某高层建筑暖通空调设计探讨

王烈兵

摘要:本文结合工程实例,从空调通风系统、防排烟系统等方面对该项目暖通空调方面的设计进行了阐述,同时分析了施工过程中遇到的一些难点问题，提出了工程质量的几点体会。

关键词: 暖通空调；通风系统；防排烟系统；设计；施工

1 工程概况

某高层建筑面积约70000m2, 建筑总高度为91m,建筑分为裙楼一、裙楼二和塔楼3 部分。地下共3 层,地上共26层,地下3 层为设备用房,地下2 层为车库,地下1 层至地上6 层为综合楼,7 层以上为办公室及会议厅。空调范围为除地下车库及设备用房外的其他部分,总面积约为45000m2。

2 空调通风系统的设计与施工

2.1 主要设计参数

本工程夏季采用空调制冷,冬季利用锅炉供热。制冷机组冷水、冷却水进出水温度分别为13℃/6℃和32℃/37℃,供热锅炉的进出口水温为50℃/60℃。室内设计温度除活动展厅为26～28℃外,其余活动空间均为24～26℃,相对湿度为40%～65%。

2.2 水系统、冷热源及相关材料选择

2.2.1 水系统设计

空调水系统分为塔楼和裙楼两个系统,采用两管制。塔楼竖向及每层平面采用同程回路设计,裙楼采用异程式。管道自分水器分两路接入塔楼和裙楼的空调区域, 各路设水力平衡阀平衡管路阻力。为便于管道冲洗,塔楼水平供回水主干管相连,设置冲洗球阀。开式膨胀水箱设于主楼屋面,设计标高为91m。

2.2.2 冷热源及相关设备

本工程计算总冷负荷为8900kW, 选用3台制冷量为2637kW的离心压缩式冷水机组和1台制冷量为1044kW的螺杆压缩式冷水机组;热负荷为1100kW,采用热量为1160kW的热水机组为空调末端系统输送热水。冷水系统采用一次泵闭式循环系统,对应于不同的机组,分别为三用一备和一用一备。冷却水系统采用冷却塔开式循环系统,亦进行了相同的设置。冷水机组的冷水、冷却水入口处均装有电动蝶阀, 并分别与冷水机组、冷水泵、冷却水泵联锁。热水循环水泵的设置则是一用一备。根据对室外风环境的分析,冷却塔置于裙楼一的屋面,对应于相应的冷水机组,选用3台SC700UL型与1台SC350UL型冷却塔。为降低机械噪声对塔楼办公区域的影响,在冷却塔的出风口加装了消声筒,并增设了导风板,将其上出风改为侧出风,通过改变声波的传播方向进一步减小机械噪声对塔楼的影响。受冷却塔设置楼层及冷水系统高度的影响, 冷水机组蒸发器与冷凝器的工作压力分别为1.6MPa 和1.0MPa。

2.2.3 水系统相关材料的选择及安装

考虑水静压力的影响, 大楼6层以下空调水管均采用无缝钢管,6 层以上为保证管道安全使用寿命和施工的便利性, 主干管采用无缝钢管焊接,水平支管则采用镀锌钢管丝扣连接。在无缝钢管与镀锌钢管的焊口处,为避免夹焊的存在,需对镀锌钢管焊口处的镀锌层进行局部处理。另外,在丝扣连接工艺中,为避免管钳在镀锌钢管上产生咬牙,从而使局部镀锌层产生破损,在接触面增设布条,对局部破损处进行防腐处理。

