高层建筑暖通设计创新研究

曾曦

（贵州省建筑设计研究院贵州贵阳　550001）

高层建筑暖通设计创新研究

曾曦

（贵州省建筑设计研究院贵州贵阳550001）

主要讨论了高层建筑暖通设计创新的方法，以求为未来高层建筑暖通设计提供理论支撑。先简单分析了当前高层建筑暖通设计中存在的几点问题，包括概念混淆、系统设计不合理等；再结合实际工程案例，以空调系统设计为切入点，对建筑暖通设计具体方法进行讨论。空调系统设计是高层建筑暖通设计中的主要组成部分，其设计质量对整个建筑的暖通系统运行能力产生重要影响。总体而言，在开展高层建筑暖通设计中，需要根据暖通系统运行要求，采取具有针对性的设计质量控制方法，以求设计措施具有良好的操作性。

高层建筑；暖通设计；创新

随着我国城市化建设速度不断加快，高层建筑作为城市化建设中的代表性建筑，其综合设计水平已经得到社会的广泛关注。同时，当前人们生活水平不断提高，居民希望进一步提高自身生活质量，这就要求在高层建筑设计中，需要充分认识到居民的基本要求，以行之有效的方法满足居民的需求。暖通系统设计是建筑设计中的重要组成部分，其设计质量对建筑业整体功能产生重要影响，但从当前暖通设计过程来看，其中存在多方面问题，对暖通系统质量产生影响。因此，需要进一步加强对高层建筑暖通系统的讨论，进一步提高建筑性能。

1　高层建筑暖通设计中的常见问题

1.1设计概念混淆

对高层建筑暖通设计而言，其是一项复杂而严谨的系统性工作，在工作中需要注意不同概念，并做好计算。但在高层建筑暖通设计中，少数设计人员出现设计概念混淆的问题，主要表现在：①混淆概念用途，将防烟分区的排风量计算与排烟风机的计算量混淆，导致排烟风机整体风量减小，难以满足防火要求。②计算流程控制中存在缺陷。误将防烟楼梯间的前室送风口的风量确定为前室的总加压送风量和建筑物的层数比值，导致风口风量偏小。

1.2系统设计不合理

总所周知，在暖通系统设计中，需要综合考虑排烟系统、采暖系统与排风系统等系统的质量控制要求，任何系统的设计质量问题都会增加施工隐患。以采暖系统设计为例，一般在设计过程中，部分设计人员会以一条主要管道引进的方法，再通过若干环路完成采暖控制。而少数设计人员在设计中，未在分环上设置阀门，增加了日后维修难度等。

2　高层建筑暖通空调设计

以实际案例入手，分析该案例中暖通空调设计的基本方法与思路。

该建筑位于我国南方某城市，建筑总面积约为103679m2，总高度为99.68m。其中地下1～2层为库房、车库，地上1～4层为商业区，5～22层为办公区。

2.1负荷计算

2.1.1负荷组成

一般在空调区设计中其负荷主要分为围护结构传热所形成的负荷、透过玻璃时日射所形成的负荷等。在分析之前，结合标准的负荷计算方法，计算标准情况下的负荷值。结果发现，办公楼的最大负荷值为26.22kW，而商业区负荷最大值为2819.8kW。

2.1.2负荷分析

考虑到建筑的功能要求与实际空调区设计要求，室内热源的变化也会导致负荷的变化，最终导致系统设计的外部环境发生变化。因此，需要正确认识到不同负荷因素所产生的影响。

（1）室温影响

办公楼室内平均温度为24℃，而商业的室内平均温度为22℃，其中存在2℃的温度差。假设其他外部条件不改变，单方面将办公楼室内温度下降2℃，则会发现，温差改变所带来的负荷值变化值在总负荷中所占的比例较大，所以，在室温控制中，需要重视温度的选定，避免出现严重的浪费现象。

（2）新风量

办公区新风机组型号为39-G0912型，每小时风量约为6000m3，考虑到平均每个房间的人数为6人，结合风量损失系数为0.8，则人均新风量为6000×08/（23×6），通过计算可知，每个人的新风量为34.5m3/h，满足办公楼人均新风量的要求。

