关于超高层建筑暖通设计的重点与难点探讨

熊珈续

【摘要】在建筑行业不断发展的今天，超高层建筑相比传统建筑模式，无论是内部结构还是施工难度都提出了更高水平需求，尤其是暖通系统的方案设计难度同样不断提升，因此，技术人员应该重视和关注暖通系统方案设计合理性和适用性，确保建筑内部生活与生产的舒适程度。本文简要阐述超高层建筑暖通设计概论，并且在此基础上结合超高层建筑暖通设计原则、设计特点等方面，根据南昌市实际建筑案例，详细讨论设计的重点与难点。

【关键词】超高层建筑;暖通设计;设计原则;设计特点

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.13.051

引言：

为了更好满足现代化时代发展需求，超高层建筑逐渐成了建筑行业施工主要模式，但是与传统建筑模式相比较，超高层建筑施工模式以及暖通方案设计更加趋于复杂化，并且项目施工难度系数更高。超高层建筑后续应用环节上，暖通系统起到了重要作用，该系统施工质量水平不仅直接影响室内舒适程度，一定程度上还关系到建筑质量。

1、超高層建筑暖通设计概论

在超高层建筑开展方案设计时，所谓的暖通设计主要指的是配合建筑内部结构形态，将建筑内部温度环境以及消防进行科学、合理的设置调整，从而构建出适应人体生存的基础环境。

对于超高层建筑项目来说，暖通方案设计另外一个重点则是建筑通风性能，而建筑工程通过通风设计可以有效完成建筑内部与外部之间的空气交换，积极引进新鲜的空气，增强建筑内部空气环境质量。由此可见，超高层建筑施工过程中，内部暖通设计直接影响社会大众居住的安全性和舒适性，因此，应该不断提升超高层建筑空调设计层次。但是近几年我国虽然在暖通设计上具备一定发展前景，但是方案实施过程中仍然存在着问题和不足，比如：暖通设备噪声问题以及空间设计等[1]。

建筑工程施工环节上，暖通设计水平直接关系社会大众在生活、生产环境，针对此种施工现状，暖通开展方案设计时需要借助高水平技术作为技术支持，并且暖通管理部门应该充分了解工程施工情况以及操作技术，从根本上增强暖通工程施工水平。

在现代化社会发展和进步背景下，可持续发展理念的提出使社会大众对于建筑施工合理性、资源使用环保性提出了更高的要求，想要构建出具备现代化理念的暖通方案设计，不仅应该最大程度增强暖通施工和建筑质量水平，一定程度上还应该科学、合理的使用专业技术，从而不断减少建筑能源的基础消耗，设计出适合时代的暖通施工模式。

2、超高层建筑暖通设计原则

2.1安全性

超高层建筑实际开展暖通设计时，首先需要严格按照安全性施工原则，技术人员实际开展方案设计和暖通区域规划之前，需要针对超高层建筑内部结构和外部形态图纸深入了解，以此作为基础条件进行项目分析，在充分掌握工程内部消防管道、电力系统以及信息通信线路的实际情况之后才能开展暖通设计，防止暖通管道与其他工程产生矛盾和交叉问题，阻碍后续工程正常开展。

同时暖通系统设计过程中还需要充分考虑后续使用和日常维护环节上是否具有安全风险和故障隐患，对此，应该针对暖通整个系统运转情况开展安全性评定，结合现有的暖通设计方案采用可行的应对方式，提升系统运行安全参数。由于超高层建筑暖通系统结构复杂，不仅要强化暖通运行的动力运转区域，同样要科学设置通风系统和预警系统，在此基础条件上实现安全处理，强化信息监测和系统监控功能，帮助后续维护时能够及时发现问题[2]。

2.2经济性

超高层建筑在施工过程中，暖通设计是影响建筑质量的重要构成环节，因此其方案设计是否科学、合理直接对项目经济收益造成了影响。想要在超高层建筑工程施工环节上，使用最小的经济获得最佳的建筑效果，技术人员开展方案设计时应该不断强化对超高层建筑施工模式的详细观察，从而制定出可行的施工方案，最大程度节省经济成本。同时，暖通开展方案设计时，还要根据超高层建筑自身情况选择适合的暖通设备，并强化对设备采购环节质量控制，确保暖通设备以及系统管道可以满足超高层对室内温度基础要求。

