高層建筑暖通設計中的常見問題及對策分析

陶石華

（廣東中人工程設計有限公司，廣東 廣州 510000）

現代化經濟建設工作的逐步完善，高層建筑在市場內的比例越來越高，而在此過程中，供暖、供電、供水、供氣等設計內容，是建筑開發與設計施工中必不可少的環節，也是高層建筑中耗能最高的結構，市場內現有的大部分建筑均存在暖通設施能耗高、規范性差等問題[1]。為了解決此方面問題，實現對暖通設計的全面優化，本文將結合相關工作實施的必要性，從問題與對策兩個方面探究暖通設計的合理方案。

1 高層建筑暖通設計遵循原則

建筑是社會群體生活與居住的關鍵場所，隨著高層建筑工程數量的提升，越來越多的受眾群體對建筑中的暖通設計提出了要求。為了促進群體消費，提升工程參與方的收益，要求設計人員在進行高層建筑開發與暖通設計時，需要遵循下述原則[2]。具體內容見表1。

表1 高層建筑暖通設計應嚴格遵循的原則

除上述提出的原則，還需要遵循環保性原則與兼容性原則，并在設計中，結合建筑層高與工程對暖通開發的需求，進行整體結構的規范化設計。以此種方式，確保設計的暖通結構與高層建筑開發保持較高的適配性。

2 基于IDEF0v 方法對暖通設計過程分解

為了滿足高層建筑暖通設計需求，對其設計基本步驟進行分解，如圖1 所示。

圖1 高層建筑暖通設計基本步驟分解

為了避免設計過程中不同設計步驟之間受到因素的制約，在進一步的優化設計研究中，選擇于IDEF0v 方法對暖通設計過程進行深入分析。

可以將暖通設計過程中的A-0 圖作為頂層圖，根據設計要求與標準，將A-0 圖細分為A1 圖、A2 圖、A3 圖、…、An 圖，分別對應設計中的供暖系統、空調通風設計、防排煙設計等[3]。設計前，輔助提出的方法，生成一個針對暖通設計的ICEO 模型，模型中“I”表示為暖通系統自身專業信息；“C”表示為除自身專業信息以外的專業信息；“E”表示為詳細信息；“O”表示為非設計環節的詳細信息。綜合上述分析，對符合模型的A-0 圖進行描述，見圖2。

圖2 暖通設計中符合模型的A-0 圖示意圖

將圖2 與ICEO 模型中的相關信息進行對接，以此種方式，實現對暖通設計過程的分解。

3 高層建筑暖通設計中的常見問題

3.1 暖通空調設施選型適用性差

通過本文上述論述內容，在引入IDEF0v 方法的基礎上，實現了對暖通設計整個過程的細致劃分，在明確設計過程后，對現有暖通設計存在的問題進行分析。在對高層建筑暖通進行設計時，由于當前傳統設計在理念、方式等方面均存在不合理現象，使得在對暖通空調設施選型時，產生了與預期效果不相符的現象，此種現象嚴重影響到暖通空調設施整體的適用性[4]。暖通空調設施當中包含了循環水泵、膨脹水箱、自動排氣閥門、加熱器等結構設施[5]。其中，膨脹水箱與冷水系統通過連接管直接進行連接，并且在連接管線上傳統設計方案不設置閥門結構[6]。同時膨脹水箱的膨脹管結構與冷凍水系統的底部直接連接，以此確保在使用過程中若改變補水的方式為從上至下，則會造成暖通空調設施整體上部累積的氣體無法有效排出，進而使得整個設置結構無法正常運行。除此之外，在實際應用中，水泵的規格選擇不正確，將無法滿足實際暖通流量的需要，進而造成循環水泵流量無法達到標準的問題產生。

3.2 暖通供能方式環保性差

當前高層建筑當中暖通供能方式存在嚴重的污染問題，并且無法實現對能源的高效利用，造成大量資源的嚴重浪費[7]。由于當前暖通供能的方式不合理，常常會造成大量能源的消耗，并且也無法達到理想的供能效果。圖3 為高層建筑現有暖通供能流程圖。

圖3 高層建筑現有暖通供能流程圖

在實際設計過程中，由于暖通供能供能方式的選擇沒有考慮到節能效果，僅將施工達標作為設計目的，沒有實現對室內外參數的變化對功能方式進行相應調節[8]。在一年四季當中，只有暖通開機、關機和冬季、夏季兩種供能轉換模式，很明顯無法達到理想的節能效果，因此環保效果也十分不理想。

3.3 暖通管道設計規范性差

除上述提出的問題，建筑中暖通設計還存在管道設計規范性差的問題，例如，在現有的《建筑采暖通風管線設計與布置》文件中明確提出了不同類型供暖設施管線的布設坡度，但大部分暖通設施管道在設計中均存在水管坡度低于設計規范的問題。同時，參照文件標準，在進行建筑中暖通散熱裝置設計時，需要單獨配備一個立管與支管作為輔助配置，但在進行市場調查時發現，建筑市場內現有的高層建筑在進行輔助散熱配置的集成與安裝時，都沒有按照標準進行設計，仍在使用雙連接法進行此方面工作的配置。這種配置方式下，一旦出現故障或異常，需要技術人員切斷整體供暖系統進行維護，同時，高層建筑中的其他住戶供暖也會受到影響與干擾。

