關(guān)于超高層建筑暖通設計的重點與難點探討

熊珈續(xù)

【摘要】在建筑行業(yè)不斷發(fā)展的今天，超高層建筑相比傳統(tǒng)建筑模式，無論是內(nèi)部結(jié)構(gòu)還是施工難度都提出了更高水平需求，尤其是暖通系統(tǒng)的方案設計難度同樣不斷提升，因此，技術(shù)人員應該重視和關(guān)注暖通系統(tǒng)方案設計合理性和適用性，確保建筑內(nèi)部生活與生產(chǎn)的舒適程度。本文簡要闡述超高層建筑暖通設計概論，并且在此基礎上結(jié)合超高層建筑暖通設計原則、設計特點等方面，根據(jù)南昌市實際建筑案例，詳細討論設計的重點與難點。

【關(guān)鍵詞】超高層建筑;暖通設計;設計原則;設計特點

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.13.051

引言：

為了更好滿足現(xiàn)代化時代發(fā)展需求，超高層建筑逐漸成了建筑行業(yè)施工主要模式，但是與傳統(tǒng)建筑模式相比較，超高層建筑施工模式以及暖通方案設計更加趨于復雜化，并且項目施工難度系數(shù)更高。超高層建筑后續(xù)應用環(huán)節(jié)上，暖通系統(tǒng)起到了重要作用，該系統(tǒng)施工質(zhì)量水平不僅直接影響室內(nèi)舒適程度，一定程度上還關(guān)系到建筑質(zhì)量。

1、超高層建筑暖通設計概論

在超高層建筑開展方案設計時，所謂的暖通設計主要指的是配合建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)，將建筑內(nèi)部溫度環(huán)境以及消防進行科學、合理的設置調(diào)整，從而構(gòu)建出適應人體生存的基礎環(huán)境。

對于超高層建筑項目來說，暖通方案設計另外一個重點則是建筑通風性能，而建筑工程通過通風設計可以有效完成建筑內(nèi)部與外部之間的空氣交換，積極引進新鮮的空氣，增強建筑內(nèi)部空氣環(huán)境質(zhì)量。由此可見，超高層建筑施工過程中，內(nèi)部暖通設計直接影響社會大眾居住的安全性和舒適性，因此，應該不斷提升超高層建筑空調(diào)設計層次。但是近幾年我國雖然在暖通設計上具備一定發(fā)展前景，但是方案實施過程中仍然存在著問題和不足，比如：暖通設備噪聲問題以及空間設計等[1]。

建筑工程施工環(huán)節(jié)上，暖通設計水平直接關(guān)系社會大眾在生活、生產(chǎn)環(huán)境，針對此種施工現(xiàn)狀，暖通開展方案設計時需要借助高水平技術(shù)作為技術(shù)支持，并且暖通管理部門應該充分了解工程施工情況以及操作技術(shù)，從根本上增強暖通工程施工水平。

在現(xiàn)代化社會發(fā)展和進步背景下，可持續(xù)發(fā)展理念的提出使社會大眾對于建筑施工合理性、資源使用環(huán)保性提出了更高的要求，想要構(gòu)建出具備現(xiàn)代化理念的暖通方案設計，不僅應該最大程度增強暖通施工和建筑質(zhì)量水平，一定程度上還應該科學、合理的使用專業(yè)技術(shù)，從而不斷減少建筑能源的基礎消耗，設計出適合時代的暖通施工模式。

2、超高層建筑暖通設計原則

2.1安全性

超高層建筑實際開展暖通設計時，首先需要嚴格按照安全性施工原則，技術(shù)人員實際開展方案設計和暖通區(qū)域規(guī)劃之前，需要針對超高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)圖紙深入了解，以此作為基礎條件進行項目分析，在充分掌握工程內(nèi)部消防管道、電力系統(tǒng)以及信息通信線路的實際情況之后才能開展暖通設計，防止暖通管道與其他工程產(chǎn)生矛盾和交叉問題，阻礙后續(xù)工程正常開展。

