如何做好高层建筑暖通空调选择与设计

【摘要】本文重点介绍了高层建筑暖通空调系统种类，并阐述设计中方案设计的重要性与需要重点遵循的原则，其次根据工作经验指出了暖通空调施工图设计中应特别注意的问题，希望能为暖通空调业同行提供参考。

【关键词】高层建筑；暖通空调；设计要点

目前许多大城市多为高层建筑，从办公写字楼到商住公寓楼，暖通空调已成为现代化建筑必不可少的重要设施。因地制宜的合理选择能源资源，充分有效的用能，提高高层建筑用能系统的效率，合理设计创造舒适的室内环境而同时尽可能减少对室外环境的负面影响，是高层建筑暖通空调设计中必须解决的问题。

1 暖通空调系统的类型

暖通空调系统种类繁多，基本原理都是相通的。其常见的几种类型是：全空气系统、空气一水系统和全水系统。另外还有：分散式供冷或供暖、热泵系统、热回收系统和蓄冷。全空气系统：在这类系统中，空调空间的所有要求(如加热、加湿、冷却及除湿等)都靠送风来满足。空气-水系统：这类系统通常是用冷水带走空调空间的大多数显热负荷，而用空气提供通风以保证空气质量并带走由于空间的潜热负荷造成的湿气，当然空气也提供一些额外的显热冷却。全水系统：这类系统指那些具有风机一盘管、组合通风装置或重力循环式室内末端的系统，未调节的流通空气通过墙上的通风口送入或渗入。其最大的优点在于能够适应许多建筑物空气调节要求，并且可灵活地应用在空调系统的改造中。


2 方案设计要统筹解决设计中的问题

暖通空调设计方案的问题是方向性、全局性的问题，不仅关系到高层建筑的室内环境参数能否满足使用要求，而且直接关系到建筑的工程投资、维护费用、舒适性、系统可靠性、安全性和可操作性。并影响到环境、建筑层高、建筑美观、机房面积等诸多指标参数。

2. 1 可靠性与可行性

能够满足高层建筑通风采暖的使用要求是方案可行性应考虑的首要问题。设计方案应符合国家和当地政府有关和规范的要求，包括有关环境保护的要求。设计方案应能满足相关方面的要求(如供电、供气、供水、供热等)，并应特别顾及这些条件的长期、变化情况。对于温湿度等参数要求较高或比较特殊的工艺性暖通空调设计项目，应对设计方案进行全年工况分析，以确保其在全年各种室外气象条件下的适应性。

2. 2 经济性比较

经济性比较是高层建筑暖通空调方案比较中考虑最多的一个问题。应在相同的设计要求与条件下进行比较，这样才能确保方案比较结果的合理性和科学性在计算时应全面准确、不能漏项。暖通空调设计方案的一次投资包括各种设备、材料、管道的投资，和相应的安装、调试和工程管理费用，相关水处理和配电与控制投资，机房土建投资与相应室外管线的费用等。运行能耗和运行费用是暖通空调设计方案技术经济性比较必须考虑的重要参数。

2.3 调节性与操作性

高层建筑暖通空调系统的容量的确定依据是接近全年最不利的气象条件，因此空调暖通系统应有较好的调节性能，以适应全年负荷的变化。调节性能好的系统方案，一次性投资较高但同时却有运行能耗较小的优点，在经济性分析时应综合考虑衡量。另外，空调系统的管理操作方便性跟是否采用自动控制关系较大，设计时应根据实际情况和要求，经技术经济性比较来确定。空调系统采用自动控制，能减少系统管理人员的数量和劳动强度，降低人工管理费，但工程的一次性投资增加，对操作人员素质的要求也相应提高。设计时遵循的一般原则为，大型空调系统和需要经常调节控制的设备较多的工程宜采用自动控制，但自动控制系统应尽可能简化，以提高系统的经济性和可靠性。

2.4 安全性问题

高层建筑物暖通空调系统的安全性主要包括易燃易爆环境安全、防火安全、人员环境安全、重要设备物品环境安全、系统设备运行安全5个方面的问题，比如空气传染性疾病和有毒有害气体在空调系统中的扩散和蔓延。暖通空调系统的安全性的提高途径要在通过工程设计、设备研制、运行管理、规范和技术措施等诸多方面的改进加以实现。比如设计库房、煤矿和弹药厂房等易燃易爆工程的通风空调系统时，安全性是必须考虑的重要因素，应采取相应的防爆技术方案和措施。在设计燃油燃气锅炉房时应考虑可燃性气体、液体泄漏带来的安全性问题，应设置可燃性气体泄漏报警系统和事故通风系统，并相互联锁。防火安全问题应按照有关防火设计规范来考虑，设备安全运行的问题主要包括制冷系统的安全等。总之，高层建筑物暖通空调系统需要调节的量一般包括空调对象的温度和相对湿度的调节，送风量、湿度的调节，冷却水泵和冷冻水泵的转速调节，冷却塔风扇以及风机转速的调节，工况转换监测和控制，变送风流量调节及变水量流量调节等。这些量可以作为空调系统控制的被控量也可作为系统要优化的量。


