高层建筑暖通空调设计探析
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作者: 刘清霞
【摘要】本文首先对暖通空调设计的原则进行了阐述，然后指出了高层建筑暖通空调系统设计中应注意的问题，在此基础上，提出了节能空调系统设计的新思路。
【关键词】高层建筑;暖通空调;设计
0.引言
随着城市化进程的不断加速，城市中高层建筑的数量越来越多，从宾馆酒店到商业金融建筑，从文化体育到医疗保健建筑，从办公写字楼到商住公寓楼，各种功能类别的高层建筑如雨后春笋般拔地而起，鳞次栉比。新的建筑、新的使用功能对建筑设备提出了新的、更高的要求，暖通空调已成为现代化建筑必不可少的重要设施，暖通空调产业进入了黄金时期。因地制宜的合理选择能源资源，充分有效的用能，提高高层建筑用能系统的效率，合理设计创造舒适的室内环境而同时尽可能减少对室外环境的负面影响，是高层建筑暖通空调设计中必须解决的问题。
1.暖通空调设计的原则
1.1弄清该建筑物在总图中的位置，四邻建筑物及其周围供热、供水、供电等管线的敷设方式与可能的接口地点
这可作为本建筑物设计供热入口时的客观条件。也可作为计算负荷时考虑风力、日照等因素的参考，还可以根据主要入口的朝向，确定大门的做法。
1.2层数、层高及建筑物的总高度，看其是否属于高层建筑
按现行的规范规定：10层及10层以上的住宅；建筑高度超过24m的其他民用建筑，应遵守高层民用建筑设计防火规范的条款。
1.3弄清建筑物内的人员数量，使用时间，有无废气要排等
作为计算负荷及划分系统的依据。
1.4防火分区的划分，防烟分区的划分及防火墙的位置及火灾疏散路线
不了解这些问题就无法设计防烟排烟系统，也不知道该在什么位置设防火阀门。
2.高层建筑暖通空调系统设计中应注意的问题
根据目前审图部门对暖通空调工程设计，特别是高层建筑暖通空调中提出的一些常见问题，对照设计规范、规定及标准，列举了在系统设计、设备选型、管道布置等几个方面应注意的问题。
2.1空调循环水泵的选型问题
循环水泵容量过大在我国是普遍存在的问题，其容量通常能达到实际需要的2倍，这将造成极大的投资费用和运行费用的浪费，究其原因主要是：①设计冷负荷偏大。②系统循环阻力计算结果偏大。③净水压力问题。错误的将净水压力算作系统的循环阻力，造成系统循环阻力计算偏大。④系统水力平衡计算问题。水力平衡计算不精确，正式投入使用前又没进行全面的调试，会造成水力失调。在具体的设计过程中，应该随不同时刻冷负荷及扬程的变化而变化，能够满足不同条件下优化运行的要求，通过对定速泵的台数控制及变频泵的速度调节达到节能的目的，控制方法简单，节能效果明显。
2.2供暖方面
高层建筑暖通入口入户装置根据采暖通风与空气调节设计规范规定，热水采暖系统，应在热力入口的供回水总管上设置温度计、压力表及除污器，必要时应装热量计。而设计人员往往只注意入户热力装置的设置，忽略了入口装置，造成设计失误。入口数量问题应考虑开发商后续管理方便的基础上，设计人员不仅要考虑室内供暖系统的合理性，又要考虑室外管线衔接的合理性，不能顾此失彼。
规范规定楼梯间或其他有冻结危险的场所，散热器应由独立的立支管供热，且不得装设调节阀。工程中共用一根立管一侧连接邻室房间散热器另一侧连接楼梯间散热器的做法，因密闭性难以得到保证，供暖发生故障，将影响邻室的供暖效果。带有底层商铺的住宅设计规范明确规定，对建筑内的公共用房和公用空间，应单独设置采暖系统和热计量装置。但设计中总存在商铺未单独设热计量装置，或与住宅采用共用系统，都将对以后使用后引起不必要的麻烦。
采用共用立管系统的高层住宅，设计中要根据系统水力平衡、承压能力、散热设备及化学管材的特性等因素对供暖系统及共用立管进行竖向分区设置，并应考虑管道热补偿问题。工程上忽略伸缩器设置、未认真校核热膨胀量以决定补偿器的位置、在补偿器上下的位置安装固定支架消弱补偿器作用等会因立管的热胀伸缩拉裂了支管的现象。
2.3空调通风方面