同時暖通系統(tǒng)設計過程中還需要充分考慮后續(xù)使用和日常維護環(huán)節(jié)上是否具有安全風險和故障隱患，對此，應該針對暖通整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)情況開展安全性評定，結(jié)合現(xiàn)有的暖通設計方案采用可行的應對方式，提升系統(tǒng)運行安全參數(shù)。由于超高層建筑暖通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，不僅要強化暖通運行的動力運轉(zhuǎn)區(qū)域，同樣要科學設置通風系統(tǒng)和預警系統(tǒng)，在此基礎條件上實現(xiàn)安全處理，強化信息監(jiān)測和系統(tǒng)監(jiān)控功能，幫助后續(xù)維護時能夠及時發(fā)現(xiàn)問題[2]。

2.2經(jīng)濟性

超高層建筑在施工過程中，暖通設計是影響建筑質(zhì)量的重要構(gòu)成環(huán)節(jié)，因此其方案設計是否科學、合理直接對項目經(jīng)濟收益造成了影響。想要在超高層建筑工程施工環(huán)節(jié)上，使用最小的經(jīng)濟獲得最佳的建筑效果，技術(shù)人員開展方案設計時應該不斷強化對超高層建筑施工模式的詳細觀察，從而制定出可行的施工方案，最大程度節(jié)省經(jīng)濟成本。同時，暖通開展方案設計時，還要根據(jù)超高層建筑自身情況選擇適合的暖通設備，并強化對設備采購環(huán)節(jié)質(zhì)量控制，確保暖通設備以及系統(tǒng)管道可以滿足超高層對室內(nèi)溫度基礎要求。

2.3節(jié)能性

隨著可持續(xù)化環(huán)保政策在全國范圍內(nèi)推廣和宣傳，無論是建筑企業(yè)還是社會大眾對能源節(jié)約和環(huán)境保護問題開始重視，因此，超高層建筑實際開展暖通方案設計時，同樣要將節(jié)能性作為設計重要原則之一，積極引進先進的管理思維和環(huán)保意識，有效控制和管理暖通設備和管道的廢氣、廢物以及廢水的排放處理，最大限度防止暖通系統(tǒng)破壞自然環(huán)境[3]。針對此種施工需求，技術(shù)人員要采用科學、合理的設計廢棄物的排放和處理結(jié)構(gòu)體系，保證排放物質(zhì)達到國家處理標準之后才能排放至自然環(huán)境中。

3、超高層建筑暖通設計特點

現(xiàn)代化暖通系統(tǒng)實際在建設、設計以及施工過程中，想要保證正常運轉(zhuǎn)，變頻技術(shù)成為暖通系統(tǒng)設計重點內(nèi)容，利用變頻技術(shù)，不僅能夠有效彌補暖通設備生產(chǎn)時可能產(chǎn)生的問題，還可以降低系統(tǒng)運行的能源損耗，從根本上減少系統(tǒng)運行經(jīng)濟成本。通常情況下，超高層建筑工程的暖通系統(tǒng)為了保證能夠正常運轉(zhuǎn)，僅僅按照預先設計的標準功率和操作模式運轉(zhuǎn)，但是如果設備基礎負荷較低，在此種環(huán)境下，系統(tǒng)仍然以標準功率運行必然會產(chǎn)生能源過度使用和浪費。為此根據(jù)暖通設備使用現(xiàn)狀應用變頻技術(shù)，一定程度上可以實現(xiàn)暖通系統(tǒng)和設備隨著實際輸出功率進行有效調(diào)整和控制，從而發(fā)揮出變頻技術(shù)節(jié)能性特點。

同時，暖通系統(tǒng)還需要結(jié)合設備實際符合情況調(diào)整輸出風量，從而完成節(jié)能減排發(fā)展目標。而系統(tǒng)中的風量控制區(qū)域想要順利運行，主要利用暖通設備終端裝置完成對室內(nèi)溫度負荷的補償制度，全面完善輸出風量的監(jiān)控，讓室內(nèi)始終保證適合人體生活、生產(chǎn)的溫度。而變頻系統(tǒng)中的變水量功能在實際運轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)上，主要通過有效控制水量控制室內(nèi)溫度條件，為此該技術(shù)模式相比傳統(tǒng)定量控制模式來說能更加節(jié)省電力能源。

