高层建筑暖通设计中的常见问题及对策分析

2023-01-11陈李想济南水石工程咨询有限公司山东济南250100

中国房地产业 2022年16期

文／陈李想济南水石工程咨询有限公司山东济南 250100

引言：

近年来，我国建筑行业加大了对高层建筑工程项目中暖通工程的重视度，深入研究暖通设计，不断提高暖通工程质量。如果高层暖通设计方案不符合相关标准，不仅会影响暖通工程施工质量，还会影响建筑工程的安全性，甚至导致安全事故的发生，严重威胁人们的生命财产安全。因此建筑行业应该加大高层建筑暖通设计的研究力度，通过吸收借鉴国内外先进的设计技术，不断提高暖通设计人员专业技术能力，同时制定科学合理的暖通设计管理制度，保证暖通工程安全性与稳定性，从而实现我国暖通工程的可持续发展。

1、高层建筑暖通设计的重要性

首先，高层建筑暖通控制优化设计，可以优化暖通空调的热交换系统，也有利于减少暖通空调系统的耗能。高层建筑暖通优化设计，能够优化暖通空调的控制系统与冷热交换系统。暖通空调控制系统的完善离不开暖通空调各个系统的优化。只有各个系统不断地优化升级，才可以达到“1+1＞2”的效果。其次，利于暖通空调降低能源损耗。暖通空调不断进行控制优化，也有利于暖通空调降低能源消耗。我国空调系统的能源消耗量非常大，尤其是暖通空调。由于冬天温度较低，室内室外温差较大，所以暖通空调的冷热交换系统将会长时间地运行，因此消耗了大量的能源。为了降低暖通空调的能源消耗，需要不断地对暖通空调的控制进行优化升级。控制系统就是暖通空调的冷热交换系统，暖通空调冷热交换系统的技术升级，可降低暖通空调系统的能源消耗，能够减少环境污染。所以，在进行暖通空调系统节能设计时，必须要认真考量空调的内部负荷问题和外部负荷问题。因此，要提高建筑设计的节能效果，在暖通空调设计中融入节能设计是非常必要的，对降低高层建筑整体能源利用水平来说具有重大意义。

2、高层建筑暖通设计中的常见问题

2.1 施工图纸设计不严谨

暖通设计人员根据高层建筑暖通工程施工要求以及相关的设计准则，充分发挥自身的技术能力，设计出科学、严谨的暖通空调系统，最后形成设计图纸。如果施工图纸存在误差，不仅会严重影响暖通工程的施工质量，还会引发施工安全事故，造成企业经济损失。另外，暖通工程涉及内容较多，因此设计人员应该端正工作态度，在设计过程中注重每一个细节，确保设计图纸的精准化。在建筑施工过程中，1mm的误差都可能导致工程事故，因此设计人员一定要加强设计图纸的规范性与准确性，为暖通工程总体质量打下扎实的基础。

2.2 成本管控意识薄弱

为行之有效地降低所需要投入的经济成本，提升建筑暖通工程的质量，相关设计人员有必要对设计方案的可行性进行深入分析，可以借助于综合评价的方法来判定方案是否能够有效满足各项指标。对现代建筑企业来讲，成本问题可以说是其关注问题的重中之重，首先需要满足暖通空调系统的建设质量以及应用功能，如果现实条件非常充足且多样，则可以通过采用水（地）源热泵机组作为制热和制冷机组。水（地）源热泵机组能够有效地替代传统的锅炉系统，不仅能够降低给生态环境带来的负面影响，而且还能极大程度地节省运行成本。此外，若进一步扩大适用范围，无论是在住宅还是在商场、办公楼，水（地）源热泵机组均能发挥作用。

