關(guān)于超高層建筑暖通設(shè)計的重點與難點探討

熊珈續(xù)

【摘要】在建筑行業(yè)不斷發(fā)展的今天，超高層建筑相比傳統(tǒng)建筑模式，無論是內(nèi)部結(jié)構(gòu)還是施工難度都提出了更高水平需求，尤其是暖通系統(tǒng)的方案設(shè)計難度同樣不斷提升，因此，技術(shù)人員應(yīng)該重視和關(guān)注暖通系統(tǒng)方案設(shè)計合理性和適用性，確保建筑內(nèi)部生活與生產(chǎn)的舒適程度。本文簡要闡述超高層建筑暖通設(shè)計概論，并且在此基礎(chǔ)上結(jié)合超高層建筑暖通設(shè)計原則、設(shè)計特點等方面，根據(jù)南昌市實際建筑案例，詳細討論設(shè)計的重點與難點。

【關(guān)鍵詞】超高層建筑;暖通設(shè)計;設(shè)計原則;設(shè)計特點

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.13.051

引言：

為了更好滿足現(xiàn)代化時代發(fā)展需求，超高層建筑逐漸成了建筑行業(yè)施工主要模式，但是與傳統(tǒng)建筑模式相比較，超高層建筑施工模式以及暖通方案設(shè)計更加趨于復(fù)雜化，并且項目施工難度系數(shù)更高。超高層建筑后續(xù)應(yīng)用環(huán)節(jié)上，暖通系統(tǒng)起到了重要作用，該系統(tǒng)施工質(zhì)量水平不僅直接影響室內(nèi)舒適程度，一定程度上還關(guān)系到建筑質(zhì)量。

1、超高層建筑暖通設(shè)計概論

在超高層建筑開展方案設(shè)計時，所謂的暖通設(shè)計主要指的是配合建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)，將建筑內(nèi)部溫度環(huán)境以及消防進行科學(xué)、合理的設(shè)置調(diào)整，從而構(gòu)建出適應(yīng)人體生存的基礎(chǔ)環(huán)境。

對于超高層建筑項目來說，暖通方案設(shè)計另外一個重點則是建筑通風(fēng)性能，而建筑工程通過通風(fēng)設(shè)計可以有效完成建筑內(nèi)部與外部之間的空氣交換，積極引進新鮮的空氣，增強建筑內(nèi)部空氣環(huán)境質(zhì)量。由此可見，超高層建筑施工過程中，內(nèi)部暖通設(shè)計直接影響社會大眾居住的安全性和舒適性，因此，應(yīng)該不斷提升超高層建筑空調(diào)設(shè)計層次。但是近幾年我國雖然在暖通設(shè)計上具備一定發(fā)展前景，但是方案實施過程中仍然存在著問題和不足，比如：暖通設(shè)備噪聲問題以及空間設(shè)計等[1]。

建筑工程施工環(huán)節(jié)上，暖通設(shè)計水平直接關(guān)系社會大眾在生活、生產(chǎn)環(huán)境，針對此種施工現(xiàn)狀，暖通開展方案設(shè)計時需要借助高水平技術(shù)作為技術(shù)支持，并且暖通管理部門應(yīng)該充分了解工程施工情況以及操作技術(shù)，從根本上增強暖通工程施工水平。

在現(xiàn)代化社會發(fā)展和進步背景下，可持續(xù)發(fā)展理念的提出使社會大眾對于建筑施工合理性、資源使用環(huán)保性提出了更高的要求，想要構(gòu)建出具備現(xiàn)代化理念的暖通方案設(shè)計，不僅應(yīng)該最大程度增強暖通施工和建筑質(zhì)量水平，一定程度上還應(yīng)該科學(xué)、合理的使用專業(yè)技術(shù)，從而不斷減少建筑能源的基礎(chǔ)消耗，設(shè)計出適合時代的暖通施工模式。