隨著我國工業(yè)不斷發(fā)展，暖通系統(tǒng)專用的變頻設備和系統(tǒng)得到了全面推廣和宣傳，該設備利用自身技術(shù)優(yōu)勢和設備特點不斷調(diào)節(jié)輸出風量，完成與暖通設備運行模式相互匹配，發(fā)揮出良好的節(jié)能效果。而在日常生活中，暖通系統(tǒng)同樣出現(xiàn)在生活的各個角落，目前越來越多的建筑結(jié)構(gòu)和公共環(huán)境開始使用暖通系統(tǒng)，以此保證環(huán)境的舒適程度，為此暖通設備以及設計方案受到了建筑企業(yè)的重視和推崇[4]。E25030CA-B760-4F99-B7D0-08DEC667473C

4、實際案例

某超高層酒店坐落于南昌市紅谷灘區(qū)域，該建筑項目主要由兩個部分構(gòu)成，分別構(gòu)建出獨立的兩個超高層建筑，每個建筑物總體面積超過10萬平方米，其中B2塔超高層建筑主要為辦公區(qū)域，而B1塔超高層建筑建筑功能包含辦公、商業(yè)以及酒店等方面，由于超高層建筑暖通系統(tǒng)需要各自獨立設置，所以需要根據(jù)建筑實際情況選擇適合的暖通系統(tǒng)和設備。筆者僅參與B2塔設計，詳述B2塔相關(guān)空調(diào)系統(tǒng)設計。

B2塔超高層建筑建筑總體高度為249.5m，地下3層，地上57層，其中11、23、35、47層為避難層。為此暖通系統(tǒng)實際開展區(qū)域劃分和設置時，夏季供冷源頭主要由地下3層制冷機房提供，冬季供熱源頭主要由地下2層的鍋爐房提供，同時按照每一個供冷供熱區(qū)域高度不能超過100米進行詳細分析，超高層建筑工程需要將整個系統(tǒng)劃分為高區(qū)域和中區(qū)域及低區(qū)域三個管理區(qū)域，其中1-23層作為低區(qū)控制系統(tǒng)，24-40層作為中區(qū)控制系統(tǒng)，41-57層作為中區(qū)控制系統(tǒng)，總體控制面積為82694平方米。

空調(diào)夏季集中冷源為設于地下三層的三臺離心式冷水機組與一臺螺桿式冷水機組，冷凍水供回水溫度為6℃/12℃，與離心式冷水機組配合使用的冷凍水泵和冷卻水泵各四臺，分別為三用一備。與螺桿式冷水機組配合使用的冷凍水泵和冷卻水泵各二臺，為一用一備。空調(diào)熱源由設于地下二層的鍋爐房提供，選用三臺真空熱水鍋爐，空調(diào)末端供回水溫度為60℃/50℃。熱水系統(tǒng)設有一次與二次熱水循環(huán)泵。商業(yè)部分空調(diào)熱源與辦公熱源共用一個鍋爐房，選用兩臺真空熱水鍋爐，空調(diào)末端供回水溫度為60℃/50℃。

空調(diào)冷熱水系統(tǒng)為兩管制，冷水采用一次泵變流量系統(tǒng)，共設置兩個回路分別供辦公低區(qū)及23層避難層換熱機房。低區(qū)冷凍水供回水溫度為6℃/12℃，23層以上空調(diào)末端由避難層換熱機房供水，二次換熱后供回水溫度為7℃/13℃。空調(diào)冷水系統(tǒng)一次泵與二次泵均變流量運行。低區(qū)空調(diào)熱水供回水溫度為60℃/50℃，供給23層避難層機房換熱器的進出水溫度為85℃/60℃，23層以上空調(diào)末端空調(diào)熱水供回水溫度為60℃/50℃，空調(diào)熱水系統(tǒng)一次泵與二次泵均變流量運行。

空調(diào)冷熱水系統(tǒng)的膨脹水箱設置于24層專用房間內(nèi)，高出地面1.2m，水箱液面高度為1m，液面相對標高為102.2m;中區(qū)及高區(qū)系統(tǒng)分別采用兩臺2160KW容量的板式換熱器和三臺變頻冷凍水泵，設置于23層換熱機房內(nèi)，相對標高為96.7m，中區(qū)空調(diào)冷熱水系統(tǒng)的膨脹水箱設置于41F，高區(qū)空調(diào)冷熱水系統(tǒng)的膨脹水箱設置于屋面.上，高出屋面地面1.2mm，水箱液面高度為1m，液面相對標高為242.4m。

