高层建筑暖通设计探析——以北京某商务中心高层建筑暖通设计为例

李 璞

（永泰房地产（集团）有限公司，北京 100089）

目前，随着经济收入的不断增长，人们对于居住环境和整体建筑的功能性要求越来越高，尤其对暖通的建筑设计需求不断增长，相关建筑暖通设计技术标准和规范也在不断的优化和改进。随着高层建筑工程项目的持续发展和数量的增多，使得高层建筑已经成为现代化城市建设当中主要的建筑类型，并且高层建筑的功能也从原有固定功能逐渐向多元化功能、系统化功能方向迈进。特别在控制技术、计算机技术、互联网技术及控制理论的持续进步推动下，高层建筑暖通空调系统的设计也迎来了新的发展空间。因此，对高层建筑中暖通设计进行研究分析，对于城市整体发展规划及城市化建设有着重要的价值意义，对高层建筑暖通设计水平和促进暖通设计技术性、科学性发展也有着至关重要的作用。

1 工程概况

北京某高层建筑暖通空调设计项目，2 栋甲级办公楼，裙房为商用，建筑高度为99.85 m，地上为21 层，地下3 层，属于典型的高层建筑项目类型。建筑主体结构设计为框剪结构，外墙使用玻璃幕墙材料加石材幕墙材料，其暖通空调系统为大型中央暖通空调。本文仅对地上的空调、消防系统进行探讨，地下车库及人防部分均按国家相关规范、标准设计，本文不做赘述。

2 高层建筑暖通设计的要点概述

在高层建筑工程项目设计之初，就已经针对建筑当中的暖通进行了部分预留设计，例如新风口、排风口的预留设计，空调机组具体安装位置的预留设计。其主要目的是为后续暖通空调工程项目的接入安装施工提供空间与结构支撑，在高层建筑工程项目当中，暖通空调工程的安装必须要预先进行合理的设计，一旦暖通设计存在不合理，就会造成工程项目二次返工，给后续暖通空调安装带来很大的不便。另外，高层建筑暖通设备的使用占其能源消耗的很大一部分。尤其暖通空调对能源的消耗量较大，这也意味着必须要重视将高层建筑暖通空调工程项目设计融入节能降耗这一理念。因此，高层建筑暖通设计的要点主要可以从以下几点考虑。

1）满足冷热负荷要求

高层建筑当中所涉及的整体暖通工程具有很大的分布范围且较为复杂。如本案例工程当中，高层建筑为商务高层建筑。所以涉及到不同的暖通设备，如果同时运行就需要耗费大量的电力能源。为此，在进行建筑设计当中，需要明确最大冷热负荷与电力能源负荷，并以此为参考依据，在确保暖通设备最大化利用的情况下，系统依然能够正常运行，而不会发生负荷超载的情况。

2）从整体上进行合理的规划

高层建筑的暖通设计需要将其作为整体高层建筑设计的重要组成部分和关键点之一，要给予足够的重视，在进行高层建筑暖通设计时要能够从整体把握，要具有全局观，立足于整个高层建筑并综合考虑暖通设计功能效应。在进行暖通部分的局部规划设计当中，也要做好预算工作，将暖通工程相关技术规范和标准作为设计参考，实现合理规划和科学设计，避免暖通空调设计与建筑设计发生冲突。

3）注重节能减排设计

高层建筑的暖通设计当中，还必须响应国家节能减排降耗的号召，遵循我国所提出的生态文明建设与生态文明城市建设的理念，积极研究高层建筑暖通设计的节能降耗设计方案。所以，在进行暖通设计过程当中，需要将节能技术融入到暖通设计当中，借助国内外高层建筑节能降耗方面较为成功的设计案例，汲取经验，不断进行暖通设计方案的优化改进，确保高层建筑暖通设计节能降耗效果[1]。

3 高层建筑暖通设计分析

以北京某商务中心高层建筑暖通设计为例。

1）确定暖通空调设计方案

高层建筑暖通空调系统的设计必须依据国家相关标准规范内容规定，同时也要参照国家相关部门所制定的法律法规，结合具体的气象参数来予以设计。

暖通空调设计人员需要参考当地气象局气候参数，这些参数主要是暖通空调设计当中节能降耗设计的参考依据。本案例当中高层建筑的暖通空调设计系统根据不同空间的特点提出了不同的供暖要求。如本工程是属于商务中心高层建筑，其具有明显的综合化、系统化特点，依据不同需求进行内部整体布局的划分，而不同的房间在供冷供暖要求方面也不相同。例如1 层~4 层为商业，5 层及以上为办公区，所以，在设计时必须充分考虑房间功能不同时对供暖的要求[2]。

本案例工程项目当中主要使用大型中央空调设备和局部空调共同使用的方案，中央空调部分和局部空调功能可以实现互补，并全面提高暖通系统的可靠性，中央空调设备具有故障率低、使用寿命较长的优势，而且施工安装相对较为灵活。

中央空调冷源采用3 台变频离心式冷水机组，夏季为空调系统提供7℃~12℃的冷水。热源采用2台常压热水锅炉，通过板式换热器换热，为空调系统提供50℃~60℃的热水。制冷机房、锅炉房及各楼均设置冷热计量装置，作为结算点的热计量表选用超声波或电磁式, 设置数据采集和远传系统。