2.3 暖通管道设计规范性差

建设工程中暖通设计还存在管道设计规范性差的问题，例如，在现行的《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中明确提到了供暖管道的敷设坡度，但大部分供暖管道在设计中均存在水管坡度低于设计规范的问题。又如，在高层建筑采用单双管散热器系统时，按照系统特性，应按二～三层分组（或按散热器承压能力与总层数灵活分组），每组内的散热器采用双管连接，每组间采用单管连接，供回水干管同程连接。这样可以避免垂直失调，也能灵活调节散热器。但在进行实际工程调查中发现，因为实际工程建筑布局的不规则性等原因，单双管系统很难规范连接，整个系统也往往因此出现各种各样的失调现象。

2.4 通风设计不合理

在进行暖通设计时应重视通风系统的设计。设计人员在进行通风设计前，应合理规划气流组织形式，避免出现风道短路及通风死角。这既有利于提高房间的通风效率、改善室内湿热条件，也有利于提高人员的舒适性或设备运行寿命。而在实际工程中，我们会发现许多通风系统的设计仅仅停留于形式，比如高层建筑的公共卫生间通风设计未进行风压计算，只设置一台全压很小的排风扇，接入高层建筑的共用竖向土建风道中，房间内卫生间内的浑浊空气不能被有效排除，只见风扇运行却不见通风效果，人员的舒适性和卫生安全都得不到保障。又比如在设计空调风口时只图简单省事，并未结合座位桌椅布置进行风口设计，以至出现坐在风口下的人和远离风口的人的体感舒适度完全是两个等级。

2.5 暖通空调设备选型适用性差

在对高层建筑暖通进行设计时，由于传统的设计理论在理念、方式等方面均存在不合理现象，使得在对暖通空调设备选型时，产生了与预期效果不相符的现象，此种现象严重影响到暖通空调设备整体的适用性与安全性。依据现行的《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》，湿度较大的房间应采用耐腐蚀的散热器，但在实际工程中，无论是公共卫生间还是住宅卫生间，均存在大量采用钢制散热器的现象。钢制散热器相较于铸铁散热器或铝制散热器更易被腐蚀，这些设置在卫生间的钢制散热器大多在使用数年后就已经漆膜剥落、锈迹斑斑了。此外，许多供暖系统及空调冷冻水系统在供、回水干管上均设置了水力平衡阀，笔者认为这是没必要的，仅需在回水管上设置水力平衡阀就已经满足系统运行的需要了。

2.6 暖通空调系统的节能设计理念有待增强

科学合理地设计暖通空调系统是节能减排的重要一步，也是高层建筑暖通系统节能优化的基础阶段，然而多数设计人员缺乏对暖通节能设计理念的深入理解，将关注点仅仅停留在系统的美观程度和功用设计上，没有分析应该如何使暖通空调系统减少能耗，只是一味地迎合用户的需求。同时需要注意的是，在进行暖通系统的节能设计中，优化设计理念是一项十分重要的举措。在科学的理念下创新及应用节能技术，能够提高高层建筑暖通系统的节能效果。但是在当前行业中，存在的明显问题是对理念的创新有着一定的落后性，造成难以实现暖通节能技术的科学发展。首先，在基础教育上，很多工作人员对节能减排等诸多概念区分不清，造成其在创新节能技术的过程中一直走在不合理的道路上，难以实现空调节能技术的有效改进。并且，基于此背景，工作人员在节能设计的过程中始终以不合理的思维方式进行，造成空调并没有实现真正的节能，难以确保暖通空调使用的高节能收益；其次，在设计理念与思路上存在较为明显的落后性。我国的暖通空调专业相对于西方发展时间较短，节能理念与思路存在落后。其中，最明显的是设计文件中的《绿色建筑设计专篇》更多的是流于形式，没有切实地将绿色建筑相关要求融入到设计实践中，没有实现全系统的节能设计；最后，许多工程没有考虑到地域性与环境性的差异：在不同的地理环境下，暖通空调系统的能耗有着很大的差别，暖通节能设计如果不结合地域情况，很难实现节能技术的应用与创新。