4 對策分析

4.1 設計可操作、可調節的暖通空調設施

針對上述暖通空調設施選型適用性差的問題，結合暖通空調系統的運行需要，在遵循可操作和可調節原則的基礎上，對其基礎設施進行選型優化設計，確定暖通空調設施的基本組成結構如圖4 所示。

從整體角度出發，對暖通空調設施的組成結構進行系統性設計，按照圖4 所示的內容，實現各個設施結構的安全。再從細節層面，對暖通空調系統中的各個設施進行選型優化。首先，針對膨脹水箱連接方式進行設計時，應當實現連接管的可調節性，確保連接管能夠根據補水的方向進行自動調整。當補水方式為從上至下時，確保連接結構上半部分的風機盤管能夠通過連接管實現通風，從而將內部堆積的氣體排除；當補水方式為從下至上時，確保連接結構下半部分能夠實現進水補充，從而確保整個補水系統的正常運行。

圖4 暖通空調設施的基本組成結構

在對暖通空調設施當中的循環水泵結構進行選型時，為了防止上述問題產生，應當充分考慮到循環水泵的可操作性，根據被輸送的介質不同，對水泵的類型進行選擇。常見的循環水泵包括排污泵、氨水泵、低溫泵、高溫泵等。根據高層建筑當中循環水泵的安裝位置已經需要，對上述水泵類型進行選擇。同時，根據具體高層建筑暖通所需的最大流量和最高揚程，在加上15%的安全量基礎上，以此數據作為循環水泵的選型標準，即暖通水泵的流量應當大于1.15 倍的最大流量；暖通水泵的揚程應當大于1.15 倍的最高揚程。按照上述論述內容，完成對水泵類型的選擇后，還應當對相應廠家所提供的暖通設計手冊，對水泵的大小以及功率進行選擇。通常情況下，可根據“流量——揚程”曲線對水泵進行初步選擇，確保水泵在實際工作環境當中始終處于最高機械效率的區域范圍內，以此提高水泵運行的穩定性和節能性，為暖通空調設施整體提供穩定運行條件。

4.2 改變暖通空調冷熱源供能方式

針對上述暖通供能方式環保性差的問題，對暖通空調冷熱源供能方式進行改變。由于燃氣和電力負荷的使用高峰時期處于不同的季節當中，因此將燃氣作為暖通空調的冷熱源能夠實現對城市能源供應的平衡。對于用電緊張的城市，在對其高層建筑暖通設計時，供電的增容費用極高，不僅無法實現對環境的保護，同時還會增加暖通運行成本。但燃氣不僅具有更高的熱值，還是十分理想的清潔型能源，在降低暖通運行成本的同時，促進高層建筑綠色建設與發展。

在確定冷熱源的供能材料后，還需要對供能的具體方式進行選擇，表2 為多種冷熱源功能設備的能效COP 比較表。

表2 多種冷熱源功能設備的能效COP 比較表

從表2 中的數據可以看出，整體而言熱泵的能效更優，根據上述論述將燃氣與熱泵相結合，構成一個燃氣驅動的熱泵結構，同時在對制冷壓縮裝置進行選擇時，應當盡可能選擇螺桿式結構。由于燃氣機在使用的過程中具有對廢熱二次利用的功能，在制冷的過程中能夠實現對余熱的同時供應。

除此之外，在實現冷熱源供能的過程中，還可以在暖通設計中引入燃氣直燃型吸收式冷熱水機組設備，該設備隨著應用技術的不斷成熟，COP 已經從最初的1.1 逐步提升到1.5～1.6，能夠在實現與電制冷相同的供能效果基礎上，節約能源的消耗，進一步實現暖通空調供能的環保性。

結束語

暖通設計是高層建筑設計、施工與開發中必不可少的環節，為了提高暖通設計的合理性，本文以建筑市場內的高層結構建筑為例，對此類建筑暖通設計需要遵循的原則、暖通可持續設計的必要性展開研究，并從對應方面提出了針對暖通設計的優化方案。希望通過此次的研究，可以解決我國高層建筑在市場中存在的耗能高、可持續發展能力弱等問題。并希望此次課題的研究能夠引起地方與有關單位對建筑工程優化設計的關注度，以此種方式，提高建筑行業在市場內發展的可持續能力。

在后續的研究中，可以根據我國現有的暖通優化設計技術，進行建筑結構中暖通設施設計的進一步優化，以此種方式，抓住市場發展機遇，從多個方面實現對社會可再生能源使用率的提升，為現代化背景下的行業發展提供正確的指示方向。