超高層商用建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

戴樹霞

江蘇富通置業(yè)有限公司（210000）

0 前言

暖通空調(diào)實(shí)質(zhì)上是一種加熱設(shè)備，它既能散熱，又能使內(nèi)部空氣與外部空氣相互循環(huán)，調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量。 暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要應(yīng)用多種技術(shù)，設(shè)計(jì)人員既要熟悉流體力學(xué)和熱力學(xué)，又要熟悉機(jī)械設(shè)計(jì)。

1 煙囪效應(yīng)

1.1 煙囪效應(yīng)的影響

煙囪效應(yīng)會(huì)影響升降機(jī)門的關(guān)閉:門的內(nèi)外側(cè)壓差使門的關(guān)斷機(jī)構(gòu)無法提供足夠的力來克服阻力。

建筑物低層的供暖問題：大量冷空氣通過外門和外墻進(jìn)入室內(nèi)，影響了供暖效果。

1.2 減弱煙囪效應(yīng)的方法

1）確保外墻的密封性。所有的豎井和所有的滲漏通道都要密封，大堂設(shè)前室，入口和出口采用密封門。2）寒冷地區(qū)的超高層建筑的入口應(yīng)采用旋轉(zhuǎn)門。3）在大廳設(shè)兩個(gè)前廳，總有一扇門是關(guān)著的，兩扇門之間提供足夠的熱量。 對(duì)于人流較大的前廳，采用雙門較難時(shí)，可采用旋轉(zhuǎn)門。 4）升降機(jī)應(yīng)設(shè)在前室，樓梯間應(yīng)設(shè)置較密閉的門，以減少垂直氣流的流動(dòng)。 5）暖通設(shè)計(jì)應(yīng)考慮空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)，在整個(gè)建筑中進(jìn)行完全空氣平衡計(jì)算，提供大于排風(fēng)量的新風(fēng)，并且室外空氣要比排放氣體至少多5%，以確保正壓。 大堂設(shè)計(jì)獨(dú)立的空調(diào)系統(tǒng)，冬季最冷的時(shí)候可以采用100%全新風(fēng)方式運(yùn)行，為大堂增加壓力，降低煙囪效應(yīng)。

2 暖通系統(tǒng)選擇

2.1 系統(tǒng)選擇需要考慮的因素

對(duì)于功能齊全的高層建筑，設(shè)備和電氣系統(tǒng)的總投資可能高達(dá)建筑總投資的35%以上，通常超過25%；管井和設(shè)備房面積占總建筑面積的7%～10%。確定暖通空調(diào)系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備時(shí)應(yīng)該考慮: ①投資總額；②當(dāng)前和今后用戶需要；③建筑物和結(jié)構(gòu)的限制與要求；④內(nèi)外環(huán)境的要求；⑤空間使用的聲學(xué)要求；⑥抗震要求；⑦能耗；⑧運(yùn)行和保養(yǎng)費(fèi)用；⑨防火防排煙系統(tǒng)。

2.2 空調(diào)末端系統(tǒng)

一般而言，高層建筑的空調(diào)系統(tǒng)主要包括全空氣變風(fēng)量系統(tǒng)、 低溫送風(fēng)變風(fēng)系統(tǒng)、 水-空氣系統(tǒng)（風(fēng)機(jī)盤管）、地面送風(fēng)系統(tǒng)等，上述系統(tǒng)主要分為兩類:一類是中央空調(diào)系統(tǒng)，它集中配置于空調(diào)機(jī)房內(nèi)，承擔(dān)多個(gè)樓層的空調(diào)功能；另一類通常只承擔(dān)設(shè)備所在樓層的局部空調(diào)功能。 應(yīng)根據(jù)業(yè)主的需要、建筑特點(diǎn)和其他專業(yè)要求選擇設(shè)計(jì)方案。

3 集中供熱和供冷設(shè)備

制冷室和熱源的類型和位置的確定需要考慮幾個(gè)因素: ①重量、 空間需求以及對(duì)結(jié)構(gòu)體系的影響；②施工進(jìn)度；③設(shè)備安放地點(diǎn)的地面施工要求；④噪音效應(yīng)；⑤操作、運(yùn)行和維修；⑥現(xiàn)有能源狀況；⑦年度運(yùn)營成本和投資回收期；⑧如果使用鍋爐，還必須考慮到煙囪占用的空間和費(fèi)用。

4 空調(diào)水系統(tǒng)