2、超高層建筑暖通設(shè)計原則

2.1安全性

超高層建筑實際開展暖通設(shè)計時，首先需要嚴格按照安全性施工原則，技術(shù)人員實際開展方案設(shè)計和暖通區(qū)域規(guī)劃之前，需要針對超高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)圖紙深入了解，以此作為基礎(chǔ)條件進行項目分析，在充分掌握工程內(nèi)部消防管道、電力系統(tǒng)以及信息通信線路的實際情況之后才能開展暖通設(shè)計，防止暖通管道與其他工程產(chǎn)生矛盾和交叉問題，阻礙后續(xù)工程正常開展。

同時暖通系統(tǒng)設(shè)計過程中還需要充分考慮后續(xù)使用和日常維護環(huán)節(jié)上是否具有安全風(fēng)險和故障隱患，對此，應(yīng)該針對暖通整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)情況開展安全性評定，結(jié)合現(xiàn)有的暖通設(shè)計方案采用可行的應(yīng)對方式，提升系統(tǒng)運行安全參數(shù)。由于超高層建筑暖通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅要強化暖通運行的動力運轉(zhuǎn)區(qū)域，同樣要科學(xué)設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)和預(yù)警系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)條件上實現(xiàn)安全處理，強化信息監(jiān)測和系統(tǒng)監(jiān)控功能，幫助后續(xù)維護時能夠及時發(fā)現(xiàn)問題[2]。

2.2經(jīng)濟性

超高層建筑在施工過程中，暖通設(shè)計是影響建筑質(zhì)量的重要構(gòu)成環(huán)節(jié)，因此其方案設(shè)計是否科學(xué)、合理直接對項目經(jīng)濟收益造成了影響。想要在超高層建筑工程施工環(huán)節(jié)上，使用最小的經(jīng)濟獲得最佳的建筑效果，技術(shù)人員開展方案設(shè)計時應(yīng)該不斷強化對超高層建筑施工模式的詳細觀察，從而制定出可行的施工方案，最大程度節(jié)省經(jīng)濟成本。同時，暖通開展方案設(shè)計時，還要根據(jù)超高層建筑自身情況選擇適合的暖通設(shè)備，并強化對設(shè)備采購環(huán)節(jié)質(zhì)量控制，確保暖通設(shè)備以及系統(tǒng)管道可以滿足超高層對室內(nèi)溫度基礎(chǔ)要求。

2.3節(jié)能性

隨著可持續(xù)化環(huán)保政策在全國范圍內(nèi)推廣和宣傳，無論是建筑企業(yè)還是社會大眾對能源節(jié)約和環(huán)境保護問題開始重視，因此，超高層建筑實際開展暖通方案設(shè)計時，同樣要將節(jié)能性作為設(shè)計重要原則之一，積極引進先進的管理思維和環(huán)保意識，有效控制和管理暖通設(shè)備和管道的廢氣、廢物以及廢水的排放處理，最大限度防止暖通系統(tǒng)破壞自然環(huán)境[3]。針對此種施工需求，技術(shù)人員要采用科學(xué)、合理的設(shè)計廢棄物的排放和處理結(jié)構(gòu)體系，保證排放物質(zhì)達到國家處理標準之后才能排放至自然環(huán)境中。

