高层建筑暖通空调设计探究

摘要：随着我国经济的不断发展，同时为提高土地资源利用效率，人们对高层建筑有着越来越高的需求，暖通空调作为高层建筑的重要组成部分，也应受到越来越多的重视，在设计阶段要进行全方位的考虑，要能够保证施工的便利、安全；建筑物的美观性；更重要的是为人们提供一个舒适的室内环境。

关键词：高层建筑；暖通空调；设计

中图分类号： TU208 文献标识码： A

随着我国城市化进程的深入，越来越多的高层建筑拔地而起，综合大楼、医院、公寓等各种类型的高层建筑遍布城市，许多高层建筑作为现代化生活工作娱乐场所，对其内部环境设施提出了更高的要求，暖通空调成了高层建筑的必备设施，因此，要不断完善暖通空调的设计安装技术，提高高层建筑利用效率。

一、暖通空调系统的类型

暖通空调有很多种类型，但万变不离其宗，基本原理大致相同。常见的有以下几种：全空气系统、空气一水系统和全水系统。全空气系统：这类系统基本是靠风来推动的，包括加热、制冷等都靠风来满足。空气 - 水系统：这类系统通常是用冷水带走空调空间的大多数显热负荷，而用空气提供通风以保证空气质量并带走由于空间的潜热负荷造成的湿气，当然空气也提供一些额外的显热冷却。全水系统：这类系统具有组合通风装置，重力循环系统，空气通过通风口渗入。不同类型的空调有其自身的特点，适用于不同的环境之中。

二、方案设计要统筹解决设计中的问题

暖通空调的设计问题是一个方向性、全局性的问题，它直接影响到高层建筑的室内环境，而且决定着建筑的成本、美观、使用效率，同时影响到周围建筑物的使用，如果方案设计不合理，会造成很大损失。

（一）可靠性与可行性

暖通空调设计方案要解决的首要问题是高层建筑的通风供暖问题。对于温湿度等参数要求较高或比较特殊的工艺性暖通空调设计项目，应对设计方案进行全年工况分析，以确保其在全年各种室外气象条件下的适应性。在某些特殊情况下，无法使用标准化设备，对于使用的非标准化设备必须做出详细的，合理可行的参数要求。在有些高层建筑中，建筑面积和可用空间相对有限，因此在暖通空调的设计中要考虑到使用空间的问题。

（二）经济性比较

经济性比较是高层建筑暖通空调方案比较中考虑最多的一个问题。由于同一种设备的生产厂家价格不同，因此在不同方案经济性计算比较时各种设备的价格应采用平均价格。运行能耗和运行费用是暖通空调设计方案技术经济性比较必须考虑的重要参数。运行能耗应计算暖通空调主机(锅炉和制冷机等)和其他辅助设备（如风机和水泵等）的能耗。计算时必须考虑在全年季节变化的情况下，建筑物实际负荷的变化，以及设备非标准状态下的效率。高层办公楼、教学楼、写字楼等建筑物能耗比较时，考虑暖通空调设备运行时间应扣除停机时间，不同地区、不同时期、不同时段各种能源的价格可能不同。由于影响因素和不确定因素较多，如何准确地计算建筑物暖通空调设备全年的实际能耗和运行费用，目前仍然是一个没有完全解决的技术难题。

（三）调节性与操作性

暖通空调系统的容量是根据全年中最坏的天气条件为准确定的，以保证其能够承受最恶劣的环境，有较大的灵活性。调节性能好的系统方案，一次性投资较高但同时却有运行能耗较小的优点，在经济性分析时应综合考虑衡量。此外，空调系统在操作管理上是否方便可行，与其是否采用自动控制有较大关系，因此在设计的时候，要综合考虑各方面的实际情况，选择最优方案。采用自动控制的空调系统，能够减少管理人员数量，减轻其劳动强度，降低人工成本，但相对的对管理人员的技术水平要求较高。

三、高层建筑暖通空调系统设计中应注意的问题

（一）空调循环水泵的选型问题

我国目前的暖通空调系统中的循环水泵的容量普遍过大，基本是实际需要的两倍，到这投资及运行成本的大大增加，主要原因包括：①没能够很好地根据气象变化情况总结出空调冷负荷的需求，导致设计冷负荷偏大；②对系统循环阻力的计算不够精确；③对净水压力的计算不够准确；④对水力平衡的计算不准确。在选择空调循环水泵时，要综合考虑各方面实际情况，进行精确计算，得出最优结果。

