某高層建筑暖通空調設計探討

王烈兵

摘要:本文結合工程實例,從空調通風系統、防排煙系統等方面對該項目暖通空調方面的設計進行了闡述,同時分析了施工過程中遇到的一些難點問題，提出了工程質量的幾點體會。

關鍵詞: 暖通空調；通風系統；防排煙系統；設計；施工

1 工程概況

某高層建筑面積約70000m2, 建筑總高度為91m,建筑分為裙樓一、裙樓二和塔樓3 部分。地下共3 層,地上共26層,地下3 層為設備用房,地下2 層為車庫,地下1 層至地上6 層為綜合樓,7 層以上為辦公室及會議廳?？照{范圍為除地下車庫及設備用房外的其他部分,總面積約為45000m2。

2 空調通風系統的設計與施工

2.1 主要設計參數

本工程夏季采用空調制冷,冬季利用鍋爐供熱。制冷機組冷水、冷卻水進出水溫度分別為13℃/6℃和32℃/37℃,供熱鍋爐的進出口水溫為50℃/60℃。室內設計溫度除活動展廳為26～28℃外,其余活動空間均為24～26℃,相對濕度為40%～65%。

2.2 水系統、冷熱源及相關材料選擇

2.2.1 水系統設計

空調水系統分為塔樓和裙樓兩個系統,采用兩管制。塔樓豎向及每層平面采用同程回路設計,裙樓采用異程式。管道自分水器分兩路接入塔樓和裙樓的空調區域, 各路設水力平衡閥平衡管路阻力。為便于管道沖洗,塔樓水平供回水主干管相連,設置沖洗球閥。開式膨脹水箱設于主樓屋面,設計標高為91m。

2.2.2 冷熱源及相關設備

本工程計算總冷負荷為8900kW, 選用3臺制冷量為2637kW的離心壓縮式冷水機組和1臺制冷量為1044kW的螺桿壓縮式冷水機組;熱負荷為1100kW,采用熱量為1160kW的熱水機組為空調末端系統輸送熱水。冷水系統采用一次泵閉式循環系統,對應于不同的機組,分別為三用一備和一用一備。冷卻水系統采用冷卻塔開式循環系統,亦進行了相同的設置。冷水機組的冷水、冷卻水入口處均裝有電動蝶閥, 并分別與冷水機組、冷水泵、冷卻水泵聯鎖。熱水循環水泵的設置則是一用一備。根據對室外風環境的分析,冷卻塔置于裙樓一的屋面,對應于相應的冷水機組,選用3臺SC700UL型與1臺SC350UL型冷卻塔。為降低機械噪聲對塔樓辦公區域的影響,在冷卻塔的出風口加裝了消聲筒,并增設了導風板,將其上出風改為側出風,通過改變聲波的傳播方向進一步減小機械噪聲對塔樓的影響。受冷卻塔設置樓層及冷水系統高度的影響, 冷水機組蒸發器與冷凝器的工作壓力分別為1.6MPa 和1.0MPa。

2.2.3 水系統相關材料的選擇及安裝

考慮水靜壓力的影響, 大樓6層以下空調水管均采用無縫鋼管,6 層以上為保證管道安全使用壽命和施工的便利性, 主干管采用無縫鋼管焊接,水平支管則采用鍍鋅鋼管絲扣連接。在無縫鋼管與鍍鋅鋼管的焊口處,為避免夾焊的存在,需對鍍鋅鋼管焊口處的鍍鋅層進行局部處理。另外,在絲扣連接工藝中,為避免管鉗在鍍鋅鋼管上產生咬牙,從而使局部鍍鋅層產生破損,在接觸面增設布條,對局部破損處進行防腐處理。

