嚴格的防火措施，必要時可組織專家論證。

7 結語

探討超高層建筑空調通風系統設計的特點及要點，有助于拓展暖通工程技術人員的專業視野，跳出專業界限，站在更高的高度來更好地完成設計工作。