高层建筑暖通空调系统设计分析_林莉萍.pdf

LOW CARBON WORLD 2022/12高层建筑暖通空调系统设计分析林莉萍（福州市辉腾制冷设备有限公司，福建 福州 350000）【摘要】在社会的不断发展下，人民的生活水平得到了很大程度的提升，对于建筑物的使用要求越来越多，尤其是在一些能够提升建筑环境类使用体验的环节，更是要重点宣传和落实的部分，其中暖通空调系统目前已经成为高层建筑功能性的重要参考。为此主要探究了高层建筑暖通空调系统设计应遵循的基本原则以及高层建筑暖通空调的设计要点，并详细分析了高层建筑暖通空调系统设计中存在的问题以及相关的解决对策，以期为相关工作带来帮助。【关键词】高层建筑；暖通空调系统；设计对策【中图分类号】TU83【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）12-0103-030引言对于高层建筑而言，暖通空调系统发挥着十分重要的作用，其是现代化进程中必不可少的内容，因此，需要更加科学、合理的设计暖通空调系统，使其能够被充分使用，以此提升高层建筑能源的整体利用效率，减少环境污染造成的负面影响，良好地改善室内环境。如果不能恰当地安装高层建筑暖通空调系统，就会严重影响室内环境，因而必须提高暖通空调系统设计的合理性，并且在安装过程中要遵循必要原则，针对安装中出现的问题采取相应解决措施。1高层建筑暖通空调系统设计应遵循的基本原则1.1经济性原则暖通空调是一种长效设备，因此，对于高层建筑暖通空调系统的设计而言，经济效益是其中非常关键的问题。要想提高暖通空调的经济效益，更好地符合经济原则和保证质量，应尽量减少初始投资，降低运营成本，提高项目的整体效率。首先，需要在设计阶段进行规划和预算编制，在方案开发阶段进行系统设计的优化。其次，需要通过科学、合理的设计，将暖通空调系统的使用寿命有效延长。最后，需要有效控制暖通空调系统的成本，尤其是在使用期间，如果能源成本过高，就极有可能会影响空调的有效使用。因此，必须采用科学开发的方法降低空调成本，保障暖通空调系统的长期使用效果，实现暖通空调系统的经济目标。1.2环保节能原则建筑行业未来发展的必然趋势就是节能环保，节能环保可以有效缓解当前国家能源短缺和环境破坏严重的问题。例如，太阳能、空气源、地热能等新能源都可用于暖通空调系统设计中，使暖通空调系统能尽量减少污染物排放、减少能源消耗。高层建筑暖通空调系统要想贯彻节能环保的原则，就要在设计阶段使用更多的新设备、新技术，但是，此种方式会增加一些预算支出。因此，应加大对暖通空调系统节能环保设计的投入以及政策支持力度，更好地建设暖通空调系统。1.3安全性原则高层住宅的安全与用户安全有着较为直接的关系，因此，对于高层建筑设计而言，最重要的问题是保证设计安全，具体如下：明确暖通空调系统的安全范围，包括暖通空调系统的使用环境、摆放位置、运行安全和防火防电设计等，确保暖通空调系统不会因设计上的疏忽而接触楼宇内的易燃易爆气体，导致发生火灾、爆炸等危险事故1。根据这一原则，为了更好地确保暖通空调系统的设计安全，必须严格遵守建筑物防火、烟尘、热通风系统设计的规定，必须严格执行有关的防火和防爆设施，合理使用防火安全和自动火警系统，为用户的安全提供充足保障。2高层建筑暖通空调系统的设计要点2.1空调水系统设计由于楼层过高会导致管道的水流量变小，且建筑高度所产生的静水压不仅会影响管道的运输，还会严重影响阀门及其配件以及建筑物的内安装设备，因此在设计高层建筑暖通空调系统的过程中，需要重点考虑建筑高度对水流的影响。在设计过程中，水系统的布置方案与暖通空调系统设备的承压性能相互关联，应当考虑作用于水系统设备上的压力，不仅要考虑建筑物对其产生的影响，还要充分考虑其运行期间产生的水压值2。2.2空调循环水泵设计循环水泵是连接制冷主机和房间制冷设备的纽带，为循环水系统提供动力，也是暖通空调系统的重要组成部分。