3、超高層建筑暖通設(shè)計特點

現(xiàn)代化暖通系統(tǒng)實際在建設(shè)、設(shè)計以及施工過程中，想要保證正常運轉(zhuǎn)，變頻技術(shù)成為暖通系統(tǒng)設(shè)計重點內(nèi)容，利用變頻技術(shù)，不僅能夠有效彌補暖通設(shè)備生產(chǎn)時可能產(chǎn)生的問題，還可以降低系統(tǒng)運行的能源損耗，從根本上減少系統(tǒng)運行經(jīng)濟成本。通常情況下，超高層建筑工程的暖通系統(tǒng)為了保證能夠正常運轉(zhuǎn)，僅僅按照預(yù)先設(shè)計的標準功率和操作模式運轉(zhuǎn)，但是如果設(shè)備基礎(chǔ)負荷較低，在此種環(huán)境下，系統(tǒng)仍然以標準功率運行必然會產(chǎn)生能源過度使用和浪費。為此根據(jù)暖通設(shè)備使用現(xiàn)狀應(yīng)用變頻技術(shù)，一定程度上可以實現(xiàn)暖通系統(tǒng)和設(shè)備隨著實際輸出功率進行有效調(diào)整和控制，從而發(fā)揮出變頻技術(shù)節(jié)能性特點。

同時，暖通系統(tǒng)還需要結(jié)合設(shè)備實際符合情況調(diào)整輸出風(fēng)量，從而完成節(jié)能減排發(fā)展目標。而系統(tǒng)中的風(fēng)量控制區(qū)域想要順利運行，主要利用暖通設(shè)備終端裝置完成對室內(nèi)溫度負荷的補償制度，全面完善輸出風(fēng)量的監(jiān)控，讓室內(nèi)始終保證適合人體生活、生產(chǎn)的溫度。而變頻系統(tǒng)中的變水量功能在實際運轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)上，主要通過有效控制水量控制室內(nèi)溫度條件，為此該技術(shù)模式相比傳統(tǒng)定量控制模式來說能更加節(jié)省電力能源。

隨著我國工業(yè)不斷發(fā)展，暖通系統(tǒng)專用的變頻設(shè)備和系統(tǒng)得到了全面推廣和宣傳，該設(shè)備利用自身技術(shù)優(yōu)勢和設(shè)備特點不斷調(diào)節(jié)輸出風(fēng)量，完成與暖通設(shè)備運行模式相互匹配，發(fā)揮出良好的節(jié)能效果。而在日常生活中，暖通系統(tǒng)同樣出現(xiàn)在生活的各個角落，目前越來越多的建筑結(jié)構(gòu)和公共環(huán)境開始使用暖通系統(tǒng)，以此保證環(huán)境的舒適程度，為此暖通設(shè)備以及設(shè)計方案受到了建筑企業(yè)的重視和推崇[4]。E25030CA-B760-4F99-B7D0-08DEC667473C

4、實際案例

某超高層酒店坐落于南昌市紅谷灘區(qū)域，該建筑項目主要由兩個部分構(gòu)成，分別構(gòu)建出獨立的兩個超高層建筑，每個建筑物總體面積超過10萬平方米，其中B2塔超高層建筑主要為辦公區(qū)域，而B1塔超高層建筑建筑功能包含辦公、商業(yè)以及酒店等方面，由于超高層建筑暖通系統(tǒng)需要各自獨立設(shè)置，所以需要根據(jù)建筑實際情況選擇適合的暖通系統(tǒng)和設(shè)備。筆者僅參與B2塔設(shè)計，詳述B2塔相關(guān)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計。

B2塔超高層建筑建筑總體高度為249.5m，地下3層，地上57層，其中11、23、35、47層為避難層。為此暖通系統(tǒng)實際開展區(qū)域劃分和設(shè)置時，夏季供冷源頭主要由地下3層制冷機房提供，冬季供熱源頭主要由地下2層的鍋爐房提供，同時按照每一個供冷供熱區(qū)域高度不能超過100米進行詳細分析，超高層建筑工程需要將整個系統(tǒng)劃分為高區(qū)域和中區(qū)域及低區(qū)域三個管理區(qū)域，其中1-23層作為低區(qū)控制系統(tǒng)，24-40層作為中區(qū)控制系統(tǒng)，41-57層作為中區(qū)控制系統(tǒng)，總體控制面積為82694平方米。