3、高层建筑暖通设计控制对策

3.1 加强设计图纸的深度

加强设计图纸的深度，为施工人员准确施工提供有效支持。加强设计图纸的深度主要从以下几个方面入手：第一，在进行暖通施工图设计前，需要全面了解暖通工程的材料、设备和技术等，合理划分材料、设备的层次以及价格，选择最适合的材料和设备等。第二，在进行施工图纸设计时，应在设计说明、平面图、大样图中标明设备参数、定位尺寸、管径等信息，并应绘制各系统的大样图、系统图、原理图和剖面图等，保证图纸不缺项不漏项。第三，采用3D绘图软件或其他技术手段进行各专业管道的碰撞检查，调整修改管道走向、保证空间的净高以及各系统的检修空间，并在各管道交错的最不利处绘制剖面大样，确保人员的操作与施工图纸的设计完全一致，避免出现偏差影响整体工程质量。

3.2 科学选择建筑暖通设计方案

在开展现代高层建筑暖通系统设计工作的过程中，任何方案的选取均需要结合实用性以及可行性这两项重要原则，保障建筑工程暖通系统的美观性及功能性，同时还需要充分满足节能减排的重要目标，以此来为国家生态文明的建设与社会发展提供良好的支撑。暖通专业工作者需要充分考量方案在实际施工建设的过程中的科学性以及可操作性，以此来行之有效地解决不计成本而引发的造价高升、质量难以获得有效保障的问题。此外，暖通专业工作者还需要重点分析排查建筑工程所处的地理环境以及相应的气候环境，结合自身专业知识储备以及实践应用能力考察施工现场，采取因地制宜的建筑工程暖通设计，充分满足业主群体的需要，设计出更为科学合理的，能够有效保障使用质量和使用寿命的高质量暖通系统，推动高层建筑暖通设计方向的高效稳定发展。

3.3 加强暖通设计的规范化

加强高层建筑暖通设计的规范化是促进暖通工程顺利开展的重要保障，应加大暖通工程设计的监管力度，确保设计的合理化与标准化。在进行暖通设计前，应该对暖通工程进行全面调研，充分考虑工程周边的能源配置情况和工程的节能环保功能等。如在供暖系统中的规范化举错：供暖或空调管道之间的距离应该控制在200mm以内；供暖管道与外墙表面之间的距离宜大于100mm；热水供暖系统中的供回水温差应控制在15℃，同时系统最大工作压力不宜大于0.8MPa；进行冷、热负荷计算时应考虑建筑朝向与地理位置，进一步加强冷、热负荷计算的准确性与规范性；热媒温度不高于65℃，低温段的温度控制在30～40℃。严格遵守相关标准、规范的要求方能确保暖通专业设计的规范化，提高暖通工程施工质量。

3.4 提升对设计人员的要求

现在建设工程相关用人单位在招聘建设工程暖通设计工作者的时候，需要重点提升招聘门槛，要求参与应聘的工作人员具备相应的专业知识储备以及实践应用能力。对新入职的员工开展培训教育工作，使其形成专业安全意识和责任意识。通过“传、帮、带”的方式，促进各年龄阶层人员之间的相互交流与沟通。此外，还需要建立更为完整的培训机制与考核机制，开展暖通专业设计讲座活动，拓宽设计工作者的思维视野，使其能够优化完善现有设计思想，保障在职的设计工作者的职业素养能够满足相关工程的需要。在涉及高层建筑暖通设计方案方面，可以分配不同的设计团队选取设计方案，对不同团队所提出的方案进行对比分析，选择最为符合实际情况并且质量最高的设计方案。此外，设计人员还需要形成良好的全局意识，能够充分认识有关设计规范与原则，同时还需要深层次地融入施工现场，明确和高层建筑暖通设计相互关联的各项工作，分析问题并解决问题，以此来促进自身的实践应用能力的发展，为高层建筑暖通空调系统的优化完善提供支撑。在开展设计工作的时候，暖通设计人员需要充分提升对设计文件质量的关注，结合相关标准、规范开展设计工作，做好对暖通系统的尺寸以及管道等内容的标注处理，标注需要做到足够详细明确。

