高層建筑暖通設(shè)計(jì)探析
——以北京某商務(wù)中心高層建筑暖通設(shè)計(jì)為例

李 璞

（永泰房地產(chǎn)（集團(tuán)）有限公司，北京 100089）

目前，隨著經(jīng)濟(jì)收入的不斷增長(zhǎng)，人們對(duì)于居住環(huán)境和整體建筑的功能性要求越來(lái)越高，尤其對(duì)暖通的建筑設(shè)計(jì)需求不斷增長(zhǎng)，相關(guān)建筑暖通設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也在不斷的優(yōu)化和改進(jìn)。隨著高層建筑工程項(xiàng)目的持續(xù)發(fā)展和數(shù)量的增多，使得高層建筑已經(jīng)成為現(xiàn)代化城市建設(shè)當(dāng)中主要的建筑類型，并且高層建筑的功能也從原有固定功能逐漸向多元化功能、系統(tǒng)化功能方向邁進(jìn)。特別在控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及控制理論的持續(xù)進(jìn)步推動(dòng)下，高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也迎來(lái)了新的發(fā)展空間。因此，對(duì)高層建筑中暖通設(shè)計(jì)進(jìn)行研究分析，對(duì)于城市整體發(fā)展規(guī)劃及城市化建設(shè)有著重要的價(jià)值意義，對(duì)高層建筑暖通設(shè)計(jì)水平和促進(jìn)暖通設(shè)計(jì)技術(shù)性、科學(xué)性發(fā)展也有著至關(guān)重要的作用。

1 工程概況

北京某高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，2 棟甲級(jí)辦公樓，裙房為商用，建筑高度為99.85 m，地上為21 層，地下3 層，屬于典型的高層建筑項(xiàng)目類型。建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為框剪結(jié)構(gòu)，外墻使用玻璃幕墻材料加石材幕墻材料，其暖通空調(diào)系統(tǒng)為大型中央暖通空調(diào)。本文僅對(duì)地上的空調(diào)、消防系統(tǒng)進(jìn)行探討，地下車庫(kù)及人防部分均按國(guó)家相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，本文不做贅述。

2 高層建筑暖通設(shè)計(jì)的要點(diǎn)概述

在高層建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初，就已經(jīng)針對(duì)建筑當(dāng)中的暖通進(jìn)行了部分預(yù)留設(shè)計(jì)，例如新風(fēng)口、排風(fēng)口的預(yù)留設(shè)計(jì)，空調(diào)機(jī)組具體安裝位置的預(yù)留設(shè)計(jì)。其主要目的是為后續(xù)暖通空調(diào)工程項(xiàng)目的接入安裝施工提供空間與結(jié)構(gòu)支撐，在高層建筑工程項(xiàng)目當(dāng)中，暖通空調(diào)工程的安裝必須要預(yù)先進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，一旦暖通設(shè)計(jì)存在不合理，就會(huì)造成工程項(xiàng)目二次返工，給后續(xù)暖通空調(diào)安裝帶來(lái)很大的不便。另外，高層建筑暖通設(shè)備的使用占其能源消耗的很大一部分。尤其暖通空調(diào)對(duì)能源的消耗量較大，這也意味著必須要重視將高層建筑暖通空調(diào)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)融入節(jié)能降耗這一理念。因此，高層建筑暖通設(shè)計(jì)的要點(diǎn)主要可以從以下幾點(diǎn)考慮。

1）滿足冷熱負(fù)荷要求

高層建筑當(dāng)中所涉及的整體暖通工程具有很大的分布范圍且較為復(fù)雜。如本案例工程當(dāng)中，高層建筑為商務(wù)高層建筑。所以涉及到不同的暖通設(shè)備，如果同時(shí)運(yùn)行就需要耗費(fèi)大量的電力能源。為此，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要明確最大冷熱負(fù)荷與電力能源負(fù)荷，并以此為參考依據(jù)，在確保暖通設(shè)備最大化利用的情況下，系統(tǒng)依然能夠正常運(yùn)行，而不會(huì)發(fā)生負(fù)荷超載的情況。

