高層建筑暖通空調(diào)設計要點研究

王晨

摘? 要：暖通空調(diào)是高層建筑設計的一個重要組成部分，其會對建筑能耗與環(huán)保性產(chǎn)生極大影響，加強其科學設計是高層建筑設計的一個重要內(nèi)容。文章以高層建筑為例，重點研究了暖通空調(diào)設計原則與要點，以期為建筑暖通空調(diào)設計的相關研究提供必要的指導。

關鍵詞：高層建筑;暖通空調(diào);設計要點

中圖分類號：TU83 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）26-0085-02

Abstract： HVAC （Heating， Ventilation and Air Conditioning） is an important part of high-rise building design， which will have a great impact on building energy consumption and environmental protection. Strengthening its scientific design is an important part of high-rise building design. Taking high-rise buildings as an example， this paper focuses on the principles and key points of HVAC design， in order to provide necessary guidance for the relevant research of HVAC design.

Keywords： high rise building; HVAC （Heating， Ventilation and Air Conditioning）; key points of design

隨著高層建筑項目的增多，人們對建筑的居住功能提出了越來越高要求，除了對其耐久性與安全性具有較高要求外，對其美觀性與居住舒適性同樣提出了更高要求。其中暖通空調(diào)設計是影響高層建筑內(nèi)環(huán)境適宜性的一個關鍵設計要素，加強其科學設計，有效提升暖通空調(diào)設計效果是當前建筑行業(yè)發(fā)展的一個重要方向。

1 高層建筑暖通空調(diào)設計的原則

為了保證高層建筑暖通空調(diào)設計可以高效開展，需要注意遵從如下一些基本的設計原則，具體如下：其一，實事求是原則。在開展暖通空調(diào)設計實踐中需要本著實事求是的設計原則，深入實地去調(diào)查和了解現(xiàn)場及周邊的建筑物以及電、熱、水等相關管線的敷設情況，這是設計高層建筑入口的重要基礎。其二，規(guī)范性原則。在暖通空調(diào)設計中，始終以規(guī)范為依據(jù)開展各項設計工作，如需要根據(jù)建筑總高度、層數(shù)與層高對建筑是否屬于高層建筑進行判斷，或者對建筑內(nèi)部人員數(shù)量以及空調(diào)使用時間與有無廢氣排放等進行仔細地調(diào)查與統(tǒng)計，之后結合相關設計標準與規(guī)范來劃分負荷系統(tǒng)。其三，安全性原則。要注意科學、合理地劃分防火分區(qū)，期間要對火災疏散路線、防火墻設計位置以及防煙分區(qū)等進行科學設計，保證防火閥門與排煙系統(tǒng)等設計的準確性與安全性。

2 高層建筑暖通空調(diào)設計的要點

2.1 空調(diào)負荷設計的要點

基于《制冷與空調(diào)技術手冊》等關于暖通空調(diào)設計的相關規(guī)定可知，夏季的商用建筑與旅館辦公類建筑的冷負荷指標分別可以控制在210W/m2～240W/m2與94W/m2～163W/m2。但是設計人員在實際的空調(diào)負荷設計實踐中，常常會因為這樣或那樣的問題而增加空調(diào)的實際裝機容量，進而會增加初期空調(diào)系統(tǒng)建設中的投資金額，相應的成因主要表現(xiàn)在如下兩個方面：其一，設計人員如果僅僅利用負荷指標估算法開展計算，那么容易增加制冷劑裝機容量，這樣不僅會誘發(fā)一些不必要的投資浪費問題，同樣會對部分負荷作用下的冷機效率產(chǎn)生極大影響。其二，在綜合考慮各種安全系數(shù)的基礎上，容易使單位空調(diào)制冷面積超出設計規(guī)范和手冊當中的冷負荷概算，進而會使得空調(diào)系統(tǒng)在運行中的單位空調(diào)面積峰值冷量超過相應的規(guī)定標準值。立足于全年設計視角可知，建筑負荷的持續(xù)峰值一般時間比較短，相應的冷機負荷率在大多數(shù)時間段都會處于相對較低的狀態(tài)，COP本身也相對較低。針對這種情況，結合有關的空調(diào)設計手冊與規(guī)范，商場單位和辦公室單位的相應冷負荷指標取值可以分別確定為70W/m2～90W/m2與100W/m2～150W/m2，這樣可以滿足日常的基本使用規(guī)定和要求。

2.2 空調(diào)循環(huán)水泵設計的要點

在當前設計空調(diào)循環(huán)水泵期間，設計值偏大是比較常見的一類設計問題，并且所設計的水泵容量常常會超出實際需求值的2倍左右，這樣會極大地浪費投資費用與運行費用。究其根本原因，主要是由于設計人員所設計的冷負荷偏大，系統(tǒng)水利平衡計算結果和靜水壓力計算結果不準確，系統(tǒng)循環(huán)阻力計算結果偏高等造成的。又或者在選擇冷水泵期間沒有高度重視冬季和夏季時流量差異性情況。比如，某高層建筑工程在夏季需要400m3/h的10℃循環(huán)冷凍水，冬季需要200m3/h的55℃循環(huán)熱水，二者具有差異化的循環(huán)水流量，所以在開展暖通空調(diào)設計期間要對夏季用的冷水泵與冬季用的熱水泵進行分開設計。如果設計人員采用同一臺循環(huán)水泵，那么勢必會浪費不必要的一些能源。因此，在實際的空調(diào)循環(huán)水泵設計實踐中，需要基于不同時間段中冷負荷和揚程的實際變化來校準相應的設計方案，基于變頻泵速度的控制來對相應的定速泵數(shù)量進行有效控制，確保它們在各種使用條件下都可以始終保持最佳運行狀態(tài)。通過該種設計方法，可以極大地提升整體的節(jié)能性。