冷凝水管为无压管道,工程中选用了UPVC管粘接。冷凝水顺利排放的关键是冷凝水管的坡度, 工程中综合考虑建筑长度、业主要求吊顶标高及设计的坡度。对冷凝水管进行分段处理,就近排至附近管井或机房的地漏处。冷水管的保温选用发泡橡塑材料。为避免工程中常见的保温管接口开裂现象,大管径水管使用板材保温材料,管壳保温材料只用于DN80 以下管径。对不同规格保温管壳的施工工艺都作出了具体要求。所有管道在施工前都必须做清洁处理,对于较大管径的管道用管材安装,其切口方向应顺着管壳竖向直线做45°切开处理, 专用胶水刷入后必须待干约10min 才可合缝(指干为宜),合缝口及接缝口必须使用专用胶带封闭,且1m管道需拦腰缠2～3道专用胶带稳固;对于较小管径的管道用管材安装, 其切口方向则顺着管壳竖向直线切开,专用胶水晾干时间亦以指干为宜, 管道拦腰稳固胶带可适当酌减。本工程中使用的是难燃B级保温管壳,考虑不同规格管壳的保温厚度对其张力的影响,管壳管径大小的划分以DN50为准。系统顺利通过了有关部门的验收,运行一年多来,在机房等管道明装处未发现保温管接口明显开裂现象。

2.3 风系统

2.3.1 设计原则

大型教室、多功能厅、报告厅等大空间采用全空气系统,选用立式或整装空调机组, 系统均考虑上送下回或上送上回两种形式,新风自机房直接开洞引入;其余房间均采用风机盘管加独立新风系统,各个房间设带温度设定的风量三速开关,可独立控制;标准层于内走道单设卧式吊装新风机组,自外墙直接补入新风。

2.3.2 风管的选择及风阀、风口的安装

空调风管采用超级消声风管(简称超级风管),密封材料的选用至关重要,有热敏胶带和压敏胶带两种,热敏胶带适合用于在地面上加工的风管,而压敏胶带则适合在风管系统吊装连接时使用。根据系统的压力和管道尺寸,选用正确的加固方法。

另外,对于高静压风机盘管侧送风管的安装,考虑超级风管本身为柔性材料,取消了风机盘管与超级风管之间的帆布软接。风阀与超级风管之间的连接采用承插式连接, 接缝处做密封处理。考虑超级风管自身强度问题,工程中对此类风阀单设吊杆承重。

风口的安装除服从设计要求外, 还应注意与装饰的协调配合。同样,风口的自重不应由风管承担,这需对装饰的轻钢龙骨进行局部加固处理。至于回风口,由于采用吊顶回风方式,可以通过对回风口加工尺寸的处理,直接安放在轻钢龙骨上。

2.3.3 空调机房的安装

空调机房的新、回风管均直接接至设备,为在过渡季节利用全新风,在新风管道的设计中,尽可能扩大其有效尺寸,同时,风管直接接至设备的连结方式,也为楼宇自控系统(BAS)奠定了良好的基础。而水系统中,在过滤器前后分别设置了压力表,压差的变化直接反映过滤器的性能状况。同时,通过设备进出口压力表的设置,也较容易判断空调机组的实际流量是否达到设计要求。

2.4 防排烟系统

2.4.1 设计原则

根据《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045- 95)规定,本工程高层主楼设有2部防烟疏散楼梯,该防烟楼梯间及其前室、合用前室共设2套机械加压送风系统。2台离心式通风机设在塔楼观光层的屋面,加压送风量由计算确定。防烟楼梯间每2 层设一个加压送风口,合用前室的正压送风口每层设置,风口均采用常开双层百叶风口,并在风机的压出管上设置止回阀。发生火灾时,由着火层烟感探测器发出报警信号,传至消防控制中心,由消防控制中心自動开启正压送风机,进行加压送风。裙楼的防烟疏散楼梯也进行了同样的设计。

会议室,卫生间,强、弱电间等处设置了机械排风,这不仅有利于强、弱电间设备的散热,有组织的排风方式亦有利于保证室内的空气质量。

地下2 层车库设置排风兼排烟系统, 除与车道相连的防烟分区利用车道自然进风外, 其余各负荷分区都设置了风量不小于排风量50%的送风机。对地下1 层和地面可开启外窗但不能满足排烟要求的教室均设机械排烟系统同时进行机械补风。