在设计高层建筑的空调循环水泵时，由于冷冻泵、冷却泵的配置是按夏季最大流量（在此基建筑 节能103DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.12.026LOW CARBON WORLD 2022/12础上还要放大余量，一般为 1.11.2 倍）来确定，且实际使用中气候情况、客观流量活动内容等以及所需负荷的不断变化（负荷极少达到最大值），如果应用一台循环水泵装置，必然会在运行中造成能源浪费，因此通常情况下，泵的台数应根据冷却器的数量来匹配冷冻水泵，至少要选择两个循环水泵，同时考虑一个备用泵，既可以满足过度季节的使用，又可确保当泵出现故障时仍能满足系统的正常运行3。2.3冷热源设计高层建筑暖通空调系统的设计需对电气系统、暖通系统等设备的情况进行充分考虑，以此确保各系统能够正常运行，在制冷供暖方面对室内空气产生有效的作用。对于控制整层建筑的设计而言，中央设备间和层房机间有着非常重要的作用，需要注意的是，不同的暖通空调系统方案会在一定程度上改变建筑的使用面积和建筑面积4。2.4水力平衡装置设计在设计水力平衡装置时，需要遵循以下 4 点：对于流量系统体系平衡性装置设计，必须科学合理地设计管路。对于变流量系统，必须在热力入口部位设置静态水平衡阀。开展设计工作时，需要重点参考暖通系统调节和水力计算结果，对高层建筑的动态流量平衡阀进行设计时同样需要参考上述信息。根据实际情况可以将动态平衡调节阀门设置在新风机组的管路上，通过这样的设计可以在最大限度上发挥调节功能。2.5防排烟设计在暖通空调系统中设计防排烟系统的目的是在高层建筑发生火灾时，建筑中的一些重要空间还能继续使用空调，一方面阻止烟雾通过管道进入这些重要的空间区域，另一方面需要通过防排烟系统及时将这些区域的烟雾排出，防止烟雾对重要区域内的人造成伤害。防排烟系统可以采用机械加压送风方式，对于竖向可以采用分段设计，要求每段高度低于 100 m，且地下和地上部分单独设计，不得共用。为了保障机械加压系统的稳定可靠运行，需要将其放置于单独机房，并配套使用余压阀压力控制装置，精确控制相关的压力差值。例如，可以将楼梯间与走廊之间的压力差值控制在 40 MPa50 MPa，避难层、前室与走廊之间的压力差值控制在 25 MPa30 MPa。需要注意的是，排烟风管较大，为了节省室内空间，宜采用外窗自然排烟的方式。3高层建筑暖通空调系统设计中存在的问题3.1设计缺乏合理性高层建筑的暖通空调系统设计如果缺乏可行性，将会直接影响后续的空调安装和调试。对于高层建筑的施工环境而言，暖通空调系统的设计能够作为指导性文件引导后续的施工安装。可行性不足是暖通空调系统设计时普遍存在的问题，而造成此类问题的主要原因有以下两个方面：设计人员在设计暖通空调系统时，没有全面考虑到建筑物所处的自然条件、气候条件以及地下水源的因素，进而对暖通空调系统设计的合理性造成了影响。由于工作人员的业务掌握程度不高5，不能正确认识相关法律法规、行业标准以及工程施工需求，导致设计的暖通空调系统不能满足高层建筑使用要求。3.2安全性不足对于高层建筑暖通空调系统的设计，参与设计的工作人员对设计方案整体的安全性必须要足够重视。由于一部分设计人员缺乏工作经验或主观上不重视安全问题，未能充分考虑到设备安全、系统安全、人员安全、防火安全以及环境安全，导致暖通空调系统在安装、调试、使用等不同环节产生安全隐患。3.3经济性不足经济性不足是高层建筑暖通空调系统普遍存在的问题，而且目前还没有能够有效解决此问题的相关措施。其主要是因为部分设计人员专长于技术性的研究和操作，在设计方案时，虽然也根据高层建筑施工本身的空间布局和整体方案设计了多项备选方案进行比对，但是在专业理念的影响下，并没有对参与对比的设计方案建立统一的基准条件。例如，对比供应新风的方案与不供应新风的方案，得出的结果具有较差的说服力，从而无法对比以此种数据得出具有较高经济效益的方案，导致暖通空调系统的设计经济性不足。3.4对节能性控制不够重视受市场经济的影响，整个建筑行业都得到了快速发展，尤其是高层建筑施工领域。