暖通工程方案設計過程中，還應該根據(jù)施工地區(qū)的自然條件和氣候制定出合理的設備應用方案，并且詳細考慮節(jié)能性和環(huán)保性等基礎原則，將其充分與建筑施工環(huán)節(jié)相互結(jié)合，全面展現(xiàn)出方案設計合理性、能源節(jié)約性和居住舒適性等方面。為此綜合各個方面進行詳細考慮，本次暖通的冷源頭使用離心式及螺桿式冷水機組，熱源頭使用真空熱水鍋爐。空調(diào)季辦公及會議室采用帶熱回收的新風機，而在過渡季節(jié)暖通系統(tǒng)應該充分利用全新風，滿足辦公機構(gòu)建筑工程對于室內(nèi)通風和換氣質(zhì)量要求，實現(xiàn)節(jié)能與環(huán)保施工效果。

5、超高層建筑暖通設計難點

5.1設計難點

5.1.1溫度參數(shù)

一般情況下，對于超高層建筑暖通系統(tǒng)設計來說，暖通工程施工作用主要體現(xiàn)在空調(diào)季節(jié)，但是根據(jù)目前工程施工現(xiàn)狀詳細分析，溫度參數(shù)的設定會受到多種因素的影響和作用，特別在沒有充分了解不同區(qū)域功能條件下開展暖通系統(tǒng)設計，直接影響能源使用效果，加上我國地域十分遼闊，導致不同地區(qū)的自然氣候十分復雜，城市之間的自然氣候差異性較大，此種模式導致方案設計人員實際開展暖通系統(tǒng)建設時無法準確地設計參數(shù)，如果不能確保溫度參數(shù)設定的可行性，那么計算熱量損耗趨勢時不能確保計算結(jié)果的準確率。

除此之外，實際開展暖通方案設計時還應該充分考慮周邊環(huán)境因素變化帶來的影響，比如：暖通設計應該充分考慮冬季供暖時的影響因素，尤其是室內(nèi)各個區(qū)域的門窗位置由于受到冷空氣的影響，所以調(diào)整室內(nèi)溫度參數(shù)過程中，需要重點關(guān)注[5]。

5.1.2冷水箱設計

冷水箱在方案設計時作為重要的暖通系統(tǒng)環(huán)節(jié)，該設備具有十分重要地位，所以系統(tǒng)特殊性同樣導致設計各個環(huán)節(jié)一旦產(chǎn)生了問題或者不足，則會極大地影響暖通工程基礎使用性能，嚴重甚至會造成部分設備損壞。目前常見由于冷水箱導致暖通系統(tǒng)問題主要十分復雜，主要表現(xiàn)在不能充分考慮設備在正常運轉(zhuǎn)時水箱的最小淹沒深度，或者在暖通系統(tǒng)日常使用過程中，冷水箱內(nèi)部循環(huán)泵不能始終保證正常的工作效果等方面，以上影響因素都會對冷水箱的實際工作狀態(tài)造成不良作用和影響，增加無效能源損耗，不利于暖通工程可持續(xù)發(fā)展政策的全面開展[6]。

5.2經(jīng)濟難點

經(jīng)濟價值與設計性價比也是在暖通設計過程中除了需要重視設計難點，同樣應該重視經(jīng)濟難點。

第一，計算機系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)上，所產(chǎn)生的負荷數(shù)量不能結(jié)合實際系統(tǒng)運轉(zhuǎn)情況，僅僅將基礎理論教育知識與理想狀態(tài)相互結(jié)合，利用計算機設計出可行的暖通方案，然而系統(tǒng)實際設計環(huán)節(jié)上，大多數(shù)技術(shù)人員僅僅按照片面的理論結(jié)構(gòu)，方案設計中暖通主要設備容量過小或者過大，導致嚴重的能源浪費和損失。

第二，暖通系統(tǒng)選擇設備時，不能充分了解市場信息，產(chǎn)生此種問題主要原因是技術(shù)人員開展方案設計之前不能提前針對暖通工程建設區(qū)域的能源儲存模式深入了解，比如：能源價格、水文條件以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)等，極大地阻礙了方案設計效果和質(zhì)量水平。

