高层建筑暖通空调的设计分析

2015-08-15南京大学建筑规划设计研究院有限公司江苏南京210000

江西建材 2015年18期

■李悦 ■南京大学建筑规划设计研究院有限公司，江苏南京 210000

近年来，人们的生活水平明显提高，对于高层建筑的相关功能提出了更高的要求，而暖通空调系统在高层建筑中的应用范围越来越广泛。暖通空调能耗占整个高层建筑能耗的35%以上，因此必须引起人们的高度重视，结合不同的暖通空调系统类型，优化和改进高层建筑暖通空调设计，为人们提供一个舒适、健康的生活和工作环境，实现高层建筑的节能减排，推动高层建筑的可持续发展。

1 高层建筑暖通空调种类

当前，高层建筑工程中不同种类的暖通空调系统比较复杂，但是这些暖通空调系统的原理基本相同。无论哪种类型的暖通空调系统，基本上都采用空气水系统、暖通调节系统和空气调节系统一体化的运行模式。随着建筑行业的快速发展，常见的暖通空调系统主要包括热回收暖通系统、热泵系统、分散式暖通系统、全水空调系统、全空气空调系统、蓄冷全空气系统、供暖热泵热回收系统、分散式供冷系统等［1］，其中，全空气空调系统是高层建筑工程中最常见的一种系统，在实际应用中不仅可改变建筑室内的湿度和温度，而且具有良好的节能环保性。蓄冷全空气系统和分散式供冷系统的除湿、冷却、加湿、加热等要求，主要依靠送风来满足暖通水系统和空气系统，这些暖通空调系统主要是依靠冷水带走暖通空调的显热负荷，通过空气提供通风，并且确保空气质量，带走潜热负荷产生的湿气。

2 高层建筑暖通空调的设计内容

2.1 做好设计准备工作

(1)充分了解高层建筑周围环境。高层建筑暖通空调设计之前，相关设计人员应充分了解基础设施和建筑物的埋设方式，全面分析高层建筑周围环境，合理设计高层建筑暖通空调系统的供暖入口。同时，根据高层建筑暖通空调的设计要求，准确计算暖通空调系统的运转负荷，综合考虑日照、风力等环境因素，重点分析暖通空调系统主要入口的位置和朝向［2］。

(2)了解建筑楼层和内部情况。结合高层建筑的楼层数，选择合适类型的暖通空调系统，如果高层建筑的垂直高度较高，必须合理设计暖通空调系统线路，根据高层建筑内部的废弃排放量、使用情况、人员数量等，合理划分暖通空调系统，准确计算暖通空调系统的运转负荷。

(3)合理划分防烟和防火区。高层建筑暖通空调设计必须合理划分防烟和防火区［3］，有效设置建筑防火墙，确保人们在使用高层建筑过程中，一旦发生紧急情况，可确保人们快速逃离，最大程度的减少人员伤亡，保障人们的生命财产安全，避免发生严重的安全事故。

3 空调循环水泵合理选型

当前，我国高层建筑普遍存在着循环水泵容量较大的问题，循环水泵容量约为实际空调需求的三倍，浪费了大量的运行费用和投资费用，主要是由于以下几点原因:其一，暖通空调系统水力平衡计算不准确，在暖通空调系统正式投入使用之前，工作人员应做好系统调试，导致暖通空调系统水力失调;其二，净水压力问题，一些工作人员在计算暖通空调系统负荷时，将净水压力错误的当作暖通空调系统的循环阻力，导致计算的循环阻力较大［4］;其三，暖通空调系统的冷负荷较大，系统循环阻力计算不合理。因此在设计高层建筑暖通空调时，应结合不同时刻，暖通空调系统扬程和冷负荷的变化，随时进行调整，使其满足不同条件和环境中的暖通空调优化运行要求，合理调节变频泵速度，控制定速泵台数，实现节能减排。

4 合理设计供暖系统

根据高层建筑的空气调节和采暖通风设计规范，合理设置暖通入口入户设备，热水暖通空调系统设计，可在热力入口供回水管道上安装除污器、压力表和温度计，结合高层建筑的设计要求还可设置热量计，还应注意入口装置，减少暖通空调系统的设计失误。暖通空调系统入口数量不仅要考虑到高层建筑室内采暖制冷的便捷性和合理性，还应合理衔接高层建筑室外暖通空调系统管线。高层建筑工程中由冻结危险的区域和楼梯间，可采用独立的立支管散热器进行供热，不能设置调节阀，高层建筑工程采用一根立管，连接相邻房间的散热器，由于楼梯间散热器的密闭性较差，很容易导致暖通空调系统发生故障，严重影响供暖效果。如果高层建筑工程的底层有商铺，应严格按照相关设计规范，对于高层建筑中的公用空间和公共用房应设置单独的热计量设备和暖通空调装置［5］。

另外，高层建筑如果采用公共立管系统，在设计暖通空调系统时，应结合化学管材热性、散热设备、承压能力、系统水力平衡等因素，竖向分区设置高层建筑的共用立管和供暖系统，充分考虑到暖通空调系统管道的热补偿问题，在补偿器上安装固定支架，认真校核暖通空调系统的热膨胀量，提高高层建筑暖通空调系统的运行效率。

5 优化空调通风

我国高层建筑采暖空调制冷系统的相关规范明确表明，办公类建筑的冷负荷指标应控制在95w/m2～160w/m2，商场类高层建筑夏季暖通空调系统的冷负荷指标应控制在200w/m2～230w/m2。但是很多高层建筑在设计暖通空调系统时，空调装机容量比较大，一方面，高层建筑暖通空调设计需要全面考虑各方面的安全系数，单位空调面积的暖通空调系统制冷装机容量比标准的冷负荷偏大，甚至远远超过暖通空调系统实际运行的峰值冷量;另一方面，一些设计人员采用估算暖通空调系统负荷指标的方法，导致暖通空调系统的制冷机装机容量较大，不仅浪费了大量的资源，而且严重影响了制冷机的运行效率。因此，高层建筑暖通空调设计应全面优化空调通风，严格按照标准的暖通空调系统负荷指标进行设计，提高暖通空调的运转效率。同时，高层建筑暖通空调设计应选择合适的水泵扬程，尽量控制设计偏差，例如，由于某高层建筑的使用要求，在90m 高的建筑屋顶设置冷却塔，采用闭式循环水系统，设计人员结合高层建筑暖通空调设计要求，准确计算水泵扬程。并且，设计人员在选择暖通空调系统冷冻水泵时，应充分考虑到春夏秋冬不同季节流量的差异性，如在冬季高层建筑暖通空调所需的50～60 摄氏度热水循环量为240m3/h，夏季暖通空调所需的7～15 摄氏度的冷冻水循环水流量为430m3/h［6］，因此冬季采暖热水循环量远远少于夏季建筑中空调冷冻水循环量，因此高层建筑暖通空调设计应分别设置夏季和冬季的热水泵和冷水泵，结合不同季节需求，选择合适的设置方式，减少暖通空调系统能耗。另外，高层建筑暖通空调系统设计应结合不同工况，合理调节冷冻水泵和冷却水泵转速、湿度、送风量、相对湿度和温度、风机转速和冷却塔风扇等，必须合理优化这些被控量。