4.1 減小空調(diào)冷凍水系統(tǒng)壓力

隨著設(shè)備和管道工作壓力的增加，超高層建筑制冷設(shè)備、管道、附件和閥門的投資也相應(yīng)增加。 超高層建筑空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)特別注意由于建筑物高度引起的靜水壓力對(duì)管道系統(tǒng)的影響，應(yīng)將空調(diào)水系統(tǒng)的工作壓力控制在合理的范圍內(nèi)，以減少設(shè)備的承壓，從而降低投資。

減少空調(diào)設(shè)備工作壓力的方法之一是將制冷設(shè)備置于地下室以上樓層，但此時(shí)底層冷凍水管位置處的設(shè)備、管道、附件和閥門仍有可能承受較大的壓力。 另一種方法是用板式換熱器減少制冷設(shè)備和管道的工作壓力，其原理是將所有樓層分組，形成各自獨(dú)立的靜壓區(qū)；板式換熱器的使用雖然有利于減少工作壓強(qiáng)，但也要綜合考慮系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)；一般情況下，只使用一臺(tái)板式交換機(jī)，這樣二次側(cè)水系統(tǒng)就更合理了；雖然板式交換機(jī)有利于降低系統(tǒng)的能耗，但使用冷卻水時(shí)，由于存在溫度損失，相應(yīng)的冷凝水供水溫度就會(huì)升高，系統(tǒng)二次側(cè)的水流量就會(huì)增加。

4.2 空調(diào)水管設(shè)計(jì)要點(diǎn)

管路設(shè)計(jì)要考慮的其他因素包括： 管路收縮、膨脹和動(dòng)靜載荷、管路固定支架、滑動(dòng)支架；管路穿過樓板、墻壁和隔斷處需要安裝套管，并在管路與套管之間填充防火材料。 此外，混凝土框架結(jié)構(gòu)也存在收縮或蠕動(dòng)現(xiàn)象，每層可減少約3 mm，盡管每層變化幅度不大，但對(duì)超高層建筑而言，這種變化不應(yīng)忽略，如一幢70 層的建筑會(huì)有210 mm 的偏移量，上述情況要求在設(shè)計(jì)時(shí)要注意在管子固定支架的上下兩層之間提供足夠的靈活空間，使管子隨著結(jié)構(gòu)的變化產(chǎn)生一定的偏移。 為進(jìn)行更好的設(shè)計(jì)，暖通設(shè)計(jì)人員應(yīng)征求結(jié)構(gòu)工程師的意見，以確定管路系統(tǒng)的精確偏差。

4.3 空調(diào)水溫差對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響

在大型工程中采用較大的水溫差，可減少水流量，進(jìn)而減小管道尺寸，雖然增加了制冷主機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用，但可大大降低其投資費(fèi)用。 對(duì)于超高層建筑制冷主機(jī)蒸發(fā)器和冷凝器所需供回水溫差要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)分析。

5 電梯垂直運(yùn)輸系統(tǒng)的空調(diào)通風(fēng)

1）電梯機(jī)房冷卻:應(yīng)設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)，使電梯機(jī)房的室溫控制在15～30 ℃之間。

2）電梯升降豎井的通風(fēng):為了減少電梯運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的活塞風(fēng)對(duì)電梯造成的影響，需要在電梯井口設(shè)置通風(fēng)孔，使電梯的豎井面積達(dá)到0.27 m2，并使用風(fēng)管將電梯的通風(fēng)孔與室外大氣相連接；當(dāng)設(shè)計(jì)高度很高時(shí)，電梯的運(yùn)行速度一般大于7 m/s，還需要根據(jù)電梯和自動(dòng)扶梯安全規(guī)范要求，在電梯井底部設(shè)置通氣孔，以便電梯轎廂高速向下運(yùn)行時(shí)能迅速排出空氣。

6 消防設(shè)計(jì)

由于高度問題，在超高層建筑中存在下列消防問題:①建筑物的高度超過現(xiàn)有云梯的可及范圍；②潛在的煙囪效應(yīng)；③需要延長撤離時(shí)間。

由于上述原因，超高層建筑在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵循消防規(guī)范的有關(guān)要求，并結(jié)合實(shí)際情況采取更嚴(yán)格的防火措施，必要時(shí)可組織專家論證。

7 結(jié)語

探討超高層建筑空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及要點(diǎn)，有助于拓展暖通工程技術(shù)人員的專業(yè)視野，跳出專業(yè)界限，站在更高的高度來更好地完成設(shè)計(jì)工作。