2）從整體上進(jìn)行合理的規(guī)劃

高層建筑的暖通設(shè)計(jì)需要將其作為整體高層建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分和關(guān)鍵點(diǎn)之一，要給予足夠的重視，在進(jìn)行高層建筑暖通設(shè)計(jì)時(shí)要能夠從整體把握，要具有全局觀，立足于整個(gè)高層建筑并綜合考慮暖通設(shè)計(jì)功能效應(yīng)。在進(jìn)行暖通部分的局部規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)中，也要做好預(yù)算工作，將暖通工程相關(guān)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計(jì)參考，實(shí)現(xiàn)合理規(guī)劃和科學(xué)設(shè)計(jì)，避免暖通空調(diào)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)發(fā)生沖突。

3）注重節(jié)能減排設(shè)計(jì)

高層建筑的暖通設(shè)計(jì)當(dāng)中，還必須響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排降耗的號(hào)召，遵循我國(guó)所提出的生態(tài)文明建設(shè)與生態(tài)文明城市建設(shè)的理念，積極研究高層建筑暖通設(shè)計(jì)的節(jié)能降耗設(shè)計(jì)方案。所以，在進(jìn)行暖通設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，需要將節(jié)能技術(shù)融入到暖通設(shè)計(jì)當(dāng)中，借助國(guó)內(nèi)外高層建筑節(jié)能降耗方面較為成功的設(shè)計(jì)案例，汲取經(jīng)驗(yàn)，不斷進(jìn)行暖通設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化改進(jìn)，確保高層建筑暖通設(shè)計(jì)節(jié)能降耗效果[1]。

3 高層建筑暖通設(shè)計(jì)分析

以北京某商務(wù)中心高層建筑暖通設(shè)計(jì)為例。

1）確定暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案

高層建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須依據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范內(nèi)容規(guī)定，同時(shí)也要參照國(guó)家相關(guān)部門所制定的法律法規(guī)，結(jié)合具體的氣象參數(shù)來(lái)予以設(shè)計(jì)。

暖通空調(diào)設(shè)計(jì)人員需要參考當(dāng)?shù)貧庀缶謿夂騾?shù)，這些參數(shù)主要是暖通空調(diào)設(shè)計(jì)當(dāng)中節(jié)能降耗設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。本案例當(dāng)中高層建筑的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)系統(tǒng)根據(jù)不同空間的特點(diǎn)提出了不同的供暖要求。如本工程是屬于商務(wù)中心高層建筑，其具有明顯的綜合化、系統(tǒng)化特點(diǎn)，依據(jù)不同需求進(jìn)行內(nèi)部整體布局的劃分，而不同的房間在供冷供暖要求方面也不相同。例如1 層~4 層為商業(yè)，5 層及以上為辦公區(qū)，所以，在設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮房間功能不同時(shí)對(duì)供暖的要求[2]。

本案例工程項(xiàng)目當(dāng)中主要使用大型中央空調(diào)設(shè)備和局部空調(diào)共同使用的方案，中央空調(diào)部分和局部空調(diào)功能可以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，并全面提高暖通系統(tǒng)的可靠性，中央空調(diào)設(shè)備具有故障率低、使用壽命較長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，而且施工安裝相對(duì)較為靈活。

中央空調(diào)冷源采用3 臺(tái)變頻離心式冷水機(jī)組，夏季為空調(diào)系統(tǒng)提供7℃~12℃的冷水。熱源采用2臺(tái)常壓熱水鍋爐，通過板式換熱器換熱，為空調(diào)系統(tǒng)提供50℃~60℃的熱水。制冷機(jī)房、鍋爐房及各樓均設(shè)置冷熱計(jì)量裝置，作為結(jié)算點(diǎn)的熱計(jì)量表選用超聲波或電磁式, 設(shè)置數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)傳系統(tǒng)。

