高層建筑暖通空調設計要點分析

王龑 陳彩

中國聯合工程有限公司 浙江 杭州 310056

引言

城市化是我國經濟和社會快速發展的重要表現，隨之而來的是高層建筑的大量涌現。高層建筑不僅為人們提供了多樣化的文娛、商務和居住空間，也為暖通空調的設計和應用帶來了新的挑戰和機遇。暖通空調系統是高層建筑的重要組成部分，它直接影響著建筑的舒適性、安全性和節能性。因此，暖通空調系統的設計必須要綜合考慮系統的選型、功能、性能和設計要點，以達到最佳的運行效果。在當前的可持續發展理念下，暖通空調系統的設計更要注重節能和高效，以滿足人們對高品質生活的需求，同時更好的保護環境和資源[1]。

1 高層建筑暖通空調設計中存在的主要問題

1.1 風系統靜壓損失大，風機選型困難

超高層建筑由于建筑高度的增加，風系統管道長度變長，彎頭、零件等數量增加，這些都會導致系統靜壓損失增大。靜壓損失的增加會導致風機選型困難，需要選用較高揚程、較大功率的風機，投資和運行成本增加。因此，風系統設計應盡可能降低管道阻力，提高風機效率，減少能耗。風系統的設計參數應根據建筑的實際需求和環境條件進行合理確定，避免過大或過小的設計，造成系統性能下降或浪費[1]。

1.2 給水系統水壓損失及管網設置難度大

與普通高層建筑相比，超高層建筑供水系統管網垂直高度大大增加，水頭損失遠超過普通建筑。另外，超高層建筑平面面積也很大，如果采用末端供水，管徑將很大，管材費用昂貴。管道轉彎處和閥門元件也會產生較大阻力，進一步增加水壓損失。因此，給水系統設計應采用分區供水的方式，將超高層建筑劃分為若干個水壓平衡的區域，每個區域設置一個水泵站，分級提壓，保證各區域的供水壓力和水量。同時，應優化管道的布置和規格，減少管道的長度和彎頭數量，降低管道的水壓損失。

1.3 排水系統設計復雜，管道阻力損失較大

超高層建筑垂直排水管道長度巨大，排水管道阻力損失必然很大。大樓內多個區塊并聯排水也增加了管道接口和彎頭。污水流量及排水立管接口也增加了系統復雜度。管網系統需要采用大口徑排水管道，且需要增設水泵提升站。因此，排水系統設計應采用分區排水的方式，將超高層建筑劃分為若干個排水區，每個區域設置一個排水管道，并在底層匯總。排水管道應盡可能增大管徑，以減少管道的阻力損失和噪聲。排水管道應設置適當的坡度和通氣管，以保證排水的順暢和氣壓的平衡。在底層排水匯總處，應設置排水水泵，將污水提升至市政排水管網，克服管網的總阻力[2]。

1.4 高層輸配電系統電壓降與裝置容量選擇困難

超高層建筑供配電系統垂直距離長，線路電阻損失必然增大，電壓降加大；大功率電機啟動可能導致瞬時電壓過低；系統容量選擇困難。因此，供配電系統設計應合理選型電機及優化供配電系統，最大限度降低電壓降。電機應選用高效率的變頻電機，根據負載的變化調節電機的轉速和功率，減少電機的啟動電流和運行電流，降低線路的電壓降。供配電系統應采用分段供電的方式，將超高層建筑劃分為若干個電壓平衡的區域，每個區域設置一個變壓器站，分級降壓，保證各區域的供電電壓和電量。同時，應優化電纜的布置和規格，減少電纜的長度和接頭數量，降低電纜的電阻損失。電纜應選用低電阻的銅芯電纜，并增大電纜的截面積，以減少電纜的電壓降。

1.5 新風系統設置困難，系統效率較低

超高層建筑新風系統管道阻力損失大，風機選型和設置困難；同時風機耗電量大，系統效率較低。超高層建筑新風系統的設計不僅要滿足室內空氣質量的要求，還要考慮新風的溫度、濕度、風速等對人體舒適度的影響。因此，超高層建筑新風系統的設計需要合理確定新風量和新風口的位置、數量和形式，以提高新風的分布均勻性和利用效率。同時，應采用節能型的新風處理設備，如熱回收器、變頻風機等，以降低新風系統的能耗和運行成本。

2 主要解決措施

2.1 優化風道設計，選用高效風機，多級利用風系統靜壓

優化風道彎頭設置，盡可能減少管道轉彎。選用高效EC風機，提高風系統效率，降低能耗。同時，通過設置頂層回風口，多級利用建筑本身形成的靜壓提升風機效率這樣可以有效降低風系統的靜壓損失，減小風機的選型難度，提高風系統的運行穩定性和節能性。此外，還可以根據室內空氣質量和溫濕度的變化，采用變頻控制風機的轉速，實現風系統的智能調節，進一步提高風系統的舒適性和經濟性。

2.2 分區供水，設置水泵提壓，優化管道規格選擇

將超高層建筑分為多個供水區，每區設置水泵，分步提壓，減小單一水泵揚程，節省耗電量。同時，根據各區實際供水量和壓力要求，選用恰當的管道規格，以減少管道水壓損失。這樣可以有效降低供水系統的水頭損失，減小管道的規格和費用，提高供水系統的可靠性和安全性。此外，還可以根據水質的要求，在各區設置水質處理設備，如軟化器、過濾器、消毒器等，保證供水的衛生和品質，滿足不同用水的需求。

