高層建筑暖通設(shè)計(jì)中的常見問題及對(duì)策分析

陶石華

（廣東中人工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510000）

現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)工作的逐步完善，高層建筑在市場(chǎng)內(nèi)的比例越來越高，而在此過程中，供暖、供電、供水、供氣等設(shè)計(jì)內(nèi)容，是建筑開發(fā)與設(shè)計(jì)施工中必不可少的環(huán)節(jié)，也是高層建筑中耗能最高的結(jié)構(gòu)，市場(chǎng)內(nèi)現(xiàn)有的大部分建筑均存在暖通設(shè)施能耗高、規(guī)范性差等問題[1]。為了解決此方面問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)暖通設(shè)計(jì)的全面優(yōu)化，本文將結(jié)合相關(guān)工作實(shí)施的必要性，從問題與對(duì)策兩個(gè)方面探究暖通設(shè)計(jì)的合理方案。

1 高層建筑暖通設(shè)計(jì)遵循原則

建筑是社會(huì)群體生活與居住的關(guān)鍵場(chǎng)所，隨著高層建筑工程數(shù)量的提升，越來越多的受眾群體對(duì)建筑中的暖通設(shè)計(jì)提出了要求。為了促進(jìn)群體消費(fèi)，提升工程參與方的收益，要求設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑開發(fā)與暖通設(shè)計(jì)時(shí)，需要遵循下述原則[2]。具體內(nèi)容見表1。

表1 高層建筑暖通設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格遵循的原則

除上述提出的原則，還需要遵循環(huán)保性原則與兼容性原則，并在設(shè)計(jì)中，結(jié)合建筑層高與工程對(duì)暖通開發(fā)的需求，進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的規(guī)范化設(shè)計(jì)。以此種方式，確保設(shè)計(jì)的暖通結(jié)構(gòu)與高層建筑開發(fā)保持較高的適配性。

2 基于IDEF0v 方法對(duì)暖通設(shè)計(jì)過程分解

為了滿足高層建筑暖通設(shè)計(jì)需求，對(duì)其設(shè)計(jì)基本步驟進(jìn)行分解，如圖1 所示。

圖1 高層建筑暖通設(shè)計(jì)基本步驟分解

為了避免設(shè)計(jì)過程中不同設(shè)計(jì)步驟之間受到因素的制約，在進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究中，選擇于IDEF0v 方法對(duì)暖通設(shè)計(jì)過程進(jìn)行深入分析。

可以將暖通設(shè)計(jì)過程中的A-0 圖作為頂層圖，根據(jù)設(shè)計(jì)要求與標(biāo)準(zhǔn)，將A-0 圖細(xì)分為A1 圖、A2 圖、A3 圖、…、An 圖，分別對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)中的供暖系統(tǒng)、空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)、防排煙設(shè)計(jì)等[3]。設(shè)計(jì)前，輔助提出的方法，生成一個(gè)針對(duì)暖通設(shè)計(jì)的ICEO 模型，模型中“I”表示為暖通系統(tǒng)自身專業(yè)信息；“C”表示為除自身專業(yè)信息以外的專業(yè)信息；“E”表示為詳細(xì)信息；“O”表示為非設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的詳細(xì)信息。綜合上述分析，對(duì)符合模型的A-0 圖進(jìn)行描述，見圖2。

圖2 暖通設(shè)計(jì)中符合模型的A-0 圖示意圖

將圖2 與ICEO 模型中的相關(guān)信息進(jìn)行對(duì)接，以此種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)暖通設(shè)計(jì)過程的分解。

3 高層建筑暖通設(shè)計(jì)中的常見問題

3.1 暖通空調(diào)設(shè)施選型適用性差

通過本文上述論述內(nèi)容，在引入IDEF0v 方法的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)暖通設(shè)計(jì)整個(gè)過程的細(xì)致劃分，在明確設(shè)計(jì)過程后，對(duì)現(xiàn)有暖通設(shè)計(jì)存在的問題進(jìn)行分析。在對(duì)高層建筑暖通進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于當(dāng)前傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在理念、方式等方面均存在不合理現(xiàn)象，使得在對(duì)暖通空調(diào)設(shè)施選型時(shí)，產(chǎn)生了與預(yù)期效果不相符的現(xiàn)象，此種現(xiàn)象嚴(yán)重影響到暖通空調(diào)設(shè)施整體的適用性[4]。暖通空調(diào)設(shè)施當(dāng)中包含了循環(huán)水泵、膨脹水箱、自動(dòng)排氣閥門、加熱器等結(jié)構(gòu)設(shè)施[5]。其中，膨脹水箱與冷水系統(tǒng)通過連接管直接進(jìn)行連接，并且在連接管線上傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案不設(shè)置閥門結(jié)構(gòu)[6]。同時(shí)膨脹水箱的膨脹管結(jié)構(gòu)與冷凍水系統(tǒng)的底部直接連接，以此確保在使用過程中若改變補(bǔ)水的方式為從上至下，則會(huì)造成暖通空調(diào)設(shè)施整體上部累積的氣體無法有效排出，進(jìn)而使得整個(gè)設(shè)置結(jié)構(gòu)無法正常運(yùn)行。除此之外，在實(shí)際應(yīng)用中，水泵的規(guī)格選擇不正確，將無法滿足實(shí)際暖通流量的需要，進(jìn)而造成循環(huán)水泵流量無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的問題產(chǎn)生。

