高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究

王姿 鄭徐奕

摘要：高層建筑的公用設(shè)備系統(tǒng)分類(lèi)廣泛且復(fù)雜，包括垂直交通系統(tǒng)、暖通空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、消防系統(tǒng)及建筑智能化系統(tǒng)。這些系統(tǒng)種類(lèi)繁多、相互補(bǔ)充，因此需統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、合理布局，才能使整個(gè)公用設(shè)備系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使高層建筑高效地發(fā)揮功能。

關(guān)鍵詞：高層建筑;公用設(shè)備;垂直交通;暖通空調(diào)

引言

在生活中，登高望遠(yuǎn)是很愜意的一件事?！拔歉甙俪?，手可摘星辰” “復(fù)道行空，不霽何虹”，這些千古詩(shī)文傳達(dá)了人們對(duì)高層建筑的美好想象。在西方，公元前 4 世紀(jì)就有了讓人嘆為觀止的 95.1m 巴比倫王所建的巴別塔。在歐洲，古羅馬城的高樓用 10 層高的磚石建筑撐起世界建筑的高度。如今，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、建筑建造技術(shù)的提高，一幢幢高樓拔地而起，形成城市體系?？梢哉f(shuō)，高層建筑已經(jīng)成為商業(yè)社會(huì)的偶像、現(xiàn)代文明的象征。

談到高層建筑，人們最先想到的就是它的集成功能，集成當(dāng)然離不開(kāi)公用設(shè)備系統(tǒng)。功能完善的現(xiàn)代化公用設(shè)備系統(tǒng)是高層建筑實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能的物理基礎(chǔ)和技術(shù)手段，是高層建筑的重要組成部分，保障高層建筑實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化功能，給使用者創(chuàng)造高效、便捷、舒適、健康、明亮的生活與工作環(huán)境。

高層建筑的公用設(shè)備系統(tǒng)分類(lèi)廣泛且復(fù)雜，包括垂直交通系統(tǒng)、暖通空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及建筑智能化系統(tǒng)。這些系統(tǒng)種類(lèi)繁多、相互補(bǔ)充，因此需要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、合理布局，才能使整個(gè)公用設(shè)備系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使高層建筑高效地發(fā)揮功能。

1 垂直交通系統(tǒng)

如果把高樓比喻成一棵樹(shù)，那電梯就是這棵樹(shù)的血脈，沒(méi)有垂直交通的輸送給養(yǎng)，這棵樹(shù)就會(huì)失去活力。在不同時(shí)期，垂直交通系統(tǒng)發(fā)揮的功用不同，但其重要性不言而喻。在平時(shí)疏導(dǎo)交通，遇到火災(zāi)、地震等嚴(yán)重災(zāi)情時(shí)，緊急疏散、高效撤離，甚至對(duì)有些建筑來(lái)說(shuō)，電梯井就是整棟大樓的主干，是撐起整棟大樓的脊梁。因此，垂直電梯系統(tǒng)在高層建筑中扮演舉足輕重的角色，因此對(duì)該系統(tǒng)提出結(jié)構(gòu)緊湊、易于識(shí)別、防火排煙的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)要求。

由于高層建筑層數(shù)較多，傳統(tǒng)直上直下式電梯會(huì)出現(xiàn)候機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、系統(tǒng)功耗過(guò)大等問(wèn)題，宜采用分區(qū)系統(tǒng)。分區(qū)可分為低區(qū)、中區(qū)和高區(qū)，如果層數(shù)多，分的區(qū)域也更多。分區(qū)可按樓層數(shù)來(lái)分，每 8～12 層為一區(qū)，每區(qū)有相應(yīng)的電梯服務(wù)，中間設(shè)置換乘平臺(tái)，可減少乘客的候梯時(shí)間。也可采用分單雙樓層的方式，單層用單層系統(tǒng)，雙層用雙層系統(tǒng)，二者分開(kāi)也可縮短候梯時(shí)間。