冷凝水管為無壓管道,工程中選用了UPVC管粘接。冷凝水順利排放的關鍵是冷凝水管的坡度, 工程中綜合考慮建筑長度、業主要求吊頂標高及設計的坡度。對冷凝水管進行分段處理,就近排至附近管井或機房的地漏處。冷水管的保溫選用發泡橡塑材料。為避免工程中常見的保溫管接口開裂現象,大管徑水管使用板材保溫材料,管殼保溫材料只用于DN80 以下管徑。對不同規格保溫管殼的施工工藝都作出了具體要求。所有管道在施工前都必須做清潔處理,對于較大管徑的管道用管材安裝,其切口方向應順著管殼豎向直線做45°切開處理, 專用膠水刷入后必須待干約10min 才可合縫(指干為宜),合縫口及接縫口必須使用專用膠帶封閉,且1m管道需攔腰纏2～3道專用膠帶穩固;對于較小管徑的管道用管材安裝, 其切口方向則順著管殼豎向直線切開,專用膠水晾干時間亦以指干為宜, 管道攔腰穩固膠帶可適當酌減。本工程中使用的是難燃B級保溫管殼,考慮不同規格管殼的保溫厚度對其張力的影響,管殼管徑大小的劃分以DN50為準。系統順利通過了有關部門的驗收,運行一年多來,在機房等管道明裝處未發現保溫管接口明顯開裂現象。

2.3 風系統

2.3.1 設計原則

大型教室、多功能廳、報告廳等大空間采用全空氣系統,選用立式或整裝空調機組, 系統均考慮上送下回或上送上回兩種形式,新風自機房直接開洞引入;其余房間均采用風機盤管加獨立新風系統,各個房間設帶溫度設定的風量三速開關,可獨立控制;標準層于內走道單設臥式吊裝新風機組,自外墻直接補入新風。

2.3.2 風管的選擇及風閥、風口的安裝

空調風管采用超級消聲風管(簡稱超級風管),密封材料的選用至關重要,有熱敏膠帶和壓敏膠帶兩種,熱敏膠帶適合用于在地面上加工的風管,而壓敏膠帶則適合在風管系統吊裝連接時使用。根據系統的壓力和管道尺寸,選用正確的加固方法。

另外,對于高靜壓風機盤管側送風管的安裝,考慮超級風管本身為柔性材料,取消了風機盤管與超級風管之間的帆布軟接。風閥與超級風管之間的連接采用承插式連接, 接縫處做密封處理?？紤]超級風管自身強度問題,工程中對此類風閥單設吊桿承重。

風口的安裝除服從設計要求外, 還應注意與裝飾的協調配合。同樣,風口的自重不應由風管承擔,這需對裝飾的輕鋼龍骨進行局部加固處理。至于回風口,由于采用吊頂回風方式,可以通過對回風口加工尺寸的處理,直接安放在輕鋼龍骨上。

2.3.3 空調機房的安裝

空調機房的新、回風管均直接接至設備,為在過渡季節利用全新風,在新風管道的設計中,盡可能擴大其有效尺寸,同時,風管直接接至設備的連結方式,也為樓宇自控系統(BAS)奠定了良好的基礎。而水系統中,在過濾器前后分別設置了壓力表,壓差的變化直接反映過濾器的性能狀況。同時,通過設備進出口壓力表的設置,也較容易判斷空調機組的實際流量是否達到設計要求。

2.4 防排煙系統

2.4.1 設計原則

根據《高層民用建筑設計防火規范》(GB50045- 95)規定,本工程高層主樓設有2部防煙疏散樓梯,該防煙樓梯間及其前室、合用前室共設2套機械加壓送風系統。2臺離心式通風機設在塔樓觀光層的屋面,加壓送風量由計算確定。防煙樓梯間每2 層設一個加壓送風口,合用前室的正壓送風口每層設置,風口均采用常開雙層百葉風口,并在風機的壓出管上設置止回閥。發生火災時,由著火層煙感探測器發出報警信號,傳至消防控制中心,由消防控制中心自動開啟正壓送風機,進行加壓送風。裙樓的防煙疏散樓梯也進行了同樣的設計。

會議室,衛生間,強、弱電間等處設置了機械排風,這不僅有利于強、弱電間設備的散熱,有組織的排風方式亦有利于保證室內的空氣質量。

地下2 層車庫設置排風兼排煙系統, 除與車道相連的防煙分區利用車道自然進風外, 其余各負荷分區都設置了風量不小于排風量50%的送風機。對地下1 層和地面可開啟外窗但不能滿足排煙要求的教室均設機械排煙系統同時進行機械補風。

