浅议城市高层住宅建筑采暖设计

【摘要】本文就以当今城市的主体建筑---高层住宅建筑为研究对象，从供暖方式的选用、室内采暖设计和室外采暖设计三方面来说明高层住宅建筑的采暖设计情况。以供同行商榷，论述不当之处欢迎大方之家不惜教诲。
【关键词】高层、热电联产、分户计量、室内、室外、热负荷、散热器、水力、采暖设计

随着国家经济的飞速发展和城市化建设的日益推进，人们的生活质量和工作环境不断提高，舒适的建筑采暖已成为人们生活和工作的必需品，即是日常必需品，人们及相关学者已充分意识到建筑采暖系统的设计，对城市的环境和日常的生活有着很大的影响。本文以如下工程实例为依据，浅议高层住宅的采暖设计
工程实例
郑州市地处中原，地势比较平坦，本文就以一个由二十栋十层高的高层组成的住宅群为例，假设该高层地下一层为储藏室，地上一层至十层均为住宅，来简要说明高层住宅建筑的供暖方式选用及室内、室外采暖设计。
一、高层建筑供暖方式选用
我国住宅建筑供热采暖多采用热电联产或区域锅炉房为热源的集中供热采暖方式。因为集中供热能够提供稳定、可靠的高品位热源，而且能节约能源，减少城市污染，具有显著的经济效益和社会效益。其中区域锅炉供暖方式安全、清洁、方便，且采暖时间可由小区业主协调决定，然而缺点是费用比城市集中供热方式略微有些高，此外管理不当还会引起污染问题 ，所以基于城市环保发展战略需求，近年来，随着能源构成情况的变化，住宅建筑供热采暖系统也朝多元化方向发展，大力发展热电联产集中供热分户计量方式，成为已我国二十一世纪建筑采暖方式的首选，有关规定说明：“只要有可能接入热电联产集中供热网的，坚决不采用其它方式供暖”。
对于高层住宅建筑而言，采用市政集中热力网热电联产的方式供暖即安全又清洁又方便。热电联产是利用燃料的高品位热能发电后，将其低品位热能进行综合利用的供热技术。通过相关计算表明，此种供热效率约为中小型锅炉房供热效率的2倍，产热量造成的空气污染也远小于中小型锅炉房。 但也存在一定缺点，长久以来我们地处北方的建筑大都采用集中供暖方式，也多以居室采暖面积而定。此种计量收费方式给供暖收费带来很大麻烦，也就是说用户居住或不居住，都得交采暖费，导致30～40％的热量浪费。其次，长距离输送，管网初投资高，维护、管理费用也高。然而随着问题的发现，解决的办法也随之出现，按照前苏联的大规模实验结果，将此种供热末端增加调节手段，并采用按热量计量收费后,可节省热量30％以上，避免了以上诸多不便，所以集中供暖分户计量的采暖方式被广为应用，成为是我国非常提倡的一种供暖方式。尤其对高层住宅建筑区域，热电联产集中供热，分户计量更应是以后采暖方式的重点发展方向。
二、高层住宅室内采暖设计
2．1热负荷设计
采取分户热计量设计的高层住宅室内各房间采暖热负荷设计计算包括围护结构耗热量、冷风渗透耗热量和外门开启冲入冷风耗热量。围护结构耗热量：由基本耗热量和附加耗热量两部分组成，其中基本热耗量由公式q1=afk(tn-twn)计算得出；附加耗热量包括朝向附加、风力附加、高度附加，各项附加应按其占基本耗热量的百分比来确定。冷风渗透耗热量：指由门窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量，由公式q2=0.28cpρwnlln(tn-twn)计算所得。外门开启冲入冷风耗热量由q3 = qj?βkq.公式计算得到。