2）暖通空调系统的选用

对于暖通系统设计当中，空调系统的选用主要采用中央空调和局部空调相搭配的方式。而其中中央空调与局部空调有着不同的特点，整体的应用范围和空间布局也各不相同，中央空调与局部空调性能方面对比见表1。

表1 中央空调与局部空调性能优缺点对比

从表1 中可以看出。本案例高层建筑主要使用混合式暖通系统。其中对于商业区域主要采用两管制风机盘管+全空气集中空调系统，办公楼区域主要采用两管制风机盘管+集中新风热回收系统，其他区域采用局部空调方式，计算机机房、消防防控中心、电梯机房需要在24 h 内维持一定的湿度，但中央空调属于间歇式方式[3]。所以，此部分采用局部空调方式。

3）新风排风系统

新风机组设计整体的规划必须按照最基本的设计要求，新风机基础设计必须满足系统正压要求和局部通风情况及卫生条件，要确保在此期间用户可以获得更加舒适的体验感，尤其对于商业餐饮场所来讲，其新风量的要求较高，所以，整体设计当中，本案例高层建筑新风量设定为30 m3/(h·人)~50 m3/(h·人)。

新风系统采用热回收式新风处理机组，采用新风系统可以确保建筑内部的正压，有效防止外界空气的渗入，同时，还能够为室内空气温度和卫生条件提供支撑。新风送入是属于不间断状态，因此，不会发生遗留“原用户”痕迹的问题，能够为用户提供全新的环境，采用热回收式新风机组，维修维护较为便利且能够降低能耗。

本案例项目当中新风机组设置于地下1 层及顶层设备层的新风机房，于核心筒内设置新风竖井及排风竖井，新风机组通过设备层集中防雨百叶取室外新风，经过新风机组热回收处理后，利用核心筒内的新风竖井送至各层，各层的排风再由竖井排至新风机组，冷热量回收后，排至室外。

除了依附于新风机组的部分室内排风之外，本项目还有一些区域采用了独立的排风系统，如商业餐饮、卫生间，办公层的公共卫生间等。因建筑层数较高，排风系统采用了室内排风扇与屋顶排风机相结合的方式，卫生间换气次数按12 次/h 考虑，排风扇将室内空气排至排风竖井，屋顶排风机将竖井内空气排至室外，以确保室内的空气质量。

4）空调水系统设计

空调水系统部分的设计主要考虑采用两管制异程式系统，在地下主干管及竖向管井内立管采用异程式系统，为了能够确保水力平衡，在建筑内每层支管上设置平衡阀进行调节。出管井的每层空调水管则采用同程式系统，确保末端的风机盘管机组之间水力平衡。夏季冷冻水供回水温度为7℃~12℃，冬季热水供回水温度为50℃~60℃，冬夏通过机房内开关切换实现温度转换。所使用的两管制异程式运行方式可以确保持续性且均匀地进行供热供冷。变频补水泵定压系统控制原理见图1。

图1 变频补水泵定压系统控制原理图

本项目空调水系统最高工作压力为1.6 MPa，无需竖向分区，选用阀门的压力均为2.0 MPa。空调水系统补水定压采用变频补水泵定压，因水泵长期在低转速下运行效率较低，故设置2 台补水泵，1 用1 备。变频补水泵的扬程应保证比系统补水压力高30 kPa~50 kPa，变频泵流量应为系统水容量的5%~10%。

5）防排烟系统设计

高层建筑暖通设计过程当中，必须要重点注意建筑加压送风与排烟系统的设计，不具备自然排烟条件的封闭楼梯间、防烟楼梯间、独立前室、合用前室、消防电梯前室均设置机械加压送风系统，火灾时启动加压风机及相应风口，防止烟气入侵，实现人员疏散。

本项目高度＜100 m，加压送风系统不需竖向分段设置，可采用一套竖向加压送风装置，加压送风机设置于屋顶机房内，在8 层楼梯间及每层独立前室、合用前室、消防电梯前室设置压力传感器，控制加压风机出口处的旁通泄压阀，调整余压值，使楼梯间余压值维持在50 Pa，独立前室、合用前室、消防电梯前室余压值维持在25 Pa。

排烟系统竖向分段设置，1 层~10 层为一段，排烟风机设置于10 层排烟机房，11 层~21 层为一段，排烟风机设置于21 层排烟机房，保证火灾时烟气顺利排出。

高层建筑暖通设计当中常会受到一些因素的影响或由于人为疏忽而产生不合理的问题，这就需要设计人员能够全面掌握高层建筑项目的实际情况和具体精确的参数，才能够设计出优质的暖通设计方案[4]。

4 结语

在当前国家所提倡的生态文明城市建设、可持续发展理念及节能降耗理念的推行下，为了能够实现资源与能源的节约，对高层建筑的暖通设计必须要做到全方位的考虑，充分满足在用户实际需求的基础上，实现科学合理的设计，同时也要融入节能降耗理念。一方面能够有效降低成本，而另一方面也能够提高整体的效率。尤其要注重暖通工程设计应符合国家相关法律法规和标准规范，如此才能够有效的利用资源，并设计出高质量的高层建筑暖通设计方案，这也是新时期高层建筑节能的主要设计发展方向。