第三，現(xiàn)階段大多數(shù)暖通工程施工時間和周期相對較短，使施工企業(yè)為了獲得更多的經(jīng)濟效果，無法將設計方案所產(chǎn)生的經(jīng)濟支出相對比較，此種設計條件下工程經(jīng)濟成本必然會提高，嚴重甚至出現(xiàn)了多次重復資金支出，由于暖通工程無論是設計環(huán)節(jié)還是施工環(huán)節(jié)都需要大量的人力資源和物力資源相互配合，才能滿足設計與預期效果相互符合。如果暖通工程在設計環(huán)節(jié)上缺少應有的科學性與合理性，則無法充分展現(xiàn)出暖通效果。E25030CA-B760-4F99-B7D0-08DEC667473C

6、超高層建筑暖通設計重點

6.1管線設計重點

由于超高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的管道和聯(lián)通線路十分復雜，所以暖通設備和系統(tǒng)管道在設計和安裝時，比如：排水管道、通風管道和電線管道等需要根據(jù)超高層建筑施工實際情況合理規(guī)劃。而方案設計中最重要的環(huán)節(jié)則是各種管道線路的合理配置，防止管道之間相互交叉，從根本上避免各個管道之間產(chǎn)生不良影響。其中如果在某個空間產(chǎn)生了管道和線路太多等情況，為了有效防止管道之間的較差問題，應該從超高層建筑整體結(jié)構(gòu)綜合考慮管道線路，并且合理安排管道實際位置。

6.2分區(qū)設計重點

暖通系統(tǒng)實際開展方案設計時，需要按照工作功能的不同將暖通系統(tǒng)實施區(qū)域進行詳細劃分，由于超高層建筑實施過程中，樓層高度越大暖通系統(tǒng)所承擔的水靜態(tài)壓力則越大，因此如果不斷提升設備的抗壓性能則會增加超高層建筑施工經(jīng)濟成本。而本商業(yè)機構(gòu)建筑工程主要將暖通系統(tǒng)劃分為高等、中級以及低級三個施工區(qū)域，其中低級暖通系統(tǒng)所使用設備需要承擔的壓力為1.6MPa，中級以及高等施工區(qū)域所搭配的暖通系統(tǒng)設備所承擔的壓力為1.8MPa，為此經(jīng)過平均計算之后，暖通系統(tǒng)全部設備和管道線路在工作狀態(tài)下所承擔的壓力一般在2.0MPa以下。

為了系統(tǒng)能夠更好地控制高級暖通系統(tǒng)的水資源供應溫度，本超高層建筑項目需要在23層高度設置換熱設備和操作系統(tǒng)，保證設備的冷凍水直接由制冷設備所提供。此種設計方案有效防止中等區(qū)域換熱設備的重復供水作為高等區(qū)域換熱設備的一次供水，不僅確保高等區(qū)域暖通系統(tǒng)水溫，還降低了冷水設備機組的故障產(chǎn)生機率。

6.3水系統(tǒng)設計重點

水系統(tǒng)實際開展方案設計時，需要根據(jù)供水、回水的基礎流量以及水溫等情況針對暖通自動控制系統(tǒng)基礎負荷進行詳細計算，最終明確冷水機組、暖通水泵運行數(shù)量以及冷水機組蒸發(fā)水管的開啟條件，經(jīng)過詳細觀察，暖通系統(tǒng)方案設計想要有效開展，需要將冷水機組、水泵的基礎運行時間調(diào)整至標準范圍內(nèi)，并且將系統(tǒng)主機和冷水機組的蒸發(fā)區(qū)域與水管線路開關(guān)相互連接，保證系統(tǒng)自動控制時，一旦管道內(nèi)部水流量降低至最小，主機能夠自動停止運轉(zhuǎn)。

結(jié)語：

由此可見，近幾年，城市化發(fā)展被快速推進，為了緩解城市居民居住問題，超高層建筑數(shù)量逐漸增加，此種建筑施工現(xiàn)狀意味著我國城市化建設開始向現(xiàn)代化方向進步。而在超高層施工技術(shù)穩(wěn)定進步背景下，暖通系統(tǒng)方案設計同樣得到了前所未有的機遇。

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