近年来，高层建筑在我国城市地区的建筑项目中占比越来越大，建筑规模不断扩张。而在高层建筑发展期间，对暖通空调系统节能型的控制不够重视，致使施工所引发的能耗问题开始集中暴露，引起全社会的重视。据相关数据的考察，我国暖通空调系统所耗费的能耗在整个社会建筑能耗消耗的占比已经超过 30%，能够反映出我国不同地区建筑行业普遍存在节能问题。4高层建筑暖通空调系统设计对策4.1优化暖通空调系统设计方案对于高层建筑暖通空调系统的设计而言，设计方案的优化是暖通空调系统设计的关键内容，通过方案的优化能够避免设计因素导致的暖通空调系统运行问题，提高其使用寿命，保障其发挥效果与室内环境调节作用。因此，需要结合施工现场的实际情建筑 节能104LOW CARBON WORLD 2022/12况，根据用户的实际需求，参考技术人员的设计，对暖通空调系统的设计方案进行优化，以此确保暖通空调系统完全可以满足建筑使用者的根本需求。通常情况下，不同建筑的制冷和制热负荷有所不同，这与建筑的功能和使用环境存在一定的联系，为了保障暖通空调系统运行能够保持室内环境的稳定，需要对其运行性能进行优化，确保其在较为极端的负荷状态下，依然可以保持稳定工作，提供良好的取暖和制冷服务。另外，在设计方案优化上，需要重点审查暖通空调系统的节能系数，通过理论分析获得系统运行过程中的能耗水平，从而评估其是否符合当前的建筑节能设计要求，并对能耗较高的因素进行排查和改良，以此提高系统运行的节能性。4.2重视节能减排设计空调系统的设计对于高层建筑暖通空调系统设计而言非常重要，而将节能减排理念应用在空调系统中能够节约能源，是未来的发展趋势。高层建筑暖通空调系统的设计可以从空调风系统、冷热系统、水系统着手，将节能减排理念融入其中。由于暖通空调系统正常运行时，水泵能源消耗非常大，设计人员要尽可能地将变流量系统运用其中，采用变频技术对空调中的水系统流速、流量进行动态调节，减少空调系统水泵的能源消耗，以此达到节能减排的目标。另外，自然风是非常好的资源，其本身的空气品质很好，不仅可以改善室内环境，还能够进一步减少空调主机的运行，延长其使用寿命，节省能源、降低成本。因此，在设计期间应充分发挥自然风的优势。4.3选用合适的空调末端设备空调机组设备的设计对于暖通空调系统而言是重要的设计内容，空调机组设备的能耗、功率以及运行性能等，都会对暖通空调系统的有效性产生较为直接的影响。空调系统的主要形式是定风量全空气系统和新风+风机盘管系统，这两种系统主要用到新风机组、变风量空调箱、组合式空调机组和风机盘管等末端设备。这些末端设备在选择时，需要充分考量冷量、风量、机组余压、噪声等参数，如果配置不合理就会直接影响到空调的制冷效果。所以，暖通空调系统设计人员应遵守我国的相关标准，并与工程的实际情况相结合，合理设计暖通空调系统。4.4注重通风设计在对高层建筑暖通空调系统进行设计的过程中，应对室内通风口的位置进行合理设置，风口对气流组织有着关键作用，根据送回风量，设置合理的通风口，均匀分配，同时避免柱和梁的阻挡，最大限度地减少风量扰动对气流产生的负面效应。当前的研究数据表明，现下暖通空调系统通风不但能源消耗大，同时局部通风做得并不到位，主要是因为高层建筑环境复杂，故而必须要设计人员按照实际情况合理优化设计，方可促进暖通空调系统具备优质的通风。通风设计中保温材料的选择也至关重要，在进行保温材料的选择时，一定要将材料的使用寿命及场合考虑到位，这对于建筑的使用性能有着重要影响。例如，建筑单位考虑到费用及施工等因素，大多数使用铝箔玻璃棉材料进行保温，铝箔玻璃棉材料对风管的保温效果较好，但由于风管表面温度过高，施工过程中要加强对材料的容量控制，才能延长材料的寿命和改善材料的绝热效果。4.5注重设备的噪声问题空调噪声源于空调器运作时所发出的机械振动和空调各组件工作时自身发出的噪声以及组件之间相互影响发出的噪声。在设计安装空调时，一般采取防震和降噪措施，例如，选用低噪声、振动小的横置式涡旋压缩机，泵底座下方安装一个较大质量的钢筋混凝土板惰性块，然后在板下方配置减震器