2.3节能性

随着可持续化环保政策在全国范围内推广和宣传，无论是建筑企业还是社会大众对能源节约和环境保护问题开始重视，因此，超高层建筑实际开展暖通方案设计时，同样要将节能性作为设计重要原则之一，积极引进先进的管理思维和环保意识，有效控制和管理暖通设备和管道的废气、废物以及废水的排放处理，最大限度防止暖通系统破坏自然环境[3]。针对此种施工需求，技术人员要采用科学、合理的设计废弃物的排放和处理结构体系，保证排放物质达到国家处理标准之后才能排放至自然环境中。

3、超高层建筑暖通设计特点

现代化暖通系统实际在建设、设计以及施工过程中，想要保证正常运转，变频技术成为暖通系统设计重点内容，利用变频技术，不仅能够有效弥补暖通设备生产时可能产生的问题，还可以降低系统运行的能源损耗，从根本上减少系统运行经济成本。通常情况下，超高层建筑工程的暖通系统为了保证能够正常运转，仅仅按照预先设计的标准功率和操作模式运转，但是如果设备基础负荷较低，在此种环境下，系统仍然以标准功率运行必然会产生能源过度使用和浪费。为此根据暖通设备使用现状应用变频技术，一定程度上可以实现暖通系统和设备随着实际输出功率进行有效调整和控制，从而发挥出变频技术节能性特点。

同时，暖通系统还需要结合设备实际符合情况调整输出风量，从而完成节能减排发展目标。而系统中的风量控制区域想要顺利运行，主要利用暖通设备终端装置完成对室内温度负荷的补偿制度，全面完善输出风量的监控，让室内始终保证适合人体生活、生产的温度。而变频系统中的变水量功能在实际运转环节上，主要通过有效控制水量控制室内温度条件，为此该技术模式相比传统定量控制模式来说能更加节省电力能源。

随着我国工业不断发展，暖通系统专用的变频设备和系统得到了全面推广和宣传，该设备利用自身技术优势和设备特点不断调节输出风量，完成与暖通设备运行模式相互匹配，发挥出良好的节能效果。而在日常生活中，暖通系统同样出现在生活的各个角落，目前越来越多的建筑结构和公共环境开始使用暖通系统，以此保证环境的舒适程度，为此暖通设备以及设计方案受到了建筑企业的重视和推崇[4]。

4、实际案例

某超高层酒店坐落于南昌市红谷滩区域，该建筑项目主要由两个部分构成，分别构建出独立的两个超高层建筑，每个建筑物总体面积超过10万平方米，其中B2塔超高层建筑主要为办公区域，而B1塔超高层建筑建筑功能包含办公、商业以及酒店等方面，由于超高层建筑暖通系统需要各自独立设置，所以需要根据建筑实际情况选择适合的暖通系统和设备。笔者仅参与B2塔设计，详述B2塔相关空调系统设计。

B2塔超高层建筑建筑总体高度为249.5m，地下3层，地上57层，其中11、23、35、47层为避难层。为此暖通系统实际开展区域划分和设置时，夏季供冷源头主要由地下3层制冷机房提供，冬季供热源头主要由地下2层的锅炉房提供，同时按照每一个供冷供热区域高度不能超过100米进行详细分析，超高层建筑工程需要将整个系统划分为高区域和中区域及低区域三个管理区域，其中1-23层作为低区控制系统，24-40层作为中区控制系统，41-57层作为中区控制系统，总体控制面积为82694平方米。

空调夏季集中冷源为设于地下三层的三台离心式冷水机组与一台螺杆式冷水机组，冷冻水供回水温度为6℃/12℃，与离心式冷水机组配合使用的冷冻水泵和冷却水泵各四台，分别为三用一备。与螺杆式冷水机组配合使用的冷冻水泵和冷却水泵各二台，为一用一备。空调热源由设于地下二层的锅炉房提供，选用三台真空热水锅炉，空调末端供回水温度为60℃/50℃。热水系统设有一次与二次热水循环泵。商业部分空调热源与办公热源共用一个锅炉房，选用两台真空热水锅炉，空调末端供回水温度为60℃/50℃。