垂直電梯系統(tǒng)是分段式系統(tǒng)。分段系統(tǒng)是分區(qū)系統(tǒng)的組合，把整棟建筑在豎向上按樓層數(shù)分為若干段，每段 25～35層，每段都是小型的垂直分區(qū)系統(tǒng)，每段設(shè)置電梯轉(zhuǎn)換層，乘客可從 1 層快速穿梭到這些轉(zhuǎn)換層，然后再經(jīng)過(guò)分區(qū)系統(tǒng)到達(dá)目的樓層。

2 暖通空調(diào)系統(tǒng)

暖通空調(diào)系統(tǒng)是高層建筑的重點(diǎn)系統(tǒng)。高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)要遵循 3 個(gè)原則：節(jié)能減排、健康舒適、利用自然。相關(guān)研究表明，在高層建筑中，暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗占建筑總能耗的30% 以上，為節(jié)約資源，必須遵循節(jié)能減排原則，可通過(guò)各類(lèi)資源和能源的合理優(yōu)化配置，打造舒適宜居的環(huán)境。同時(shí)也可利用太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉刺娲娔?，?shí)現(xiàn)成本節(jié)約。高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)大多應(yīng)用下列 3 項(xiàng)技術(shù)。

1）熱回收技術(shù) 在建筑室內(nèi)排風(fēng)口處設(shè)置熱交換器，實(shí)現(xiàn)室外新風(fēng)與室內(nèi)排風(fēng)間接接觸換熱，從而回收利用室內(nèi)空氣熱量或冷量。

2）熱泵技術(shù) 熱泵技術(shù)是用外界環(huán)境熱能降低人工制造熱能的消耗。制冷劑通過(guò)蒸發(fā)器從外界吸收熱量，并轉(zhuǎn)移至室內(nèi)的冷凝器放出熱量，其間電能轉(zhuǎn)化為壓縮機(jī)的機(jī)械能，機(jī)械能輸入使制冷劑發(fā)生相變，以利于循環(huán)吸熱，消耗 1kW 的電能可搬運(yùn) 3～12kW 的熱能，提高產(chǎn)熱效率。

3）冷熱電聯(lián)產(chǎn) 冷熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠既可以發(fā)電，也可為區(qū)域內(nèi)建筑提供暖通空調(diào)功能，其冷熱水管道可在建筑內(nèi)部敷設(shè)，調(diào)節(jié)建筑整體或局部的溫度環(huán)境，在有條件的高層建筑中也較為常用。

3 給排水系統(tǒng)與消防系統(tǒng)

相對(duì)于低層建筑，高層建筑具有樓層數(shù)多、振動(dòng)源多，給排水水量瞬間需求量大的特點(diǎn)，所以在給排水設(shè)計(jì)、施工材料、施工管理等方面有嚴(yán)格的要求。高層建筑熱水和消防系統(tǒng)的靜水壓大，需要通過(guò)豎向分區(qū)供水確保系統(tǒng)穩(wěn)定;另外，高層建筑消防隱患較多，一旦發(fā)生緊急情況，危險(xiǎn)大、損失大、消防壓力較高。同時(shí)，高層建筑居住人數(shù)多，對(duì)供水的需求量大、排水量大，如果出現(xiàn)異常問(wèn)題，影響面積較廣。因此，必須采用合理的給排水方式才能滿(mǎn)高層建筑的需求。高層建筑給排水常采用下列 4 種形式。

1）氣壓罐供水方式 氣壓罐供水系統(tǒng)分為氣壓罐和離心水泵兩部分，水源經(jīng)水泵送入氣壓罐，氣壓罐可利用密封儲(chǔ)存罐內(nèi)空氣的可壓縮性進(jìn)行儲(chǔ)存、調(diào)節(jié)、加壓送水，水在罐內(nèi)高壓的作用下輸送到各配水點(diǎn)。

2）減壓分區(qū)供水 減壓設(shè)計(jì)是利用減壓水箱、減壓閥降低壓力，用水泵把水提升到建筑頂部?jī)?chǔ)水裝置，然后根據(jù)高層建筑的面積大小合理設(shè)置分區(qū)減壓水箱，從上往下分區(qū)供水，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。