空调与制冷技术手册、采暖空调制冷手册等明确给出的旅馆办公类的冷负荷指标为94w/m2～163w/m2，商场类建筑夏季冷负荷的概算指标应为210w/m2～240w/m2。但在实际设计过程中，一般存在两种问题致使空调装机容量偏大。一是由于设计时考虑各种各样的安全系数，从而使单位空调面积的制冷机装机容量大比手册中冷负荷概算偏大，远大于实际运行中单位空调面积峰值冷量。二是目前在空调系统设计过程中，部分设计人员采用负荷指标估算方法，使得制冷机装机容量普遍偏大，也明显造成初投资的大量浪费，甚至影响部分负荷下的冷机效率。
水泵扬程选择不当也是暖通空调中比较常见的一个问题。水系统扬程选择因设计差异而存在较大差异。如某工程冷却塔放置在80m高的屋顶，冷却水为闭式循环系统，而设计者在选择水泵扬程时误将高程加进了水泵的扬程中，致使所选水泵扬程高达95m。有的设计在选择冷冻水泵时，忽视了冬、夏季流量的之间的差异，如某工程夏季空调所需7℃/12℃冷冻水的循环流量是400 m3/h，而冬季所需50℃/60℃热水循环量为200 m3/h，可见夏季空调冷冻水循环量要比冬季采暖热水循环量大得多，所以冬夏季冷水泵热水泵应分别设置，合用一台是不合适的。
3.节能空调系统设计新思路
3.1方案设计
现在非常流行的空调设计方案是：在低能耗，高室内环境品质的前提下，风量可调的置换式送风系统、冷辐射吊顶系统、结合冰蓄冷的低温送风系统以及去湿空调系统。为了平衡高层办公楼中设备、照明等主要热源形成的辐射热量采用辐射形式供冷。冷辐射吊项应结合置换式送风，将新风采用下送风方式送入室内，既保证室内空气品质，又保证良好的室内热环境。而采用空调去湿方案，首先可以保证室内空气品质；其次采用去湿保证了绿色建筑对室内湿度控制在60%以下的要求。
3.2具备良好的通风系统
新风的作用某些建筑由于装修材料含有挥发性有害物质造成室内空气污染。因此，绿色建筑中的暖通空调应该具备良好的通风系统，实现合理的自然通风，因为新风在室内的流动对健康是必不可少的。
3.3蒸发冷却技术
蒸发冷却空调技术是一种绿色仿生空调技术，包括间接蒸发冷却（IEC）和直接蒸发冷却（DEC）。该系统采用水作为制冷剂，实现空调运行对环境无污染，另外，蒸发冷却系统的COP值比机械制冷大得多，且它的制冷不消耗压缩功，它是一种节能环保型绿色空调技术。
3.4地源热泵空调系统
地源热泵空调系统是利用土壤、地下水或江河湖水作为冷热源的一种高效空调方式。土壤是一种很适宜的热源，其温度适宜、稳定，蓄热性能好且到处都有。地源热泵全年运行工况稳定，不需要其他辅助热源及冷却设备即可实现冬季供热夏季供冷。地源热泵的COP值可达4.0以上。对于采用深井回灌方式的水源热泵，由于地下水抽出后经过换热器回灌至地下，属全封闭方式。因此不使用任何水资源，也不会污染地下水源。
3.5免费供冷空调系统
免费供冷（FREE COOLING）技术通过水系统来利用自然冷源。它也称冷却塔供冷，是一种节能降耗的系统形式。免费供冷的实现方式是：当室外空气湿度温度下降到某值以下时关闭冷水机组，以流经冷却塔的循环冷却水直接或间接向空调系统供冷，提供建筑空调所需要的冷负荷。在空调系统中，冷水机组的能耗占有极高的比例，如用冷却塔供冷技术可少开或不开冷水机组，其节能效率将会是显著的。
4.结语
暖通空调设计方案的选择是一个直接关系到暖通空调工程项目的成败和经济效益优劣的重要问题，而施工图设计各个细节处理的是否完善也是关乎整个暖通空调设计的成败，两者缺一不可。应重视多方案比较，作出合理的设计。图纸审查不严、流于形式。应坚持三审（自审、审核、审定）制，确保设计（含图纸、计算书）质量，减少出错。因此，一个优秀的暖通空调工程设计，不仅要有综合效益最高的方案设计，还要有设计细节完善的施工图设计。■
【参考文献】
［１］李娥飞.暖通空调设计通病分析手册[K].北京:中国建筑工业出版社,2004.
［２］李竹光.暖通空调规范实施手册[K].北京:中国建筑工业出版社，2006.
［３］华东建筑设计研究院.高层公共建筑空调设计实例[M].北京:中国建筑工业出版社，1997.
［４］GB50019-2003.采暖通风与空气调节设计规范[S].
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