高层建筑暖通设计中的常见问题及对策分析

陶石华

（广东中人工程设计有限公司，广东 广州 510000）

现代化经济建设工作的逐步完善，高层建筑在市场内的比例越来越高，而在此过程中，供暖、供电、供水、供气等设计内容，是建筑开发与设计施工中必不可少的环节，也是高层建筑中耗能最高的结构，市场内现有的大部分建筑均存在暖通设施能耗高、规范性差等问题[1]。为了解决此方面问题，实现对暖通设计的全面优化，本文将结合相关工作实施的必要性，从问题与对策两个方面探究暖通设计的合理方案。

1 高层建筑暖通设计遵循原则

建筑是社会群体生活与居住的关键场所，随着高层建筑工程数量的提升，越来越多的受众群体对建筑中的暖通设计提出了要求。为了促进群体消费，提升工程参与方的收益，要求设计人员在进行高层建筑开发与暖通设计时，需要遵循下述原则[2]。具体内容见表1。

表1 高层建筑暖通设计应严格遵循的原则

除上述提出的原则，还需要遵循环保性原则与兼容性原则，并在设计中，结合建筑层高与工程对暖通开发的需求，进行整体结构的规范化设计。以此种方式，确保设计的暖通结构与高层建筑开发保持较高的适配性。

2 基于IDEF0v 方法对暖通设计过程分解

为了满足高层建筑暖通设计需求，对其设计基本步骤进行分解，如图1 所示。

图1 高层建筑暖通设计基本步骤分解

为了避免设计过程中不同设计步骤之间受到因素的制约，在进一步的优化设计研究中，选择于IDEF0v 方法对暖通设计过程进行深入分析。

可以将暖通设计过程中的A-0 图作为顶层图，根据设计要求与标准，将A-0 图细分为A1 图、A2 图、A3 图、…、An 图，分别对应设计中的供暖系统、空调通风设计、防排烟设计等[3]。设计前，辅助提出的方法，生成一个针对暖通设计的ICEO 模型，模型中“I”表示为暖通系统自身专业信息；“C”表示为除自身专业信息以外的专业信息；“E”表示为详细信息；“O”表示为非设计环节的详细信息。综合上述分析，对符合模型的A-0 图进行描述，见图2。

图2 暖通设计中符合模型的A-0 图示意图

将图2 与ICEO 模型中的相关信息进行对接，以此种方式，实现对暖通设计过程的分解。

3 高层建筑暖通设计中的常见问题

3.1 暖通空调设施选型适用性差

通过本文上述论述内容，在引入IDEF0v 方法的基础上，实现了对暖通设计整个过程的细致划分，在明确设计过程后，对现有暖通设计存在的问题进行分析。在对高层建筑暖通进行设计时，由于当前传统设计在理念、方式等方面均存在不合理现象，使得在对暖通空调设施选型时，产生了与预期效果不相符的现象，此种现象严重影响到暖通空调设施整体的适用性[4]。暖通空调设施当中包含了循环水泵、膨胀水箱、自动排气阀门、加热器等结构设施[5]。其中，膨胀水箱与冷水系统通过连接管直接进行连接，并且在连接管线上传统设计方案不设置阀门结构[6]。同时膨胀水箱的膨胀管结构与冷冻水系统的底部直接连接，以此确保在使用过程中若改变补水的方式为从上至下，则会造成暖通空调设施整体上部累积的气体无法有效排出，进而使得整个设置结构无法正常运行。除此之外，在实际应用中，水泵的规格选择不正确，将无法满足实际暖通流量的需要，进而造成循环水泵流量无法达到标准的问题产生。

3.2 暖通供能方式环保性差

当前高层建筑当中暖通供能方式存在严重的污染问题，并且无法实现对能源的高效利用，造成大量资源的严重浪费[7]。由于当前暖通供能的方式不合理，常常会造成大量能源的消耗，并且也无法达到理想的供能效果。图3 为高层建筑现有暖通供能流程图。

图3 高层建筑现有暖通供能流程图

在实际设计过程中，由于暖通供能供能方式的选择没有考虑到节能效果，仅将施工达标作为设计目的，没有实现对室内外参数的变化对功能方式进行相应调节[8]。在一年四季当中，只有暖通开机、关机和冬季、夏季两种供能转换模式，很明显无法达到理想的节能效果，因此环保效果也十分不理想。

3.3 暖通管道设计规范性差

除上述提出的问题，建筑中暖通设计还存在管道设计规范性差的问题，例如，在现有的《建筑采暖通风管线设计与布置》文件中明确提出了不同类型供暖设施管线的布设坡度，但大部分暖通设施管道在设计中均存在水管坡度低于设计规范的问题。同时，参照文件标准，在进行建筑中暖通散热装置设计时，需要单独配备一个立管与支管作为辅助配置，但在进行市场调查时发现，建筑市场内现有的高层建筑在进行辅助散热配置的集成与安装时，都没有按照标准进行设计，仍在使用双连接法进行此方面工作的配置。这种配置方式下，一旦出现故障或异常，需要技术人员切断整体供暖系统进行维护，同时，高层建筑中的其他住户供暖也会受到影响与干扰。