3.2 暖通供能方式環(huán)保性差

當(dāng)前高層建筑當(dāng)中暖通供能方式存在嚴(yán)重的污染問題，并且無法實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的高效利用，造成大量資源的嚴(yán)重浪費(fèi)[7]。由于當(dāng)前暖通供能的方式不合理，常常會(huì)造成大量能源的消耗，并且也無法達(dá)到理想的供能效果。圖3 為高層建筑現(xiàn)有暖通供能流程圖。

圖3 高層建筑現(xiàn)有暖通供能流程圖

在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，由于暖通供能供能方式的選擇沒有考慮到節(jié)能效果，僅將施工達(dá)標(biāo)作為設(shè)計(jì)目的，沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)外參數(shù)的變化對(duì)功能方式進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)[8]。在一年四季當(dāng)中，只有暖通開機(jī)、關(guān)機(jī)和冬季、夏季兩種供能轉(zhuǎn)換模式，很明顯無法達(dá)到理想的節(jié)能效果，因此環(huán)保效果也十分不理想。

3.3 暖通管道設(shè)計(jì)規(guī)范性差

除上述提出的問題，建筑中暖通設(shè)計(jì)還存在管道設(shè)計(jì)規(guī)范性差的問題，例如，在現(xiàn)有的《建筑采暖通風(fēng)管線設(shè)計(jì)與布置》文件中明確提出了不同類型供暖設(shè)施管線的布設(shè)坡度，但大部分暖通設(shè)施管道在設(shè)計(jì)中均存在水管坡度低于設(shè)計(jì)規(guī)范的問題。同時(shí)，參照文件標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行建筑中暖通散熱裝置設(shè)計(jì)時(shí)，需要單獨(dú)配備一個(gè)立管與支管作為輔助配置，但在進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，建筑市場(chǎng)內(nèi)現(xiàn)有的高層建筑在進(jìn)行輔助散熱配置的集成與安裝時(shí)，都沒有按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，仍在使用雙連接法進(jìn)行此方面工作的配置。這種配置方式下，一旦出現(xiàn)故障或異常，需要技術(shù)人員切斷整體供暖系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，同時(shí)，高層建筑中的其他住戶供暖也會(huì)受到影響與干擾。

4 對(duì)策分析

4.1 設(shè)計(jì)可操作、可調(diào)節(jié)的暖通空調(diào)設(shè)施

針對(duì)上述暖通空調(diào)設(shè)施選型適用性差的問題，結(jié)合暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行需要，在遵循可操作和可調(diào)節(jié)原則的基礎(chǔ)上，對(duì)其基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行選型優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定暖通空調(diào)設(shè)施的基本組成結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

從整體角度出發(fā)，對(duì)暖通空調(diào)設(shè)施的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)性設(shè)計(jì)，按照?qǐng)D4 所示的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)施結(jié)構(gòu)的安全。再從細(xì)節(jié)層面，對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)施進(jìn)行選型優(yōu)化。首先，針對(duì)膨脹水箱連接方式進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)連接管的可調(diào)節(jié)性，確保連接管能夠根據(jù)補(bǔ)水的方向進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。當(dāng)補(bǔ)水方式為從上至下時(shí)，確保連接結(jié)構(gòu)上半部分的風(fēng)機(jī)盤管能夠通過連接管實(shí)現(xiàn)通風(fēng)，從而將內(nèi)部堆積的氣體排除；當(dāng)補(bǔ)水方式為從下至上時(shí)，確保連接結(jié)構(gòu)下半部分能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)水補(bǔ)充，從而確保整個(gè)補(bǔ)水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

圖4 暖通空調(diào)設(shè)施的基本組成結(jié)構(gòu)