3）高位水箱供水 高位水箱給水分為水箱水泵、串聯(lián)與并聯(lián)等。高位水箱供水設(shè)計(jì)可保證水壓穩(wěn)定，水箱內(nèi)儲(chǔ)存更多的水量，確保供水穩(wěn)定，可減少水泵啟動(dòng)次數(shù)，減少能耗。

4）變頻泵無(wú)水箱供水方式 利用變頻技術(shù)改變水泵的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)水泵的流量和壓力，使設(shè)備的流量及水壓可控，也可減少能力損耗，但初期成本較高。

4 電氣系統(tǒng)

高層建筑電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要遵循穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性的原則，采用環(huán)形供電的基本模式，設(shè)計(jì)補(bǔ)償機(jī)制，重視重點(diǎn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)和智能化的應(yīng)用。穩(wěn)定性是指在高層建筑電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)保證供電穩(wěn)定、持續(xù)，即便出現(xiàn)用電高峰也可保證電能充分供應(yīng)。安全性是各類(lèi)建筑電氣設(shè)計(jì)的基本原則，要求在施工、使用環(huán)節(jié)保證設(shè)備和人員的安全。經(jīng)濟(jì)性是指在高層建筑電氣設(shè)計(jì)中，保證電能足量、持續(xù)提供的情況下，避免電能浪費(fèi)情況，確保整體能耗控制效果，維持經(jīng)濟(jì)性。

5 建筑智能化系統(tǒng)

高層建筑作為高密度、高效率的工作和生活場(chǎng)所，對(duì)建筑智能化有更高的要求。一套完備的高層建筑系統(tǒng)，需具有良好的通信系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)及管理模塊，為人們提供高效、舒適、安全、便捷的使用環(huán)境。建筑的功能取決于各智能化系統(tǒng)和管理模塊。高層建筑智能化系統(tǒng)主要有 5 項(xiàng)：①建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng) BAS（Building Autom ation System）;②通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) CNS（Com m unication Network System）;③辦公自動(dòng)化系統(tǒng) OAS（Office Autom ation System）;④綜合布線系統(tǒng) GCS（Generic Cabling System）;⑤智能建筑的系統(tǒng)集成中心 SIC（System In-tegrated Center）。

建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控高層建筑內(nèi)所有公用設(shè)備系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理和調(diào)控，指揮空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、配供電系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等的運(yùn)行。通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過(guò)傳輸導(dǎo)線或無(wú)線電，傳送自動(dòng)化系統(tǒng)的指令，既能實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)信息傳遞，又能使該建筑與外界的公共網(wǎng)絡(luò)互通，是高層建筑的神經(jīng)組織。自動(dòng)化辦公系統(tǒng)通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)部信息、設(shè)備、資源共享，提高整棟建筑內(nèi)部人員的協(xié)作辦公效率，提高整體的業(yè)務(wù)處理能力。綜合布線系統(tǒng)由傳遞各種信號(hào)的基礎(chǔ)設(shè)施組成，是高層建筑的信號(hào)傳輸系統(tǒng)。系統(tǒng)集成中心將以上 4 個(gè)子系統(tǒng)鏈接為一體，將整個(gè)公用設(shè)備系統(tǒng)的所有信息凝聚匯集，對(duì)所有信息進(jìn)行綜合管理，是大數(shù)據(jù)的最好發(fā)揮平臺(tái)。整個(gè)高層建筑，不僅象征著人類(lèi)的工業(yè)水平，也體現(xiàn)人、資源與環(huán)境三者和諧共處的關(guān)系。

6 結(jié)語(yǔ)

高層建筑要成為支持生產(chǎn)的高效場(chǎng)合必須具有完備的公用設(shè)備系統(tǒng)、垂直交通系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、給排水與消防系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及建筑智能化系統(tǒng)，這些系統(tǒng)是保障高層建筑功能的基礎(chǔ)，也是處理好“人 - 信息 - 機(jī)器 - 環(huán)境”關(guān)系的基礎(chǔ)，解決好這個(gè)關(guān)系，城市化建設(shè)才能更好地推進(jìn)。

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