3.5 强化通风系统设计水平

在进行高层建筑暖通工程设计过程中，需要充分考虑竖向共用风道的阻力因素，选用高全压型的设备，以使得其能克服管道阻力，达到顺畅通风的目的。这既避免了出现设备运行却没效果的徒劳浪费能源的现象，也切实体现了暖通专业在建设工程中的价值。除此之外，还应该加强科学技术的有效利用。当前建筑工程设计过程中存在严重的能源浪费情况，因此应该不断提高通风系统中自动控制系统的普及率，进而提高通风系统设计质量。

3.6 做好系统优化控制

结合目前学界已有的文献研究及业界已建成的实际工程来看，建筑物联网以及智能化建筑可以说是未来建筑发展的必然走向，同时也是现代社会发展到相应程度的必经之路。尤其是建筑物联网在推动大数据方面的发展做出的重要贡献，为现代高层建筑暖通系统的完善设计提供了充足的支撑。借助于前期的系统化机电设计，不仅能够促使新建建筑有效完成节能整体目标，而且还能够促使既有建筑暖通系统的改良与优化，有效推进建筑工程的深度发展，最终完成对建设工程暖通系统的智能管理。在实际设计的过程中，可以融合自控系统和能源计量系统，用于从根本上保证高层建筑暖通系统的安全性和稳定性，提升运行质量和运行效率，从而精准合理的实现对室内空气环境的管理和调控。这不仅能够有效保障用户的舒适度，而且还能够延长设备的运行寿命，进而充分满足低成本、高回报的目标。

3.7 强化暖通空调系统节能设计

3.7.1 合理设计冷、热源系统

推动暖通空调控制优化技术的发展，需要合理设计冷、热源系统。供暖、供冷的基本原理，主要是通过冷热交换系统调节室内温、湿度，有时也会借助辅助加热设备提升室内温度。因此暖通空调工程在进行控制优化时，需要合理设计冷、热源系统。因为这直接关乎暖通空调工程的使用效率以及运行寿命。当前，一些新建建筑的供暖、空调和通风系统，均不同程度得实现了较高难度的自动化以及智能化系统控制，而这些自动化控制还可以进一步地统一集成到一个楼宇自控系统中。这就使得综合利用冷、热源成为了可能。在实际工程中，可根据项目周边的能源条件，比如地（水）源热泵、市政热力管网、电力调荷能力等综合考虑冷、热源形式，在过渡季或极端天气时利用楼宇自控系统综合调配拥有的能源，如低谷电能、工厂废热、地热能等，进行动态控制及综合利用。

3.7.2 降低热媒传输能耗

热媒是暖通空调系统中的重要组成部分，它就像是人体血管里流淌的红细胞。在选择热媒时，要以暖通专业技术人员的判断为标准，合理选择热媒。同时，也要有效控制空调热能转换过程中的能量损失。通过智能化技术分析空调制冷及制热过程，采用电动平衡阀等调节手段合理把控整个过程中的能量消耗。在空调系统设计过程中，还可以优化动力传输系统，并在运行中不断优化调节。做好保温措施同样重要，选用绝热系数高的保温材料，同时严格按照规范要求防止冷桥、热桥现象，亦能有效减少热媒传输时的能量损耗。此外，采用大温差供回水管道在提升空调节能效率的同时也能提升空调运行的效率。

3.7.3 大范围使用变频技术

暖通空调控制优化技术的应用，需要大范围使用变频技术。空调及供暖系统在运行时，会产生极大的用电负荷，导致城市电力供需矛盾尖锐，严重时还会引发电力中断。这与旧式的空调及水泵等“耗电大户”使用定频技术不无关系。在空调系统中，变流量系统是一种最广泛采用的系统形式。然而在实际工程中，设计人员往往不会参与运行调试，而系统的后期运维人员也往往受限于专业知识的了解程度，导致很多项目的空调系统没有运行在合理的状态下。而随着我国新建建筑工程的减少，对既有建筑工程的暖通空调系统进行优化调校就成为了暖通专业未来的重要工程实践方向之一。