2.3 分區設置排水管道，增大管徑，適當設置排水水泵

根據建筑分區特點，分區設置排水管道。由于排水量大，故盡可能增大排水管道口徑。相鄰排水區設置串聯接口，并在底層排水匯總處設置加壓水泵，克服管網總阻力，保證暢通排水。這樣可以有效降低排水系統的管道阻力損失，減小排水管道的規格和費用，提高排水系統的可靠性和安全性。此外，還可以根據排水的特性，在各區設置排水處理設備，如沉淀池、油水分離器、生化處理器等，減少排水的污染物，保護環境和水資源[3]。

2.4 合理選型電機及優化供配電系統，最大限度降低電壓降

針對超高層建筑供電系統，選用高效率電機和變頻器，合理匹配系統負載，減少系統峰谷差，節省系統負載以提高運行效率。優化高樓區段供電方式，減少級數，增大電纜截面積，使用低電阻材質，最大限度降低電壓降損失。這樣可以有效降低供配電系統的電壓降和電能損耗，提高供配電系統的穩定性和效率。此外，還可以根據電氣設備的特性，在各區設置電氣保護裝置，如斷路器、穩壓器、避雷器等，保證電氣設備的正常工作，防止電氣事故的發生。

2.5 增大新風系統面積，設置總熱回收裝置，提高系統效率

超高層建筑新風系統應采用分散式側墻新風口，增大系統進風面積，減小單一新風口風速，降低新風系統風阻，減少風機動力。同時在回風主干道設置總熱回收設備，對新老風流量進行全熱交換，回收能量，提高系統熱效率。這樣可以有效降低新風系統的靜壓損失，減小風機的選型難度，提高風系統的運行穩定性和節能性。此外，還可以根據室內空氣質量和溫濕度的變化，采用變頻控制風機的轉速，實現風系統的智能調節，進一步提高風系統的舒適性和經濟性。

3 高層建筑暖通空調的一些具體設計要點

3.1 暖通系統設計要點

（1）采用低參數散熱器。對于高層住宅來說，由于建筑高度的增加，供回水系統的水頭壓力損失增大。為了降低水泵的耗電量以及系統管網壓力損失，采用低參數散熱器系統就變得尤為重要。低參數散熱器包括采用管徑更大的銅制散熱器或更低水流阻力的薄壁鋁質散熱器。它所需要的水流量較低，供回水壓力損失也減少，間接降低水泵消耗的電能，還可減少系統管道的管徑規格。在高層住宅中采用低參數散熱器系統，是優化節能設計的重要手段。

（2）確保循環水流量和壓力損失計算。在高層住宅暖通系統設計中，必須詳細計算和確定各主分支以及分分支的流量和壓力損失，以及各水泵的供水壓力和水頭?？紤]從最頂層的房間，逐層計算分支和強制循環系統的壓力損失和流量。設計一般采用計算機輔助軟件，在不同情況對設計條件進行模擬計算和分析，可以確保不同工況的壓力損失均滿足運行要求。這對系統的穩定運行至關重要。

（3）加強水系統防腐處理。高層建筑開水和采暖系統長期存在腐蝕風險。設計需要采用先進技術加強水系統的防銹和防腐蝕措施。常用的技術有在水系統加入陰極保護、抑垢劑等，同時考慮采用耐蝕管路材料如CE級硬銅管路或聚乙烯等塑料管路。加強水質處理也是保證系統長期可靠運行的前提[4]。

3.2 空調系統設計要點

（1）機房布置要合理，便于運行維護。高層建筑空調機房的布置位置、通風等設計直接關系到空調機組系統的正常和穩定運行[5]。特別是對于采用可燃制冷劑如R32的機組，機房設計更為嚴格。機房應采用獨立防火區，確保制冷劑泄漏時不會影響周圍空間，并要考慮可燃氣體的擴散影響。機房內的維修空間、吊裝設備也要充分預留，確保在后期運行維護遇到問題時，技術人員和維修設備可以輕松進出。這對長期運行至關重要。

（2）空調機組要選型精確。高層建筑對空調制冷量和送風量的要求往往超過普通建筑。如在密度較高的塔樓，對空調舒適度要求也高于普通居民樓。這就需要設計人員在選型空調機組時，要充分考慮建筑負荷密度，根據不同樓層和房間功能的制冷量需求，采用合理的冗余和可變設置，確?？照{制冷能力和送風量完全滿足建筑物整個生命周期的需求。這可以避免空調系統在高溫天氣不能滿足供冷要求的問題。

（3）新風系統空調要選用節能技術。高層建筑新風量較大，如果單純采用常規制冷處理新風則會造成很大的能源損失。因此，供新風的空調系統要優先考慮采用節能技術。常用技術包括全熱回收新風機組、新風與返回空氣能量輪流體換熱、制冷與預熱熱泵復合技術等。這些技術都可以在一定程度上降低建筑空調新風處理的能耗。合理采用這些技術是高層建筑空調節能的重要途徑[6]。

4 結束語

綜上所述，高層建筑暖通空調系統的設計有其自身的復雜性和挑戰。在總體設計理念上，要充分考慮建筑功能和使用特點，采用合理的系統集成和分區控制，并盡可能選用各種高效節能技術。在暖通設計上，要重點關注水系統壓力平衡、流量控制和防腐處理等問題?？照{系統則要考慮機房布置、機組選型精度以及新風處理等多方面問題。這需要暖通空調設計人員，在進行每個細節的計算和方案選擇時，都要充分思考高層建筑的特殊性，努力優化設計，以實現建筑能效、經濟性和舒適性的最佳平衡。