（二）供暖方面

高层暖通空调的采暖系统，应该在供水主干管道上设置温度计，建筑物只设采暖系统时，可按单位建筑面积热指标进行计算，参考值如下：住宅40~60KCal/m2・h，宾馆客房60~80KCal/m2・h；商场55~75KCal/m2・h；餐厅100~120KCal/m2・h；体育馆、大会堂100~140KCal/m2・h；舞厅、卡拉OK厅80~100KCal/m2・h。空气调节建筑物冬季的热负荷，可按上述指标，再乘以空调系统冬季室外新风的加热系数1.3~1.5进行估算。此外，还要有压力表以随时检测供热情况，保证温度同时保证安全。这就要求设计人员在设计时，不仅要考虑室内供暖系统的合理性，又要考虑室外管线衔接的合理性，不能顾此失彼。规范规定楼梯间或其他有冻结危险的场所，散热器应由独立的立支管供热，且不得装设调节阀。在高层建筑中，设计时要考虑到系统供水能力，供热能力，管道能够承受的压强，热度等一系列问题，保证供暖同时保证安全。

（三）空调通风方面

对于空调的冷负荷指标，国家都有明确的规定，例如旅馆为94w/m2～163w/m2，商场类建筑为210w/m2～240w/m2。但实际设计时，通常有两方面问题使空调容量偏大：一是在设计中过分的考虑各类安全指标，致使单位空调面积的制冷机装机容量大比手册中冷负荷概算偏大，远大于实际运行中单位空调面积峰值冷量，空调冷负荷估算时,可以把建筑物视为一个大空间,以护结构和室内人数两部分为基础,按各朝向计算其冷负荷再加上室内人员近100千卡/时,计算全部人员散热量,然后将所得冷量乘新风系数1.5,即是建筑物估算的总冷负荷,其计算公式如下:Q=(Qw+100n)乘以1.5千卡/时；式中：Q：建筑物空调系统总冷负荷(千卡时)；Qw：整个建筑物护结构的总冷负荷(千卡/时)；n：建筑物内总人数（人）；二是设计人员对空调冷负荷指标的不精确的估计，使得制冷机装机容量普遍偏大，也明显造成初投资的大量浪费，甚至影响部分负荷下的冷机效率。空调系统的通风量，一般可按系统的总冷负荷值的1/5~1/4考虑。在选择冷冻水泵时，有时忽视了冬、夏季之间存在的流量差异，如某工程夏季空调需要7℃/12℃冷冻水的循环流量是 400 m3/h，而冬季所需 50℃/60℃热水循环量为 200 m3/h，夏季冷冻水循环量要比冬季热水循环量大很多，因此冬夏季采用一台水泵显然是不合理的，应分别设置。

（四）暖通空调定流量系统和变流量系统的水力平衡

（1）定流量系统只存在静态水力失调，基本不存在动态水力失调。定流量系统是指系统中不存在任何动态阀门，系统在调试完成后阀门开度无需做任何变动，系统各处流量始终保持恒定。定流量系统主要适用于末端设备无需通过流量进行调节的系统。末端风机盘管采用三速开关调节风速、空气箱采用变风量调节温度的空调系统。定流量系统只存在静态水力失调，不存在动态水力失调，因此只需在相关部门安装静态水力平衡阀。

（2）变流量系统一般既存在静态水力失调，也存在动态水力失调。变流量水力系统在运行过程中各分支环路的流量是随着外界环境负荷的变化而变化的。由于暖通空调工程在一年运行的大部分时间均处在部分负荷运行状态，因此这种系统大部分时间系统流量都低于设计流量，因此这种系统是实时、节能的。变流量系统必须选择相应的水力平衡设备来实现系统的水力平衡，具体地说就是既要安装静态水力平衡阀门，又要选择合理的动态水力平衡设备。

结语：高层建筑的暖通空调系统相对于较低层建筑再设计、施工方面面临更多的困难。暖通空调设计方案的选择关系到工程的成本及效益问题，在高层建筑中，暖通空调涉及范围广，占用面积大，本身就会加大投资成本，牵一发而动全身，因此必须谨慎对待暖通空调设计方案的每一个细节，全方面考虑各方面因素，寻求以最小的投入换取最大化的效用。

参考文献：[1]李娥飞.暖通空调设计通病分析手册[K].北京：中国建筑工业出版社,2004.

[2]李竹光.暖通空调规范实施手册[K].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[3]华东建筑设计研究院.高层公共建筑空调设计实例[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[4]GB50019-2003 采暖通风与空气调节设计规范[S]