空調(diào)夏季集中冷源為設(shè)于地下三層的三臺離心式冷水機組與一臺螺桿式冷水機組，冷凍水供回水溫度為6℃/12℃，與離心式冷水機組配合使用的冷凍水泵和冷卻水泵各四臺，分別為三用一備。與螺桿式冷水機組配合使用的冷凍水泵和冷卻水泵各二臺，為一用一備?？照{(diào)熱源由設(shè)于地下二層的鍋爐房提供，選用三臺真空熱水鍋爐，空調(diào)末端供回水溫度為60℃/50℃。熱水系統(tǒng)設(shè)有一次與二次熱水循環(huán)泵。商業(yè)部分空調(diào)熱源與辦公熱源共用一個鍋爐房，選用兩臺真空熱水鍋爐，空調(diào)末端供回水溫度為60℃/50℃。

空調(diào)冷熱水系統(tǒng)為兩管制，冷水采用一次泵變流量系統(tǒng)，共設(shè)置兩個回路分別供辦公低區(qū)及23層避難層換熱機房。低區(qū)冷凍水供回水溫度為6℃/12℃，23層以上空調(diào)末端由避難層換熱機房供水，二次換熱后供回水溫度為7℃/13℃?？照{(diào)冷水系統(tǒng)一次泵與二次泵均變流量運行。低區(qū)空調(diào)熱水供回水溫度為60℃/50℃，供給23層避難層機房換熱器的進出水溫度為85℃/60℃，23層以上空調(diào)末端空調(diào)熱水供回水溫度為60℃/50℃，空調(diào)熱水系統(tǒng)一次泵與二次泵均變流量運行。

空調(diào)冷熱水系統(tǒng)的膨脹水箱設(shè)置于24層專用房間內(nèi)，高出地面1.2m，水箱液面高度為1m，液面相對標高為102.2m;中區(qū)及高區(qū)系統(tǒng)分別采用兩臺2160KW容量的板式換熱器和三臺變頻冷凍水泵，設(shè)置于23層換熱機房內(nèi)，相對標高為96.7m，中區(qū)空調(diào)冷熱水系統(tǒng)的膨脹水箱設(shè)置于41F，高區(qū)空調(diào)冷熱水系統(tǒng)的膨脹水箱設(shè)置于屋面.上，高出屋面地面1.2mm，水箱液面高度為1m，液面相對標高為242.4m。

暖通工程方案設(shè)計過程中，還應(yīng)該根據(jù)施工地區(qū)的自然條件和氣候制定出合理的設(shè)備應(yīng)用方案，并且詳細考慮節(jié)能性和環(huán)保性等基礎(chǔ)原則，將其充分與建筑施工環(huán)節(jié)相互結(jié)合，全面展現(xiàn)出方案設(shè)計合理性、能源節(jié)約性和居住舒適性等方面。為此綜合各個方面進行詳細考慮，本次暖通的冷源頭使用離心式及螺桿式冷水機組，熱源頭使用真空熱水鍋爐?？照{(diào)季辦公及會議室采用帶熱回收的新風(fēng)機，而在過渡季節(jié)暖通系統(tǒng)應(yīng)該充分利用全新風(fēng)，滿足辦公機構(gòu)建筑工程對于室內(nèi)通風(fēng)和換氣質(zhì)量要求，實現(xiàn)節(jié)能與環(huán)保施工效果。

5、超高層建筑暖通設(shè)計難點

5.1設(shè)計難點

5.1.1溫度參數(shù)

一般情況下，對于超高層建筑暖通系統(tǒng)設(shè)計來說，暖通工程施工作用主要體現(xiàn)在空調(diào)季節(jié)，但是根據(jù)目前工程施工現(xiàn)狀詳細分析，溫度參數(shù)的設(shè)定會受到多種因素的影響和作用，特別在沒有充分了解不同區(qū)域功能條件下開展暖通系統(tǒng)設(shè)計，直接影響能源使用效果，加上我國地域十分遼闊，導(dǎo)致不同地區(qū)的自然氣候十分復(fù)雜，城市之間的自然氣候差異性較大，此種模式導(dǎo)致方案設(shè)計人員實際開展暖通系統(tǒng)建設(shè)時無法準確地設(shè)計參數(shù)，如果不能確保溫度參數(shù)設(shè)定的可行性，那么計算熱量損耗趨勢時不能確保計算結(jié)果的準確率。