2.4.2 防排煙風管的選擇

本防排煙系統的風管選用了玻璃纖維氯氧鎂水泥通風管道,此類管道廠家多采用人工加工方式。產品在加工過程中需參照相關標準對產品的原材料及加工工藝進行嚴格控制. 工程中對置于室外的此類風管,在風管表面加設保護層。這樣不但可以防止風管變形,也有了較好的視覺效果。對于長期處于地下潮濕環境的風管,由于空氣相對濕度較大時,易在制品表面掛滿水珠,嚴重時會出現水珠連成一片形成流淌的現象, 并會隨著環境濕度的不同發生吸潮返干燥的反復變化。這種變化不僅影響制品的外觀質量,而且降低了制品的耐水性和使用壽命。針對此類情況,不但要在源頭(原材料和加工工藝)上進行嚴格控制,更要及時開通已安裝好的通風設備以降低空氣相對濕度, 減小對風管的影響。工程中只要對產品的原材料及加工工藝進行嚴格控制,上述的風管工程質量問題皆可得到有效控制。

3 本工程施工過程的幾點體會

3.1 設計與施工之間的矛盾

施工圖紙是工程施工的最原始依據, 施工圖紙的合理及完整與否直接關系到施工能否正常進行。

3.1.1 設計階段各工種之間應充分協調

由于設計各工種之間協調不充分,使得施工過程中,局部區域即便嚴格按圖施工也不能滿足相關規范要求的情況并不少見。如本工程中的地下2 層車庫,土建工種在施工中,為了保證次梁結構的安全,取消了梁上本應給消防、噴淋預留的孔洞,而又沒有提高相應的層高,使得消防、噴淋、防排煙、強電等各工種設備擠占有限空間,根本無法滿足標高的要求。為了解決這一矛盾,不得不重新全面協調各工種設備的走向, 盡可能減小防排煙風管的厚度,并犧牲了局部車道使用功能。對局部車道使用功能的改變, 主要是將調整后排煙風管必須通過而又不得不降低標高的主車道改為停車位,從而降低對標高的要求,對局部標高較低處(最低處僅1.7m)設置警示牌以提醒司機,從而限制通過此處的車輛類型。由于此車庫多為小型車,且車庫設置了多條循環主車道,如此處理方法并未對車庫的使用產生影響。

3.1.2 設計人員應及時完善相關圖紙

本工程中,原設計未對空調機房進行詳細設計,只對相關設備的參數提出了具體要求, 施工單位根據到貨設備的具體尺寸和預留空調機房的實際情況, 對設備的擺放及管道的走向進行了盡可能合理的布置, 但還是發現部分機房空間顯得比較富余,而另一部分機房空間又難以滿足安裝要求。為了滿足工藝的要求,往往以犧牲維修空間為代價,但還是存在部分局部阻力構件對儀表檢測精度的影響。另外,工程中有一臺立式頂出風的空調機組, 由于設備尺寸和空調機房的梁下標高發生沖突而無法安裝, 最后不得不將此臺空調機組的頂出風方式改為側出風才解決這一矛盾。

3.2 施工單位各工種之間的矛盾

（1）由于本工程實行預、決算制,有些施工單位為了盡快拿到進度款,忽視現場的實際安裝條件,搶先進場施工,結果導致其他工種施工無法進行。

（2）施工中,業主常常會根據實際需要改變部分空間的使用功能,也即房間的分隔有可能發生變化,此時,各工種之間如未能及時協調,常常會有不必要的麻煩。在本工程中就出現了風機盤管安裝完畢后,由于增加隔墻,此房間風機盤管的三速控制開關出現在其他房間的情況。

（3）工程中一些矛盾的解決需要各單位之間的全力配合協調。如在本工程中,通常情況下裝飾公司只對管道的標高提出要求,而在一樓大廳的裝飾設計中,由于特殊造型的影響,裝飾公司對空調風管的安裝,不但對標高提出了要求,而且還嚴格限制了風管的走向和風管的間距,由于雙方缺少必要的溝通,區區數臺風機盤管的安裝竟改動了多次,費時費力。

3.3 工期與施工質量之間的矛盾

工程中,由于施工單位自身的實力、業主的付款情況、設備的到貨時間、設計的變更等種種因素的影響,常使得工程進度難以達到預期的目標,隨著工期的日益臨近,施工單位常常又以犧牲工程質量為代價。實際上,只要科學合理地安排施工進度,加強管理,附以一定的經濟處罰措施,質量和工期均可以得到保證。