热负荷计算过程中需要注意的是：①由上述第一点可知此高层选用了分户计量，用户可以根据不同使用时间来调节自己室内的温度，而分户计量在户内系统中采用了温控阀，为满足热计量后温度调节的需要，住宅室内设计温度，应按相应的设计标准提高2°c，作为设计时温度计算参数，而不加到总热负荷中。②计算住宅围护结构耗热量时应注意：外墙传热系数应采用考虑热桥作用后的平均传热系数；轻质墙体应结合供热制度进行修正；当房间地面沿外墙有供热管道地沟时，该房间可不计算地面耗热量；地下室若不采暖顶板必须采取保温措施，并计算其温差传热量。③相邻房间温差大于或等于5℃时，应注意计算通过隔墙或楼板的传热量。因为此住宅采用了分户计量和分室控温，假若邻室无人居住或间歇性采暖，由楼板或隔墙形成的传热量会加大负荷，所以计算时应按常规计算的热负荷再乘以一个适当的系数来考虑该部分传热问题。④对于高层、超高层建筑而言，由于建筑物高度增加，要考虑热压和风压的综合作用，室外风速随建筑高度的增加而加大，因为对流换热与室外风速有关，风速愈大，传热愈快，所以风速对耗热量的影响有时不容忽视，必须通过计算确定。
2．2室内各房间散热器片数确定
散热器片数的确定，首先假设修正系数β1为1，要先确定散热面积，由公式f=qβ1β2β3/k(tpj-tn)计算得出散热面积，再根据每片散热器的散热面积f，求出散热器的片数，再乘以修正系数β1，即得到室内各房间散热器的片数。
2．3水力计算设计
通常高层建筑物的热水采暖系统采用分区供给，但当高度不超过50m时，可不用采取竖向分区。此高层十层未超过50米，户内采暖系统采用下供下回水平双管同程式系统，故水力计算与常规计算方法一样，唯一不同的是多了热量表和温控阀的阻力，其立管所带的并联环路由传统的一组散热器变成了一个单独的户内采暖系统。
设计计算时需要注意的是：①本系统采用双管系统，各层的支管在户内是同程式，但双立管所带的各并联环路是异程式。先选择最不利环路，确定其管径、压力损失。再用同样的方法依次计算各并联环路的管径、压力损失，求出各并联环路的压力损失不平衡率，双管同程式允许差值15%，双管异程式允许差值25%。②管材选用：双立管位于管道井内，采用热镀锌钢管，丝扣连接；户内埋于垫层内的采用pb管，外径不大于de25，因地势平坦无坡度敷设，流速不得小于0.25m/s，埋在垫层内的塑料管不得有接头。③热表设置：各居民用户设置户用热表，水过滤器等，采用一户一表。每户的户用入口设泄水装置，泄水管引至下一层管井内，还要将户内水平管道泄空，以便装修或维修方便。④埋地热管道穿卫生间时，通常要采用不穿防水层的做法，即采暖干管不进入卫生间，接散热器的支管埋入卫生间侧墙（非承重墙），并上翻至防水卷边上部（一般为30cm）进入卫生间，一进入卫生间就接散热器（散热器要高于地面30cm），保证不影响高点放气。
三、室外采暖设计
该高层住宅群采取环保节能措施，室外采暖设计包括：住宅群总热、确定循环水泵流量和扬程、补水泵的流量和扬程、室外管材选用等。该住宅群总热负荷为居住区综合采暖热指标乘以总建筑面积得到。循环水泵流量、扬程的确定：根据流量计算公式g=0.86q/△t，得出流量值，随后通过水力计算，得出室外管网与末端用户的阻力之和，即为扬程的米数。补水泵的流量、扬程计算：一般来说，补水量按循环水量的5%选取，其扬程由公式h=hb+hs-h计算得出。室外采暖管材选用：通常采外采暖管dn200及以下选用无缝钢管，大于dn200选用电焊缝螺旋钢管，不管选用何种管材均采用聚氨酯保温，外用高密度聚乙烯保护外壳。
四、结束语：综上即是作者结合实际经验，得出的以单元式住宅为主、采用热电联产集中供暖方式，按分户计量的高层建筑室内、室外采暖设计计算。当然，在实际设计中结合高层建筑本身的特点，综合分析各方面因素，选择最优采暖方式，最大程度满足居民舒适性生活的需求，才是建筑采暖设计的上上策。