除此之外，實際開展暖通方案設(shè)計時還應(yīng)該充分考慮周邊環(huán)境因素變化帶來的影響，比如：暖通設(shè)計應(yīng)該充分考慮冬季供暖時的影響因素，尤其是室內(nèi)各個區(qū)域的門窗位置由于受到冷空氣的影響，所以調(diào)整室內(nèi)溫度參數(shù)過程中，需要重點關(guān)注[5]。

5.1.2冷水箱設(shè)計

冷水箱在方案設(shè)計時作為重要的暖通系統(tǒng)環(huán)節(jié)，該設(shè)備具有十分重要地位，所以系統(tǒng)特殊性同樣導(dǎo)致設(shè)計各個環(huán)節(jié)一旦產(chǎn)生了問題或者不足，則會極大地影響暖通工程基礎(chǔ)使用性能，嚴重甚至?xí)斐刹糠衷O(shè)備損壞。目前常見由于冷水箱導(dǎo)致暖通系統(tǒng)問題主要十分復(fù)雜，主要表現(xiàn)在不能充分考慮設(shè)備在正常運轉(zhuǎn)時水箱的最小淹沒深度，或者在暖通系統(tǒng)日常使用過程中，冷水箱內(nèi)部循環(huán)泵不能始終保證正常的工作效果等方面，以上影響因素都會對冷水箱的實際工作狀態(tài)造成不良作用和影響，增加無效能源損耗，不利于暖通工程可持續(xù)發(fā)展政策的全面開展[6]。

5.2經(jīng)濟難點

經(jīng)濟價值與設(shè)計性價比也是在暖通設(shè)計過程中除了需要重視設(shè)計難點，同樣應(yīng)該重視經(jīng)濟難點。

第一，計算機系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)上，所產(chǎn)生的負荷數(shù)量不能結(jié)合實際系統(tǒng)運轉(zhuǎn)情況，僅僅將基礎(chǔ)理論教育知識與理想狀態(tài)相互結(jié)合，利用計算機設(shè)計出可行的暖通方案，然而系統(tǒng)實際設(shè)計環(huán)節(jié)上，大多數(shù)技術(shù)人員僅僅按照片面的理論結(jié)構(gòu)，方案設(shè)計中暖通主要設(shè)備容量過小或者過大，導(dǎo)致嚴重的能源浪費和損失。

第二，暖通系統(tǒng)選擇設(shè)備時，不能充分了解市場信息，產(chǎn)生此種問題主要原因是技術(shù)人員開展方案設(shè)計之前不能提前針對暖通工程建設(shè)區(qū)域的能源儲存模式深入了解，比如：能源價格、水文條件以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)等，極大地阻礙了方案設(shè)計效果和質(zhì)量水平。

第三，現(xiàn)階段大多數(shù)暖通工程施工時間和周期相對較短，使施工企業(yè)為了獲得更多的經(jīng)濟效果，無法將設(shè)計方案所產(chǎn)生的經(jīng)濟支出相對比較，此種設(shè)計條件下工程經(jīng)濟成本必然會提高，嚴重甚至出現(xiàn)了多次重復(fù)資金支出，由于暖通工程無論是設(shè)計環(huán)節(jié)還是施工環(huán)節(jié)都需要大量的人力資源和物力資源相互配合，才能滿足設(shè)計與預(yù)期效果相互符合。如果暖通工程在設(shè)計環(huán)節(jié)上缺少應(yīng)有的科學(xué)性與合理性，則無法充分展現(xiàn)出暖通效果。E25030CA-B760-4F99-B7D0-08DEC667473C