在對(duì)暖通空調(diào)設(shè)施當(dāng)中的循環(huán)水泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型時(shí)，為了防止上述問題產(chǎn)生，應(yīng)當(dāng)充分考慮到循環(huán)水泵的可操作性，根據(jù)被輸送的介質(zhì)不同，對(duì)水泵的類型進(jìn)行選擇。常見的循環(huán)水泵包括排污泵、氨水泵、低溫泵、高溫泵等。根據(jù)高層建筑當(dāng)中循環(huán)水泵的安裝位置已經(jīng)需要，對(duì)上述水泵類型進(jìn)行選擇。同時(shí)，根據(jù)具體高層建筑暖通所需的最大流量和最高揚(yáng)程，在加上15%的安全量基礎(chǔ)上，以此數(shù)據(jù)作為循環(huán)水泵的選型標(biāo)準(zhǔn)，即暖通水泵的流量應(yīng)當(dāng)大于1.15 倍的最大流量；暖通水泵的揚(yáng)程應(yīng)當(dāng)大于1.15 倍的最高揚(yáng)程。按照上述論述內(nèi)容，完成對(duì)水泵類型的選擇后，還應(yīng)當(dāng)對(duì)相應(yīng)廠家所提供的暖通設(shè)計(jì)手冊(cè)，對(duì)水泵的大小以及功率進(jìn)行選擇。通常情況下，可根據(jù)“流量——揚(yáng)程”曲線對(duì)水泵進(jìn)行初步選擇，確保水泵在實(shí)際工作環(huán)境當(dāng)中始終處于最高機(jī)械效率的區(qū)域范圍內(nèi)，以此提高水泵運(yùn)行的穩(wěn)定性和節(jié)能性，為暖通空調(diào)設(shè)施整體提供穩(wěn)定運(yùn)行條件。

4.2 改變暖通空調(diào)冷熱源供能方式

針對(duì)上述暖通供能方式環(huán)保性差的問題，對(duì)暖通空調(diào)冷熱源供能方式進(jìn)行改變。由于燃?xì)夂碗娏ω?fù)荷的使用高峰時(shí)期處于不同的季節(jié)當(dāng)中，因此將燃?xì)庾鳛榕照{(diào)的冷熱源能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)城市能源供應(yīng)的平衡。對(duì)于用電緊張的城市，在對(duì)其高層建筑暖通設(shè)計(jì)時(shí)，供電的增容費(fèi)用極高，不僅無法實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的保護(hù)，同時(shí)還會(huì)增加暖通運(yùn)行成本。但燃?xì)獠粌H具有更高的熱值，還是十分理想的清潔型能源，在降低暖通運(yùn)行成本的同時(shí)，促進(jìn)高層建筑綠色建設(shè)與發(fā)展。

在確定冷熱源的供能材料后，還需要對(duì)供能的具體方式進(jìn)行選擇，表2 為多種冷熱源功能設(shè)備的能效COP 比較表。

表2 多種冷熱源功能設(shè)備的能效COP 比較表

從表2 中的數(shù)據(jù)可以看出，整體而言熱泵的能效更優(yōu)，根據(jù)上述論述將燃?xì)馀c熱泵相結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)燃?xì)怛?qū)動(dòng)的熱泵結(jié)構(gòu)，同時(shí)在對(duì)制冷壓縮裝置進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能選擇螺桿式結(jié)構(gòu)。由于燃?xì)鈾C(jī)在使用的過程中具有對(duì)廢熱二次利用的功能，在制冷的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)余熱的同時(shí)供應(yīng)。

除此之外，在實(shí)現(xiàn)冷熱源供能的過程中，還可以在暖通設(shè)計(jì)中引入燃?xì)庵比夹臀帐嚼錈崴畽C(jī)組設(shè)備，該設(shè)備隨著應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，COP 已經(jīng)從最初的1.1 逐步提升到1.5～1.6，能夠在實(shí)現(xiàn)與電制冷相同的供能效果基礎(chǔ)上，節(jié)約能源的消耗，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)供能的環(huán)保性。

結(jié)束語

暖通設(shè)計(jì)是高層建筑設(shè)計(jì)、施工與開發(fā)中必不可少的環(huán)節(jié)，為了提高暖通設(shè)計(jì)的合理性，本文以建筑市場(chǎng)內(nèi)的高層結(jié)構(gòu)建筑為例，對(duì)此類建筑暖通設(shè)計(jì)需要遵循的原則、暖通可持續(xù)設(shè)計(jì)的必要性展開研究，并從對(duì)應(yīng)方面提出了針對(duì)暖通設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案。希望通過此次的研究，可以解決我國高層建筑在市場(chǎng)中存在的耗能高、可持續(xù)發(fā)展能力弱等問題。并希望此次課題的研究能夠引起地方與有關(guān)單位對(duì)建筑工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)注度，以此種方式，提高建筑行業(yè)在市場(chǎng)內(nèi)發(fā)展的可持續(xù)能力。

在后續(xù)的研究中，可以根據(jù)我國現(xiàn)有的暖通優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)中暖通設(shè)施設(shè)計(jì)的進(jìn)一步優(yōu)化，以此種方式，抓住市場(chǎng)發(fā)展機(jī)遇，從多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)對(duì)社會(huì)可再生能源使用率的提升，為現(xiàn)代化背景下的行業(yè)發(fā)展提供正確的指示方向。