空调冷热水系统为两管制，冷水采用一次泵变流量系统，共设置两个回路分别供办公低区及23层避难层换热机房。低区冷冻水供回水温度为6℃/12℃，23层以上空调末端由避难层换热机房供水，二次换热后供回水温度为7℃/13℃。空调冷水系统一次泵与二次泵均变流量运行。低区空调热水供回水温度为60℃/50℃，供给23层避难层机房换热器的进出水温度为85℃/60℃，23层以上空调末端空调热水供回水温度为60℃/50℃，空调热水系统一次泵与二次泵均变流量运行。

空调冷热水系统的膨胀水箱设置于24层专用房间内，高出地面1.2m，水箱液面高度为1m，液面相对标高为102.2m;中区及高区系统分别采用两台2160KW容量的板式换热器和三台变频冷冻水泵，设置于23层换热机房内，相对标高为96.7m，中区空调冷热水系统的膨胀水箱设置于41F，高区空调冷热水系统的膨胀水箱设置于屋面.上，高出屋面地面1.2mm，水箱液面高度为1m，液面相对标高为242.4m。

暖通工程方案设计过程中，还应该根据施工地区的自然条件和气候制定出合理的设备应用方案，并且详细考虑节能性和环保性等基础原则，将其充分与建筑施工环节相互结合，全面展现出方案设计合理性、能源节约性和居住舒适性等方面。为此综合各个方面进行详细考虑，本次暖通的冷源头使用离心式及螺杆式冷水机组，热源头使用真空热水锅炉。空调季办公及会议室采用带热回收的新风机，而在过渡季节暖通系统应该充分利用全新风，满足办公机构建筑工程对于室内通风和换气质量要求，实现节能与环保施工效果。

5、超高層建筑暖通设计难点

5.1设计难点

5.1.1温度参数

一般情况下，对于超高层建筑暖通系统设计来说，暖通工程施工作用主要体现在空调季节，但是根据目前工程施工现状详细分析，温度参数的设定会受到多种因素的影响和作用，特别在没有充分了解不同区域功能条件下开展暖通系统设计，直接影响能源使用效果，加上我国地域十分辽阔，导致不同地区的自然气候十分复杂，城市之间的自然气候差异性较大，此种模式导致方案设计人员实际开展暖通系统建设时无法准确地设计参数，如果不能确保温度参数设定的可行性，那么计算热量损耗趋势时不能确保计算结果的准确率。

除此之外，实际开展暖通方案设计时还应该充分考虑周边环境因素变化带来的影响，比如：暖通设计应该充分考虑冬季供暖时的影响因素，尤其是室内各个区域的门窗位置由于受到冷空气的影响，所以调整室内温度参数过程中，需要重点关注[5]。

5.1.2冷水箱设计

冷水箱在方案设计时作为重要的暖通系统环节，该设备具有十分重要地位，所以系统特殊性同样导致设计各个环节一旦产生了问题或者不足，则会极大地影响暖通工程基础使用性能，严重甚至会造成部分设备损坏。目前常见由于冷水箱导致暖通系统问题主要十分复杂，主要表现在不能充分考虑设备在正常运转时水箱的最小淹没深度，或者在暖通系统日常使用过程中，冷水箱内部循环泵不能始终保证正常的工作效果等方面，以上影响因素都会对冷水箱的实际工作状态造成不良作用和影响，增加无效能源损耗，不利于暖通工程可持续发展政策的全面开展[6]。

5.2经济难点

经济价值与设计性价比也是在暖通设计过程中除了需要重视设计难点，同样应该重视经济难点。

第一，计算机系统在运转环节上，所产生的负荷数量不能结合实际系统运转情况，仅仅将基础理论教育知识与理想状态相互结合，利用计算机设计出可行的暖通方案，然而系统实际设计环节上，大多数技术人员仅仅按照片面的理论结构，方案设计中暖通主要设备容量过小或者过大，导致严重的能源浪费和损失。