2）暖通空調(diào)系統(tǒng)的選用

對(duì)于暖通系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，空調(diào)系統(tǒng)的選用主要采用中央空調(diào)和局部空調(diào)相搭配的方式。而其中中央空調(diào)與局部空調(diào)有著不同的特點(diǎn)，整體的應(yīng)用范圍和空間布局也各不相同，中央空調(diào)與局部空調(diào)性能方面對(duì)比見表1。

表1 中央空調(diào)與局部空調(diào)性能優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

從表1 中可以看出。本案例高層建筑主要使用混合式暖通系統(tǒng)。其中對(duì)于商業(yè)區(qū)域主要采用兩管制風(fēng)機(jī)盤管+全空氣集中空調(diào)系統(tǒng)，辦公樓區(qū)域主要采用兩管制風(fēng)機(jī)盤管+集中新風(fēng)熱回收系統(tǒng)，其他區(qū)域采用局部空調(diào)方式，計(jì)算機(jī)機(jī)房、消防防控中心、電梯機(jī)房需要在24 h 內(nèi)維持一定的濕度，但中央空調(diào)屬于間歇式方式[3]。所以，此部分采用局部空調(diào)方式。

3）新風(fēng)排風(fēng)系統(tǒng)

新風(fēng)機(jī)組設(shè)計(jì)整體的規(guī)劃必須按照最基本的設(shè)計(jì)要求，新風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須滿足系統(tǒng)正壓要求和局部通風(fēng)情況及衛(wèi)生條件，要確保在此期間用戶可以獲得更加舒適的體驗(yàn)感，尤其對(duì)于商業(yè)餐飲場(chǎng)所來(lái)講，其新風(fēng)量的要求較高，所以，整體設(shè)計(jì)當(dāng)中，本案例高層建筑新風(fēng)量設(shè)定為30 m3/(h·人)~50 m3/(h·人)。

新風(fēng)系統(tǒng)采用熱回收式新風(fēng)處理機(jī)組，采用新風(fēng)系統(tǒng)可以確保建筑內(nèi)部的正壓，有效防止外界空氣的滲入，同時(shí)，還能夠?yàn)槭覂?nèi)空氣溫度和衛(wèi)生條件提供支撐。新風(fēng)送入是屬于不間斷狀態(tài)，因此，不會(huì)發(fā)生遺留“原用戶”痕跡的問題，能夠?yàn)橛脩籼峁┤碌沫h(huán)境，采用熱回收式新風(fēng)機(jī)組，維修維護(hù)較為便利且能夠降低能耗。

本案例項(xiàng)目當(dāng)中新風(fēng)機(jī)組設(shè)置于地下1 層及頂層設(shè)備層的新風(fēng)機(jī)房，于核心筒內(nèi)設(shè)置新風(fēng)豎井及排風(fēng)豎井，新風(fēng)機(jī)組通過設(shè)備層集中防雨百葉取室外新風(fēng)，經(jīng)過新風(fēng)機(jī)組熱回收處理后，利用核心筒內(nèi)的新風(fēng)豎井送至各層，各層的排風(fēng)再由豎井排至新風(fēng)機(jī)組，冷熱量回收后，排至室外。

除了依附于新風(fēng)機(jī)組的部分室內(nèi)排風(fēng)之外，本項(xiàng)目還有一些區(qū)域采用了獨(dú)立的排風(fēng)系統(tǒng)，如商業(yè)餐飲、衛(wèi)生間，辦公層的公共衛(wèi)生間等。因建筑層數(shù)較高，排風(fēng)系統(tǒng)采用了室內(nèi)排風(fēng)扇與屋頂排風(fēng)機(jī)相結(jié)合的方式，衛(wèi)生間換氣次數(shù)按12 次/h 考慮，排風(fēng)扇將室內(nèi)空氣排至排風(fēng)豎井，屋頂排風(fēng)機(jī)將豎井內(nèi)空氣排至室外，以確保室內(nèi)的空氣質(zhì)量。