在暖通空調(diào)設計實踐中，合理選擇水泵揚程也是設計人員需要綜合考慮的一個要點。比如，某高層建筑工程的冷卻塔可以擱置在高度為80m的屋頂上面形成一個閉式循環(huán)系統(tǒng)。但是在實際設計中，設計人員如果在水泵揚程中錯誤加入高程，使得最終設計得到的水泵揚程超過93m。在水泵選擇期間，設計人員一般需要選擇恰當?shù)挠嬎惴椒ǎ瑖栏褚罁?jù)相應的設計手冊與規(guī)范中的系數(shù)規(guī)定，選擇恰當類型的水泵。此外，需要高度重視中央空調(diào)水循環(huán)流量的實際變化情況，考慮到循環(huán)水流量本身并非屬于恒定的，所以要確保所應用水泵水量變化位于高效區(qū)當中。如果夏季水量和冬季水量之間存在比較大的變化，那么為了確保整個空調(diào)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，要注意分別設置熱水泵與冷水泵。

2.3 供暖設計的要點

在高層建筑供暖設計實踐中，許多設計人員常常會存在只設計建筑內(nèi)部供暖系統(tǒng)而沒有進行戶外供暖系統(tǒng)設計的問題，這樣會使得最終的高層建筑實際供熱負荷值與設計負荷值二者存在很大的差異，影響了整體的建筑供暖效果。基此，在設計供暖系統(tǒng)期間除了需要對室內(nèi)供暖的相關影響因素進行綜合考慮之外，同樣需要考慮樓道管道等公共建筑部分的供暖設計情況。比如，針對某一商務高層建筑，在對其供暖系統(tǒng)進行設計期間必須要安置一個單獨的熱計量。但是實際的設計人員卻常常會忽視這一設計環(huán)節(jié)，有的高層建筑內(nèi)部的立管系統(tǒng)本身可以劃歸到公共部分范疇，實際的設計中需要對散熱裝置、化學鋼材、承載情況以及水利平衡性等眾多影響因素進行綜合考慮，保證最終確定的供熱負荷準確性，同時也要注意管道熱補償所帶來的影響，借助這種設計方式不僅可以防范熱脹冷縮作用所造成的管道支管拉裂問題，同樣可以對熱膨脹量進行仔細考量，并對補償設備規(guī)格及其安置位置進行精確確定。通過這種設計方式，可以顯著提升供暖設計的整體效果。

2.4 旁通管道設計的要點

旁通管道是供回水總管上的一個重要組成部分，其使用性能會直接影響整體供回水總管的使用效果。為了對空調(diào)系統(tǒng)中冷水機組內(nèi)部通過的水量進行有效穩(wěn)定，那么可以將旁通管道合理地設置在冷水機組當中的供回水管上面，并且可以相應地設計一個恰當?shù)恼{(diào)節(jié)閥來對實際的壓差進行有效控制。在設計旁通管道期間，必須要嚴格依據(jù)冷水機組內(nèi)部的冷凍水量等實際情況，對其最大水流量進行合理設計，同時也要依據(jù)最大流速來對旁通管道的直徑進行科學設計，切不可在沒有經(jīng)過科學計算與綜合分析的基礎上僅憑個人設計經(jīng)驗來對旁通管道的直徑尺寸進行確定。通常而言，旁通管道設計中的旁通閥一般可以選擇電動類型的調(diào)節(jié)閥，如ZAPC型或ZAPB型（圖1）等都是當前我國旁通管道中常用的旁通閥設備。如果末端設備本身的管道壓力不小于0.2MPa，必須要嚴格依據(jù)有關管理規(guī)定和要求，對冷水機組旁通閥的直徑進行科學、合理地確定。

2.5 通風系統(tǒng)設計的要點

在寫字樓、商務樓等高層建筑內(nèi)部，無論是儲藏室、設備間或者廚房與衛(wèi)生間等區(qū)域都會相應地配備恰當類型的一些通風系統(tǒng)，這關系高層建筑內(nèi)部通風的質(zhì)量。針對高層酒店衛(wèi)生間所設置的排風系統(tǒng)，可以采取回收式機組在室外進行科學安排。新風機組與空調(diào)機組上面都要注意加裝一些袋式初效過濾器（圖2）來進行過濾處理。而廚房、鍋爐房以及空調(diào)制冷機房的內(nèi)部相應地設置事故通風系統(tǒng)，并且通風換氣次數(shù)不應小于12次/h。只有科學設計高層建筑通風系統(tǒng)，才能夠保證高層建筑內(nèi)部擁有一個良好的內(nèi)環(huán)境。

3 結束語

總之，暖通空調(diào)是新時期高層建筑設計的一個重要組成部分，其設計質(zhì)量關系整個建筑內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量。在實際的暖通空調(diào)設計中，要注意遵從實事求是、規(guī)范性和安全性幾個基本原則的基礎上，做好空調(diào)負荷、空調(diào)循環(huán)水泵、供暖、旁通管道與通風系統(tǒng)幾個設計工作，力求全面提升高層建筑暖通空調(diào)設計效果。

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