第二，暖通系统选择设备时，不能充分了解市场信息，产生此种问题主要原因是技术人员开展方案设计之前不能提前针对暖通工程建设区域的能源储存模式深入了解，比如：能源价格、水文条件以及地质结构等，极大地阻碍了方案设计效果和质量水平。

第三，现阶段大多数暖通工程施工时间和周期相对较短，使施工企业为了获得更多的经济效果，无法将设计方案所产生的经济支出相对比较，此种设计条件下工程经济成本必然会提高，严重甚至出现了多次重复资金支出，由于暖通工程无论是设计环节还是施工环节都需要大量的人力资源和物力资源相互配合，才能满足设计与预期效果相互符合。如果暖通工程在设计环节上缺少应有的科学性与合理性，则无法充分展现出暖通效果。

6、超高层建筑暖通设计重点

6.1管线设计重点

由于超高层建筑内部结构的管道和联通线路十分复杂，所以暖通设备和系统管道在设计和安装时，比如：排水管道、通风管道和电线管道等需要根据超高层建筑施工实际情况合理规划。而方案设计中最重要的环节则是各种管道线路的合理配置，防止管道之间相互交叉，从根本上避免各个管道之间产生不良影响。其中如果在某个空间产生了管道和线路太多等情况，为了有效防止管道之间的较差问题，应该从超高层建筑整体结构综合考虑管道线路，并且合理安排管道实际位置。

6.2分区设计重点

暖通系统实际开展方案设计时，需要按照工作功能的不同将暖通系统实施区域进行详细划分，由于超高层建筑实施过程中，楼层高度越大暖通系统所承担的水静态压力则越大，因此如果不断提升设备的抗压性能则会增加超高层建筑施工经济成本。而本商业机构建筑工程主要将暖通系统划分为高等、中级以及低级三个施工区域，其中低级暖通系统所使用设备需要承担的压力为1.6MPa，中级以及高等施工区域所搭配的暖通系统设备所承担的压力为1.8MPa，为此经过平均计算之后，暖通系统全部设备和管道线路在工作状态下所承担的压力一般在2.0MPa以下。

为了系统能够更好地控制高级暖通系统的水资源供应温度，本超高层建筑项目需要在23层高度设置换热设备和操作系统，保证设备的冷冻水直接由制冷设备所提供。此种设计方案有效防止中等区域换热设备的重复供水作为高等区域换热设备的一次供水，不仅确保高等区域暖通系统水温，还降低了冷水设备机组的故障产生机率。

6.3水系统设计重点

水系统实际开展方案设计时，需要根据供水、回水的基础流量以及水温等情况针对暖通自动控制系统基础负荷进行详细计算，最终明确冷水机組、暖通水泵运行数量以及冷水机组蒸发水管的开启条件，经过详细观察，暖通系统方案设计想要有效开展，需要将冷水机组、水泵的基础运行时间调整至标准范围内，并且将系统主机和冷水机组的蒸发区域与水管线路开关相互连接，保证系统自动控制时，一旦管道内部水流量降低至最小，主机能够自动停止运转。

结语：

由此可见，近几年，城市化发展被快速推进，为了缓解城市居民居住问题，超高层建筑数量逐渐增加，此种建筑施工现状意味着我国城市化建设开始向现代化方向进步。而在超高层施工技术稳定进步背景下，暖通系统方案设计同样得到了前所未有的机遇。

参考文献：

[1]马晶晶.绿色理念在建筑暖通空调系统节能设计中的应用[J].建筑技术研究，2021，4（5）：85-86.

[2]赵福昌，吴园林.《预算法实施条例》修订的重点，难点与亮点——一种基于国家治理视角的解读[J].经济研究参考，2020（23）：9.

[3]张诚.变风量系统分区设计对某超高层办公建筑空调能耗的影响[J].暖通空调，2020，50（2）：7.

[4]吴伟江，谭艳红，杨环.高层建筑暖通设计中存在的问题与改进措施研究[J].建材与装饰，2020（10）：2.

[5]李兆峰，牛忠荣，吴健安.超高层建筑高位转换层型钢混凝土转换节点强度分析与加固[J].建筑结构，2020，50（24）：8.

[6]周敏.高层建筑暖通空调设计中存在的问题及解决方法[J].新材料·新装饰，2020，2（23）：2.