超高层建筑暖通空调系统设计的研究

魏鹏飞

合肥工业大学设计院（集团）有限公司，安徽合肥 230000

在社会经济与科技快速发展的环境下，超高层建筑的数量逐渐增多。与常规建筑相比，超高层建筑的结构要更加复杂，其体型较为庞大，可容纳的人员数量以及承担的功能也比常规建筑要多，同时，超高层建筑设计中需要注意的问题也非常多。尤其是超高层建筑的消防设计，在整个超高层建筑设计过程中，是非常关键的一个环节，若设计中没有对可能会出现的各种消防问题进行充分的考虑，且在设计中未设置规避这些消防问题的设施，会给建筑物内人们的财产与生命安全构成极大的威胁。

1 工程概况

本工程项目位于某市的CBD的新核心区，是新金融总体规划的重要部分之一，该工程项目建设的总用地面积达到了8270㎡，在经过一系列的测量与计算，获得其总建筑面积132580m2，地下共有5层，其中，1层与2层的主要功能是商业与员工餐厅，5～3层为配套设备用房以及车库。塔楼地上总共有50层，300m是该建筑物的总高度，其中7层专用综合会所与36层主要用来办公，裙楼地上的7层主要容纳了餐饮、银行营业厅、会所业态以及商业，商业服务与金融办公室其主要的功能，预计将该建筑打造成一座多功能高端、高科技智能型、绿色环保与信息化的地标性建筑，在设计过程中，主要参考的是绿色三星级标准，获得国际LEED金级认证是其设计的主要目标。如图1为超高层建筑主要功能区室内设计参数。

表1 主要功能区室内设计参数

2 设计参数

2.1 室外设计参数

2.1.1 夏季室外设计参数

超高层建筑中，因室外与室内的湿度不相同，一般室外干球的数量明显多于室内，而室内的湿球数量高于室外，基于此，对室内的干球与室外的干湿球温度进行计算，分别得出26.4、33.5℃。而在通风的情况下，室内与室外的湿度、球数量又出现了变化，在此情况下，室外计算温度为29.7℃，室外平均风速精确到每秒为2.1m，100.0kPa为其大气压力。

2.1.2 冬季室外设计参数

因本次工程建设地点位于北部地区，其空调室外计算干球温度普遍比南方地区要低，为-9.9℃，空调室外计算同等于湿度的44%，通风情况下，室外计算温度接近-4℃，102.17kPa为其大气压力，-7.6℃为采暖室外计算温度。

3 超高层建筑的特点

3.1 室内环境较差、噪声大

基于建筑学理论，超高层建筑主要是指高度超过100m的建筑，与常规建筑相比，其建筑高度更高，也意味着其容积率要相对较高。在建筑物高度逐渐增加的情况下，其风速也在不断的增大，风速过大，不仅会影响到室内的环境，还容易使建筑物内的人们感觉到不舒适。此外，在风速过大的环境下，还会相应地增大噪音，给人们的正常生活与作息造成了严重的影响。据超高层建筑室内舒适度的研究报告显示，15～25层之间的建筑物内的舒适度相对于其他楼层要差。

3.2 公共交流空间小

从上述的内容中，了解到超高层建筑的容积率与高度都非常高，且超高层建筑需要容纳很多的住宅，这意味着建筑物使用者可活动的空间将变小。虽然超高层建筑对于缓解当前国内人口居住压力，并实现了高效整合土地资源，但因公共空间较小，建筑物使用者可活动的空间非常有限，建筑内部的环境也比较封闭，进而降低了使用者的舒适度[1]。

4 超高建筑暖通空调系统设计中存在的问题

4.1 设计人员专业素养不足，安全意识淡薄

设计人员自身素质的高低对超高建筑暖通空调的安全性影响极大。在超高层建筑暖通设计的过程中，设计人员整体的专业素质水平良莠不齐，不仅容易引发超高层建筑中暖通空调系统的安全事故，还会给其设计的质量造成严重的影响。

4.2 超高层建筑暖通空调系统设计图纸过于形式化

在超高层建筑工程施工的过程中，暖通空调设计图纸主要起到指导的作用。基于此，要对暖通控设计图纸的合理性加以重视。详细标注暖通空调系统设计图纸上的每一个细节，同时，还要对超高层建筑工程施工中需要应用到的材料的类型、规格做注释。而在实际中，不少的工作人员忽视了设计图纸在超高层建筑工程中的作用，在设计图纸上标注的细节与各材料的规格也不够详细，导致其指导作用不能得到有效的发挥，甚至还可能会误导施工人员，从而给施工的安全与质量构成了严重的影响。