4）空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

空調(diào)水系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)主要考慮采用兩管制異程式系統(tǒng)，在地下主干管及豎向管井內(nèi)立管采用異程式系統(tǒng)，為了能夠確保水力平衡，在建筑內(nèi)每層支管上設(shè)置平衡閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。出管井的每層空調(diào)水管則采用同程式系統(tǒng)，確保末端的風(fēng)機(jī)盤管機(jī)組之間水力平衡。夏季冷凍水供回水溫度為7℃~12℃，冬季熱水供回水溫度為50℃~60℃，冬夏通過機(jī)房?jī)?nèi)開關(guān)切換實(shí)現(xiàn)溫度轉(zhuǎn)換。所使用的兩管制異程式運(yùn)行方式可以確保持續(xù)性且均勻地進(jìn)行供熱供冷。變頻補(bǔ)水泵定壓系統(tǒng)控制原理見圖1。

圖1 變頻補(bǔ)水泵定壓系統(tǒng)控制原理圖

本項(xiàng)目空調(diào)水系統(tǒng)最高工作壓力為1.6 MPa，無(wú)需豎向分區(qū)，選用閥門的壓力均為2.0 MPa。空調(diào)水系統(tǒng)補(bǔ)水定壓采用變頻補(bǔ)水泵定壓，因水泵長(zhǎng)期在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行效率較低，故設(shè)置2 臺(tái)補(bǔ)水泵，1 用1 備。變頻補(bǔ)水泵的揚(yáng)程應(yīng)保證比系統(tǒng)補(bǔ)水壓力高30 kPa~50 kPa，變頻泵流量應(yīng)為系統(tǒng)水容量的5%~10%。

5）防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高層建筑暖通設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，必須要重點(diǎn)注意建筑加壓送風(fēng)與排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不具備自然排煙條件的封閉樓梯間、防煙樓梯間、獨(dú)立前室、合用前室、消防電梯前室均設(shè)置機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)，火災(zāi)時(shí)啟動(dòng)加壓風(fēng)機(jī)及相應(yīng)風(fēng)口，防止煙氣入侵，實(shí)現(xiàn)人員疏散。

本項(xiàng)目高度＜100 m，加壓送風(fēng)系統(tǒng)不需豎向分段設(shè)置，可采用一套豎向加壓送風(fēng)裝置，加壓送風(fēng)機(jī)設(shè)置于屋頂機(jī)房?jī)?nèi)，在8 層樓梯間及每層獨(dú)立前室、合用前室、消防電梯前室設(shè)置壓力傳感器，控制加壓風(fēng)機(jī)出口處的旁通泄壓閥，調(diào)整余壓值，使樓梯間余壓值維持在50 Pa，獨(dú)立前室、合用前室、消防電梯前室余壓值維持在25 Pa。

排煙系統(tǒng)豎向分段設(shè)置，1 層~10 層為一段，排煙風(fēng)機(jī)設(shè)置于10 層排煙機(jī)房，11 層~21 層為一段，排煙風(fēng)機(jī)設(shè)置于21 層排煙機(jī)房，保證火災(zāi)時(shí)煙氣順利排出。

高層建筑暖通設(shè)計(jì)當(dāng)中常會(huì)受到一些因素的影響或由于人為疏忽而產(chǎn)生不合理的問題，這就需要設(shè)計(jì)人員能夠全面掌握高層建筑項(xiàng)目的實(shí)際情況和具體精確的參數(shù)，才能夠設(shè)計(jì)出優(yōu)質(zhì)的暖通設(shè)計(jì)方案[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前國(guó)家所提倡的生態(tài)文明城市建設(shè)、可持續(xù)發(fā)展理念及節(jié)能降耗理念的推行下，為了能夠?qū)崿F(xiàn)資源與能源的節(jié)約，對(duì)高層建筑的暖通設(shè)計(jì)必須要做到全方位的考慮，充分滿足在用戶實(shí)際需求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，同時(shí)也要融入節(jié)能降耗理念。一方面能夠有效降低成本，而另一方面也能夠提高整體的效率。尤其要注重暖通工程設(shè)計(jì)應(yīng)符合國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如此才能夠有效的利用資源，并設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的高層建筑暖通設(shè)計(jì)方案，這也是新時(shí)期高層建筑節(jié)能的主要設(shè)計(jì)發(fā)展方向。