6、超高層建筑暖通設(shè)計重點

6.1管線設(shè)計重點

由于超高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的管道和聯(lián)通線路十分復(fù)雜，所以暖通設(shè)備和系統(tǒng)管道在設(shè)計和安裝時，比如：排水管道、通風(fēng)管道和電線管道等需要根據(jù)超高層建筑施工實際情況合理規(guī)劃。而方案設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)則是各種管道線路的合理配置，防止管道之間相互交叉，從根本上避免各個管道之間產(chǎn)生不良影響。其中如果在某個空間產(chǎn)生了管道和線路太多等情況，為了有效防止管道之間的較差問題，應(yīng)該從超高層建筑整體結(jié)構(gòu)綜合考慮管道線路，并且合理安排管道實際位置。

6.2分區(qū)設(shè)計重點

暖通系統(tǒng)實際開展方案設(shè)計時，需要按照工作功能的不同將暖通系統(tǒng)實施區(qū)域進行詳細劃分，由于超高層建筑實施過程中，樓層高度越大暖通系統(tǒng)所承擔(dān)的水靜態(tài)壓力則越大，因此如果不斷提升設(shè)備的抗壓性能則會增加超高層建筑施工經(jīng)濟成本。而本商業(yè)機構(gòu)建筑工程主要將暖通系統(tǒng)劃分為高等、中級以及低級三個施工區(qū)域，其中低級暖通系統(tǒng)所使用設(shè)備需要承擔(dān)的壓力為1.6MPa，中級以及高等施工區(qū)域所搭配的暖通系統(tǒng)設(shè)備所承擔(dān)的壓力為1.8MPa，為此經(jīng)過平均計算之后，暖通系統(tǒng)全部設(shè)備和管道線路在工作狀態(tài)下所承擔(dān)的壓力一般在2.0MPa以下。

為了系統(tǒng)能夠更好地控制高級暖通系統(tǒng)的水資源供應(yīng)溫度，本超高層建筑項目需要在23層高度設(shè)置換熱設(shè)備和操作系統(tǒng)，保證設(shè)備的冷凍水直接由制冷設(shè)備所提供。此種設(shè)計方案有效防止中等區(qū)域換熱設(shè)備的重復(fù)供水作為高等區(qū)域換熱設(shè)備的一次供水，不僅確保高等區(qū)域暖通系統(tǒng)水溫，還降低了冷水設(shè)備機組的故障產(chǎn)生機率。

6.3水系統(tǒng)設(shè)計重點

水系統(tǒng)實際開展方案設(shè)計時，需要根據(jù)供水、回水的基礎(chǔ)流量以及水溫等情況針對暖通自動控制系統(tǒng)基礎(chǔ)負荷進行詳細計算，最終明確冷水機組、暖通水泵運行數(shù)量以及冷水機組蒸發(fā)水管的開啟條件，經(jīng)過詳細觀察，暖通系統(tǒng)方案設(shè)計想要有效開展，需要將冷水機組、水泵的基礎(chǔ)運行時間調(diào)整至標準范圍內(nèi)，并且將系統(tǒng)主機和冷水機組的蒸發(fā)區(qū)域與水管線路開關(guān)相互連接，保證系統(tǒng)自動控制時，一旦管道內(nèi)部水流量降低至最小，主機能夠自動停止運轉(zhuǎn)。

結(jié)語：

由此可見，近幾年，城市化發(fā)展被快速推進，為了緩解城市居民居住問題，超高層建筑數(shù)量逐漸增加，此種建筑施工現(xiàn)狀意味著我國城市化建設(shè)開始向現(xiàn)代化方向進步。而在超高層施工技術(shù)穩(wěn)定進步背景下，暖通系統(tǒng)方案設(shè)計同樣得到了前所未有的機遇。

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