5 超高层建筑暖通空调管线与设备的设计

5.1 暖通空调系统的类型

在超高层建筑中，暖通空调系统可以分为空气-水暖通空调系统、全空气暖通空调系统以及全水暖通空调系统这三种类型。其中，全空气暖砼空调系统是当前城市建筑中应用范围比较广泛的一种空调系统，由空压机对其湿度与温度进行调节，要调节室内环境，需要通过空气的变化才可以实现，而室内的湿度与温度是空气的关键要素。（2）全水暖通空调系统的主要功能是基于水的热能交换作用，对超高层建筑中的空气进行调节。因全水暖通空调系统具有调节室内环境的湿度大小与温度高度，且在实际应用的过程中，还可以有效改善空气的质量，被广泛应用于高层建筑中。（3）空气-暖通空调系统主要是基于冷水与空气的热交换的作用，对高层建筑室内的湿度、温度以及环境进行调节，通过将空调中的热量交换处理，有效改善室内的环境现状。

5.2 暖通空调管线的设计

在超高层建筑的暖通空调设计中，管道的种类与数量都非常多，在当前的超高层建筑的暖通空调系统中主要应用的管道有配电线管道、空气管道、排水管道、中水管道、燃气管道、给水管道、各种电缆与热力管道。在超高层建筑的暖通空调的实际设计过程中，必须注重管道的布置，避免各管道、穿线管与管线之间存在相互交叉作业的情况，对线路的走位与施工关系的分布进行充分的考虑。若超高层建筑中的某一个空间存在管线太多的状况，增加了各管道、管线与穿线管之间交叉作业的可能性，这对于暖通空调系统功能的正常发挥会产生不利的影响。因此，为防止出现交叉的情况，需要从整体出发，在设计各管线与管路时，要结合施工现场的情况与建筑工程的建设标准要求，以及暖通空调系统的特性，合理安排每一种管线的位置。

5.3 暖通空调风管的设计

风管设计是整个超高层建筑暖通空调设计过程中最关键的一个环节，其对于提高建筑物使用者对公共空间满意度与舒适度，具有非常重要的意义。在确定风管吊顶高度的过程中，应当参考界面的长度。在风管的实际设计中，要遵守走向越短越好的设计原则，尽可能地减少风管的长度[2]。这是因为采用长度较长的风管走向，会增加后续风管施工的难度，且还可能会引发风管与其他管线交叉错位的情况。同时，还要对各种的设备与管线进行合理化的规划及布置，扩大超高层建筑的使用空间，提高空间的容积率，并增大公共交流场所。

6 超高层建筑暖通空调的设计

6.1 应对超高层建筑暖通空调噪音的设计措施

为了有效解决超高层建筑室内风环境差与噪声大的问题，在暖通空调的实际设计过程中，要注重其空调噪音的产生。一般情况下，超高层建筑的暖通空调设计常需要应用较大风量的空调机组，而这些机组在运行的过程中会产生很大的噪音，给建筑物内人们的正常生活与作息造成极大的影响，从而降低建筑使用者的舒适度。因此，必须采取有效的手段解决噪音大的问题[3]。可以在暖通空调设计中，引入吸声、隔声或消声这三种噪音消除技术。在超高层建筑的暖通空调设计中，可以通过控制末端设备噪声指标，降低或消除噪音。

6.2 循环水泵与供暖系统的设计

在设计暖通空调时，必须严格按照规范要求，科学、合理地选择循环水泵的容量。同时，还要根据超高层建筑中空调工作的时间段，进行针对性的设计，并在此基础上，对暖通空调系统的冷负荷进行适当的调整，同时，结合超高层建筑的实际需求与其系统运行的情况，对定速泵的数量进行有效控制。此外，还要确保超高层建筑中的暖通空调系统具备通风、空气调节与供暖的功能，因每一种功能的设计标准均不相同，故在实际设计过程中，必须严格根据设计标准进行设计。

7 结语

综上所述，在超高层建筑的暖通空调设计中，必要基于其特点进行设计，对其室内环境与声环境的问题进行充分的考虑，从根源上解决噪声过大的问题，为建筑物使用者提供一个更舒适的休闲、办公与娱乐为一体的场所。