浅谈高层建筑暖通空调设计

【摘要】高层建筑暖通空调设计要遵循安全性、节能性、经济性。本工程水系统采用二级泵高低分区系统，提高了设备的安全性，系统的节能性和经济性;空气处理方式均采用风机盘管加独立新风系统，实现各个房间室内温湿度独立控制;

【关键词】高层建筑;通风空调系统

随着城市化进程的不断加快，高层建筑层出不穷，这为暖通空调设计的发展提供了很多机会，但也面临着一定的挑战。因此，设计人员应充分了解高层建筑暖通空调的设计要求，及时掌握暖通空调的设计要点。

1、工程概况

该项目位于重庆市渝中区黄金地段，建筑高度199.5m，总建筑面积近21万㎡，包括地下五层，地上四十三层。其中，地下一层至地下五层为车库和设备用房;地上一至六层为裙房商业;该项目集办公楼、商业为一体的城市地标性建筑。

2、空调系统设计

2.1冷热源配置

根据空调冷热负荷分析计算，考虑各区域用途、使用时间以及安全性，裙房商業采用3台650冷吨的离心式制冷机组、2台1.4MW的热水锅炉;塔楼采用2台750冷吨的电离心式制冷机，1台400冷吨的螺杆式制冷机组。冷水机组均置于地库地下五层，热水锅炉置于地下一层（锅炉房严禁设置在人员密集场所和重要部门的上一层、下一层，或者主要通道、疏散口旁边，并且锅炉房应设置在首层或者地下一层靠建筑外墙的位置，锅炉房应考虑泄爆，泄爆井出地面的位置应避开人员密集区）。

2.2空调水系统设计

2.2.1空调水系统分析

高层建筑中空调水系统竖向分区是一个重要的环节，合理的系统分区对建筑后期的能耗、管理、系统安全都有重大意义;而影响水系统竖向分区的主要因素是设备、阀门、管道承压。针对这个问题，可在中间层设置板式换热器，实现高区与低区系统分隔。该方案解决了系统工作压力过高的问题，但是经过板换换热，二次侧水温温度会降低（升高），系统的节能性较差，末端设备除湿能力下降。同时，由于末端供水温度与设计温度不同，会导致末端换热设备换热面积增加，初投资随之升高。若考虑通过高承压设备解决系统工作压力高的问题，可以提高系统能源利用效率，末端设备除湿能力得到保证，但是提高设备的设计承压能力同样会增加设备初投资，同时会有水系统泄露的风险。因此在设计阶段，应充分利用设备、管道的承压能力，减少竖向分区的个数，选择最经济合理的设备转换层，综合设备初投资、系统运行效率、末端除湿能力等因素，选择最优方案。

2.2.2空调水系统承压

一般来讲，冷水机组最大承压为1.6MPa，如果水系统工作压力大于1.6MPa，则需要特制的冷水机组，机组造价增加。板式换热器、水泵最大承压可达到2.5MPa，管道、阀门最大承压值较大，可根据需要设计额定承压值。

2.2.3空调水系统分区方案对比

该项目建筑高度为199.5m，冷水机组置于地下五层，水系统分区有两种形式：系统不分区、在14F设置板式换热器。

（1）方案一

该方案不设置中间转换层，整栋楼共用一个水系统。

（2）方案二

该方案在14F设置板式换热器，共两个分区，低区水系统服务楼层为1-28F，高区水系统服务楼层为28-43F。

（3）方案对比

为了避免主机、水泵超出常规额定承压，减少系统漏水的风险以及主机、水泵初投资，增加系统安全性，该项目采用方案二：在14F设置板式换热器，实现系统高低分区。

2.3二次泵系统分析与设计

目前在高层建筑中，水系统的控制精度要求也逐渐增加，当同一水系统不同环路间负荷特性、管网水力特性相差较大时，建议采用二次泵水系统。

2.3.1二次泵水系统特点

二次泵系统是由一级泵和二级泵系统串联而成，水系统的阻力是由一级泵和二级泵扬程共同克服，系统一次侧与二次侧由盈亏管连接而成。在设计工况下，盈亏管连接供回水管两点的压差应为0Pa，值得注意的是，在计算一次侧、二次侧水泵扬程的时候，切忌将二次侧水泵扬程取的过大，否则会造成二次侧富余水头过大，造成二次侧回水通过盈亏管直接流入供水管，使得用户侧供水温度升高。

2.3.2二次泵水系统控制策略

该项目为二次泵水系统，冷冻水经一次泵抽出，再经二次泵加压后输送至低区末端以及高区板式换热器。在供回水总管间设置盈亏管，平衡一、二次泵之间的流量。当二次侧高区用户侧负荷增加，设备开启台数增多（或者电动二通阀开度加大），高区二次侧空调水系统管网总阻抗S减小，系统水流量Q增大，在高区一次侧水流量增加之前，二次侧水温会升高。此时高区一次侧水系统回水管上的电动阀接收到二次侧水温升高的信号后阀门开度增加，此时高区一次侧管网总阻抗S减小，系统水流量Q增大，高区一次侧旁通管压差减小（为了保证水泵工作扬程稳定以及水泵散热，应在二级泵供回水管间设置压差旁通管），当旁通管压差减小到一定值的时候，水泵转速增加，高区一次侧水流量Q进一步增大。当高区二次侧末端负荷减少时，上述变化相反。

2.4空调风系统设计

该项目商业、塔楼存在房间功能、营业时间、房间温湿度等差异，均采用风机盘管加独立新风系统，这样有利于后期各个房间室内温湿度的独立控制。新风机组均采用带全热回收功能的机组，对于裙房商业来说，商铺的新风系统可与公共区域的新风系统分开设置，有利于后期物业管理。同时由于高层建筑对外立面的要求较高，外立面不允许出现大量空调百叶，低区新风系统通过每层的新风机组处理后送至室内，新风井道在2-3F统一设置百叶。高区新风系统新风机设置在29F、RF，分别服务于22-29F、30-43F，新风井道均内置铁皮风管，保证送风温度。

结语：

综上所述，高层建筑暖通空调设计要遵循安全性、节能性、经济性的设计原则，充分考虑到经济效益与环境效益，不断引进先进的节能技术，优化设计方案，确保高层建筑暖通空调系统能够安全、高效的运行。

参考文献：

[1]曾应贤，吴全胜.高层建筑暖通空调设计要点分析[J].建材与装饰，2015，（48）：195-196.

[2]边庆远，万蕾.关于高层建筑暖通空调设计的要点分析[J].黑龙江科技信息，2013，（24）：216.

作者简介：

侯平超（1984-），女，汉族，河北邢台人，本科，任职于邢台市建筑设计研究院有限公司，暖通工程师。