4 对策分析

4.1 设计可操作、可调节的暖通空调设施

针对上述暖通空调设施选型适用性差的问题，结合暖通空调系统的运行需要，在遵循可操作和可调节原则的基础上，对其基础设施进行选型优化设计，确定暖通空调设施的基本组成结构如图4 所示。

从整体角度出发，对暖通空调设施的组成结构进行系统性设计，按照图4 所示的内容，实现各个设施结构的安全。再从细节层面，对暖通空调系统中的各个设施进行选型优化。首先，针对膨胀水箱连接方式进行设计时，应当实现连接管的可调节性，确保连接管能够根据补水的方向进行自动调整。当补水方式为从上至下时，确保连接结构上半部分的风机盘管能够通过连接管实现通风，从而将内部堆积的气体排除；当补水方式为从下至上时，确保连接结构下半部分能够实现进水补充，从而确保整个补水系统的正常运行。

图4 暖通空调设施的基本组成结构

在对暖通空调设施当中的循环水泵结构进行选型时，为了防止上述问题产生，应当充分考虑到循环水泵的可操作性，根据被输送的介质不同，对水泵的类型进行选择。常见的循环水泵包括排污泵、氨水泵、低温泵、高温泵等。根据高层建筑当中循环水泵的安装位置已经需要，对上述水泵类型进行选择。同时，根据具体高层建筑暖通所需的最大流量和最高扬程，在加上15%的安全量基础上，以此数据作为循环水泵的选型标准，即暖通水泵的流量应当大于1.15 倍的最大流量；暖通水泵的扬程应当大于1.15 倍的最高扬程。按照上述论述内容，完成对水泵类型的选择后，还应当对相应厂家所提供的暖通设计手册，对水泵的大小以及功率进行选择。通常情况下，可根据“流量——扬程”曲线对水泵进行初步选择，确保水泵在实际工作环境当中始终处于最高机械效率的区域范围内，以此提高水泵运行的稳定性和节能性，为暖通空调设施整体提供稳定运行条件。

4.2 改变暖通空调冷热源供能方式

针对上述暖通供能方式环保性差的问题，对暖通空调冷热源供能方式进行改变。由于燃气和电力负荷的使用高峰时期处于不同的季节当中，因此将燃气作为暖通空调的冷热源能够实现对城市能源供应的平衡。对于用电紧张的城市，在对其高层建筑暖通设计时，供电的增容费用极高，不仅无法实现对环境的保护，同时还会增加暖通运行成本。但燃气不仅具有更高的热值，还是十分理想的清洁型能源，在降低暖通运行成本的同时，促进高层建筑绿色建设与发展。

在确定冷热源的供能材料后，还需要对供能的具体方式进行选择，表2 为多种冷热源功能设备的能效COP 比较表。

表2 多种冷热源功能设备的能效COP 比较表

从表2 中的数据可以看出，整体而言热泵的能效更优，根据上述论述将燃气与热泵相结合，构成一个燃气驱动的热泵结构，同时在对制冷压缩装置进行选择时，应当尽可能选择螺杆式结构。由于燃气机在使用的过程中具有对废热二次利用的功能，在制冷的过程中能够实现对余热的同时供应。

除此之外，在实现冷热源供能的过程中，还可以在暖通设计中引入燃气直燃型吸收式冷热水机组设备，该设备随着应用技术的不断成熟，COP 已经从最初的1.1 逐步提升到1.5～1.6，能够在实现与电制冷相同的供能效果基础上，节约能源的消耗，进一步实现暖通空调供能的环保性。

结束语

暖通设计是高层建筑设计、施工与开发中必不可少的环节，为了提高暖通设计的合理性，本文以建筑市场内的高层结构建筑为例，对此类建筑暖通设计需要遵循的原则、暖通可持续设计的必要性展开研究，并从对应方面提出了针对暖通设计的优化方案。希望通过此次的研究，可以解决我国高层建筑在市场中存在的耗能高、可持续发展能力弱等问题。并希望此次课题的研究能够引起地方与有关单位对建筑工程优化设计的关注度，以此种方式，提高建筑行业在市场内发展的可持续能力。

在后续的研究中，可以根据我国现有的暖通优化设计技术，进行建筑结构中暖通设施设计的进一步优化，以此种方式，抓住市场发展机遇，从多个方面实现对社会可再生能源使用率的提升，为现代化背景下的行业发展提供正确的指示方向。