2.2设备选型

在新风机组选型中，需要以新风量为核心，保证新风量指标能满足最低人均新风量。一般在设备选型中，需要重视以下两方面问题：①若房建换气次数达到6次/h，则在卫生间等特殊房间的机组选型中，可以选择PF-140型机组，其排风量可达到140m3/h，功率大小为30W；②根据进风量必须大于排风量的原则，确定新风量，根据建筑房间数量并设置一定富余量，确定某一层总新风量为6000m3/h，在机组选型中，可将选择型号为39G0912的机组，其风量为6000m3/h，余压为460MPa。

2.3变流量系统控制

在暖通系统设计中，若系统中的冷水流量出现变化后，水系统为保证流量平衡，需要适当调节水泵与管路系统，即控制水泵转速与接阀门开度。不同的控制策略的控制效果不同，也会影响到水泵的能耗情况。而一般在变流量系统的节能控制中，主要通过转变水泵转速就能收到良好的节能效果。

图1记录了变流量系统的节能原理，根据图1内容可知，AO属于一条水泵系统特性曲线；A1代表系统阀门调整后为减少流量而获得的系统特性曲线；NO代表标准状态下的水泵特性曲线；N1代表变频后水泵特性曲线。系统本身所涵盖的特性曲线与水泵特性曲线在B0点相交，当想要进一步减少水泵流量，并调整水系统阀门时，两者在B2点相交；当采用水变频方法时，两者相交在B1点，此时，C1、C2、B1、B2之间的面积就是水泵变频之后所能节约的电能（图灰色区域），与水泵转速控制等技术相比，其效果更好。

图1　系统节能原理图

2.4排风热回收系统

2.4.1排风热回收系统设计计算

建筑空调形式为风机盘管加新风系统，且房间卫生间设置机械排风系统，按照当地相关规定：风机盘管加新风系统，全楼设计最小新风量应大于等于20000m3/h，为保证排风热回收系统的有效性，需要根据总风量的40%设置热回收装置，并保证其额定回收率大于等于60%。

在排风热回收系统的冷热量理论计算中，其计算公式如下所示：

式中：Q-代表排风热回收装置回收的冷热量，单位为kW；a-代表损失系统，取0.8；μ-代表排风热税收装置工作效率，结合节能设计标准的相关内容，取60%；q-代表总排风量，单位为（m3/h），根据建筑要求，取70000m3/h；p代表空气密度，单位为kg/m3，取1.2kg/m3；C1-代表空气比热，取1.005kJ/（kg·K）；△t-代表室内外温差，单位为℃，夏季取值为13.4℃，冬季取值为30.2℃。

代入相关数据可知，在东西回收热量为339.9kW，夏季回收冷凉维护150.8kW。

2.4.2确定利用热回收建筑层数

若发现在实际应用过程中，新风机组中都设有热回收段，则建筑可能达不到标准中60%的热回收率。为保证排风热回收系统能高效运转，需要以60%回收的标准倒推热回收段层数，其计算流程如下：

（1）选取循环溶液

循环溶液可以由水组成，若建筑具有一定的防冻要求，可选取乙二醇水溶液，并保证乙二醇水溶液的凝固点要低于当地最低气温的（5±1）℃。在该工程建设中，设计当前冬季室外空气最低温度为-6.2℃，其具体资料见表1。

表1　乙二醇水溶液的沸点、凝固点

该工程在充分考虑表1的相关数据后，确定乙二醇溶液质量比为28%。

（2）选取换热器型号

考虑到该建筑20～22层新风量约等于4200m3/h，而其余每层新风量主要为6000m3/h，因此在换热器型号确定时，主要选取排风量为16000m3/h、24000m3/h、30000m3/h三种型号换热器。

在该项目的高层建筑暖通设计中，设计人员根据上述质量控制方法，对整个设计流程进行严格监控，并取得良好效果，说明上述措施具有一定的应用价值。

3　结束语

主要讨论了高层建筑暖通设计创新的相关问题，并结合实际案例，对其具体设计方法进行讨论。总体而言，在高层建筑暖通设计中，设计人员需要充分认识到排烟系统、采暖系统与排风系统等的质量控制要求，并根据建筑整体性能采取具有针对性的解决措施，最终提高建筑暖通系统整体质量。

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TU83

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1673-0038（2015）26-0005-02

2015-6-10