2.4.2 防排烟风管的选择

本防排烟系统的风管选用了玻璃纤维氯氧镁水泥通风管道,此类管道厂家多采用人工加工方式。产品在加工过程中需参照相关标准对产品的原材料及加工工艺进行严格控制. 工程中对置于室外的此类风管,在风管表面加设保护层。这样不但可以防止风管变形,也有了较好的视觉效果。对于长期处于地下潮湿环境的风管,由于空气相对湿度较大时,易在制品表面挂满水珠,严重时会出现水珠连成一片形成流淌的现象, 并会随着环境湿度的不同发生吸潮返干燥的反复变化。这种变化不仅影响制品的外观质量,而且降低了制品的耐水性和使用寿命。针对此类情况,不但要在源头(原材料和加工工艺)上进行严格控制,更要及时开通已安装好的通风设备以降低空气相对湿度, 减小对风管的影响。工程中只要对产品的原材料及加工工艺进行严格控制,上述的风管工程质量问题皆可得到有效控制。

3 本工程施工过程的几点体会

3.1 设计与施工之间的矛盾

施工图纸是工程施工的最原始依据, 施工图纸的合理及完整与否直接关系到施工能否正常进行。

3.1.1 设计阶段各工种之间应充分协调

由于设计各工种之间协调不充分,使得施工过程中,局部区域即便严格按图施工也不能满足相关规范要求的情况并不少见。如本工程中的地下2 层车库,土建工种在施工中,为了保证次梁结构的安全,取消了梁上本应给消防、喷淋预留的孔洞,而又没有提高相应的层高,使得消防、喷淋、防排烟、强电等各工种设备挤占有限空间,根本无法满足标高的要求。为了解决这一矛盾,不得不重新全面协调各工种设备的走向, 尽可能减小防排烟风管的厚度,并牺牲了局部车道使用功能。对局部车道使用功能的改变, 主要是将调整后排烟风管必须通过而又不得不降低标高的主车道改为停车位,从而降低对标高的要求,对局部标高较低处(最低处仅1.7m)设置警示牌以提醒司机,从而限制通过此处的车辆类型。由于此车库多为小型车,且车库设置了多条循环主车道,如此处理方法并未对车库的使用产生影响。

3.1.2 设计人员应及时完善相关图纸

本工程中,原设计未对空调机房进行详细设计,只对相关设备的参数提出了具体要求, 施工单位根据到货设备的具体尺寸和预留空调机房的实际情况, 对设备的摆放及管道的走向进行了尽可能合理的布置, 但还是发现部分机房空间显得比较富余,而另一部分机房空间又难以满足安装要求。为了满足工艺的要求,往往以牺牲维修空间为代价,但还是存在部分局部阻力构件对仪表检测精度的影响。另外,工程中有一台立式顶出风的空调机组, 由于设备尺寸和空调机房的梁下标高发生冲突而无法安装, 最后不得不将此台空调机组的顶出风方式改为侧出风才解决这一矛盾。

3.2 施工单位各工种之间的矛盾

（1）由于本工程实行预、决算制,有些施工单位为了尽快拿到进度款,忽视现场的实际安装条件,抢先进场施工,结果导致其他工种施工无法进行。

（2）施工中,业主常常会根据实际需要改变部分空间的使用功能,也即房间的分隔有可能发生变化,此时,各工种之间如未能及时协调,常常会有不必要的麻烦。在本工程中就出现了风机盘管安装完毕后,由于增加隔墙,此房间风机盘管的三速控制开关出现在其他房间的情况。

（3）工程中一些矛盾的解决需要各单位之间的全力配合协调。如在本工程中,通常情况下装饰公司只对管道的标高提出要求,而在一楼大厅的装饰设计中,由于特殊造型的影响,装饰公司对空调风管的安装,不但对標高提出了要求,而且还严格限制了风管的走向和风管的间距,由于双方缺少必要的沟通,区区数台风机盘管的安装竟改动了多次,费时费力。

3.3 工期与施工质量之间的矛盾

工程中,由于施工单位自身的实力、业主的付款情况、设备的到货时间、设计的变更等种种因素的影响,常使得工程进度难以达到预期的目标,随着工期的日益临近,施工单位常常又以牺牲工程质量为代价。实际上,只要科学合理地安排施工进度,加强管理,附以一定的经济处罚措施,质量和工期均可以得到保证。