3 高层建筑暖通空调系统设计中应注意的问题

根据目前审图部门对暖通空调工程设计，特别是高层建筑暖通空调中提出的一些常见问题，对照设计规范、规定及标准，列举了在系统设计、设备选型、管道布置等几个方面应注意的问题。

3. 1 空调循环水泵的选型问题

循环水泵容量过大在我国是普遍存在的问题，其容量通常能达到实际需要的2倍，这将造成极大的投资费用和运行费用的浪费，究其原因主要是：①设计冷负荷偏大。②系统循环阻力计算结果偏大。③净水压力问题。错误的将净水压力算作系统的循环阻力，造成系统循环阻力计算偏大。④系统水力平衡计算问题。水力平衡计算不精确，正式投入使用前又没进行全面的调试，会造成水力失调。在具体的设计过程中，应该随不同时刻冷负荷及扬程的变化而变化，能够满足不同条件下优化运行的要求，通过对定速泵的台数控制及变频泵的速度调节达到节能的目的，控制方法简单，节能效果明显。

3. 2 供暖方面

高层建筑暖通入口入户装置根据采暖通风与空气调节设计规范规定，热水采暖系统，应在热力入口的供回水总管上设置温度计、压力表及除污器，必要时应装热量计。而设计人员往往只注意入户热力装置的设置，忽略了入口装置，造成设计失误。入口数量问题应考虑开发商后续管理方便的基础上，设计人员不仅要考虑室内供暖系统的合理性，又要考虑室外管线衔接的合理性，不能顾此失彼。规范规定楼梯间或其他有冻结危险的场所，散热器应由独立的立支管供热，且不得装设调节阀。工程中共用一根立管一侧连接邻室房间散热器另一侧连接楼梯间散热器的做法，因密闭性难以得到保证，供暖发生故障，将影响邻室的供暖效果。带有底层商铺的住宅设计规范明确规定，对建筑内的公共用房和公用空间，应单独设置采暖系统和热计量装置。但设计中总存在商铺未单独设热计量装置，或与住宅采用共用系统，都将对以后使用后引起不必要的麻烦。采用共用立管系统的高层住宅，设计中要根据系统水力平衡、承压能力、散热设备及化学管材的特性等因素对供暖系统及共用立管进行竖向分区设置，并应考虑管道热补偿问题。

3. 3 空调通风方面

空调与制冷技术手册、采暖空调制冷手册等明确给出的旅馆办公类的冷负荷指标为94w/m2～163w/m2，商场类建筑夏季冷负荷的概算指标应为210w/m2～240w/m2。但在实际设计过程中，一般存在两种问题致使空调装机容量偏大。一是由于设计时考虑各种各样的安全系数，从而使单位空调面积的制冷机装机容量大比手册中冷负荷概算偏大，远大于实际运行中单位空调面积峰值冷量。二是目前在空调系统设计过程中，部分设计人员采用负荷指标估算方法，使得制冷机装机容量普遍偏大，也明显造成初投资的大量浪费，甚至影响部分负荷下的冷机效率。水泵扬程选择不当也是暖通空调中比较常见的一个问题。水系统扬程选择因设计差异而存在较大差异。如某工程冷却塔放置在80m高的屋顶，冷却水为闭式循环系统，而设计者在选择水泵扬程时误将高程加进了水泵的扬程中，致使所选水泵扬程高达95m。有的设计在选择冷冻水泵时，忽视了冬、夏季流量的之间的差异，如某工程夏季空调所需7℃/12℃冷冻水的循环流量是400 m3/h，而冬季所需50℃/60℃热水循环量为200m3/h，可见夏季空调冷冻水循环量要比冬季采暖热水循环量大得多，所以冬夏季冷水泵热水泵应分别设置，合用一台是不合适的。

4 结论

暖通空调设计方案的选择是一个直接关系到暖通空调工程项目的成败和经济效益优劣的重要问题，而施工图设计各个细节处理的是否完善也是关乎整个暖通空调设计的成败，两者缺一不可。应重视多方案比较,作出合理的设计。图纸审查不严、流于形式。应坚持三审(自审、审核、审定)制,确保设计(含图纸、计算书)质量,减少出错。因此一个优秀的暖通空调工程设计，不仅要的综合效益最高的方案设计，还有设计细节完善的施工图设计。

【参考文献】

【1】李娥飞.暖通空调设计通病分析手册[K].北京：中国建筑工业出版社,2004.

【2】李竹光.暖通空调规范实施手册[K].北京：中国建筑工业出版社，2006.

【3】华东建筑设计研究院.高层公共建筑空调设计实例[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.