高層建筑暖通設計探析
——以北京某商務中心高層建筑暖通設計為例

李 璞

（永泰房地產（集團）有限公司，北京 100089）

目前，隨著經濟收入的不斷增長，人們對于居住環境和整體建筑的功能性要求越來越高，尤其對暖通的建筑設計需求不斷增長，相關建筑暖通設計技術標準和規范也在不斷的優化和改進。隨著高層建筑工程項目的持續發展和數量的增多，使得高層建筑已經成為現代化城市建設當中主要的建筑類型，并且高層建筑的功能也從原有固定功能逐漸向多元化功能、系統化功能方向邁進。特別在控制技術、計算機技術、互聯網技術及控制理論的持續進步推動下，高層建筑暖通空調系統的設計也迎來了新的發展空間。因此，對高層建筑中暖通設計進行研究分析，對于城市整體發展規劃及城市化建設有著重要的價值意義，對高層建筑暖通設計水平和促進暖通設計技術性、科學性發展也有著至關重要的作用。

1 工程概況

北京某高層建筑暖通空調設計項目，2 棟甲級辦公樓，裙房為商用，建筑高度為99.85 m，地上為21 層，地下3 層，屬于典型的高層建筑項目類型。建筑主體結構設計為框剪結構，外墻使用玻璃幕墻材料加石材幕墻材料，其暖通空調系統為大型中央暖通空調。本文僅對地上的空調、消防系統進行探討，地下車庫及人防部分均按國家相關規范、標準設計，本文不做贅述。

2 高層建筑暖通設計的要點概述

在高層建筑工程項目設計之初，就已經針對建筑當中的暖通進行了部分預留設計，例如新風口、排風口的預留設計，空調機組具體安裝位置的預留設計。其主要目的是為后續暖通空調工程項目的接入安裝施工提供空間與結構支撐，在高層建筑工程項目當中，暖通空調工程的安裝必須要預先進行合理的設計，一旦暖通設計存在不合理，就會造成工程項目二次返工，給后續暖通空調安裝帶來很大的不便。另外，高層建筑暖通設備的使用占其能源消耗的很大一部分。尤其暖通空調對能源的消耗量較大，這也意味著必須要重視將高層建筑暖通空調工程項目設計融入節能降耗這一理念。因此，高層建筑暖通設計的要點主要可以從以下幾點考慮。

1）滿足冷熱負荷要求

高層建筑當中所涉及的整體暖通工程具有很大的分布范圍且較為復雜。如本案例工程當中，高層建筑為商務高層建筑。所以涉及到不同的暖通設備，如果同時運行就需要耗費大量的電力能源。為此，在進行建筑設計當中，需要明確最大冷熱負荷與電力能源負荷，并以此為參考依據，在確保暖通設備最大化利用的情況下，系統依然能夠正常運行，而不會發生負荷超載的情況。

2）從整體上進行合理的規劃

高層建筑的暖通設計需要將其作為整體高層建筑設計的重要組成部分和關鍵點之一，要給予足夠的重視，在進行高層建筑暖通設計時要能夠從整體把握，要具有全局觀，立足于整個高層建筑并綜合考慮暖通設計功能效應。在進行暖通部分的局部規劃設計當中，也要做好預算工作，將暖通工程相關技術規范和標準作為設計參考，實現合理規劃和科學設計，避免暖通空調設計與建筑設計發生沖突。

3）注重節能減排設計

高層建筑的暖通設計當中，還必須響應國家節能減排降耗的號召，遵循我國所提出的生態文明建設與生態文明城市建設的理念，積極研究高層建筑暖通設計的節能降耗設計方案。所以，在進行暖通設計過程當中，需要將節能技術融入到暖通設計當中，借助國內外高層建筑節能降耗方面較為成功的設計案例，汲取經驗，不斷進行暖通設計方案的優化改進，確保高層建筑暖通設計節能降耗效果[1]。

3 高層建筑暖通設計分析

以北京某商務中心高層建筑暖通設計為例。

1）確定暖通空調設計方案

高層建筑暖通空調系統的設計必須依據國家相關標準規范內容規定，同時也要參照國家相關部門所制定的法律法規，結合具體的氣象參數來予以設計。

暖通空調設計人員需要參考當地氣象局氣候參數，這些參數主要是暖通空調設計當中節能降耗設計的參考依據。本案例當中高層建筑的暖通空調設計系統根據不同空間的特點提出了不同的供暖要求。如本工程是屬于商務中心高層建筑，其具有明顯的綜合化、系統化特點，依據不同需求進行內部整體布局的劃分，而不同的房間在供冷供暖要求方面也不相同。例如1 層~4 層為商業，5 層及以上為辦公區，所以，在設計時必須充分考慮房間功能不同時對供暖的要求[2]。

本案例工程項目當中主要使用大型中央空調設備和局部空調共同使用的方案，中央空調部分和局部空調功能可以實現互補，并全面提高暖通系統的可靠性，中央空調設備具有故障率低、使用壽命較長的優勢，而且施工安裝相對較為靈活。

中央空調冷源采用3 臺變頻離心式冷水機組，夏季為空調系統提供7℃~12℃的冷水。熱源采用2臺常壓熱水鍋爐，通過板式換熱器換熱，為空調系統提供50℃~60℃的熱水。制冷機房、鍋爐房及各樓均設置冷熱計量裝置，作為結算點的熱計量表選用超聲波或電磁式, 設置數據采集和遠傳系統。

2）暖通空調系統的選用

對于暖通系統設計當中，空調系統的選用主要采用中央空調和局部空調相搭配的方式。而其中中央空調與局部空調有著不同的特點，整體的應用范圍和空間布局也各不相同，中央空調與局部空調性能方面對比見表1。

表1 中央空調與局部空調性能優缺點對比

從表1 中可以看出。本案例高層建筑主要使用混合式暖通系統。其中對于商業區域主要采用兩管制風機盤管+全空氣集中空調系統，辦公樓區域主要采用兩管制風機盤管+集中新風熱回收系統，其他區域采用局部空調方式，計算機機房、消防防控中心、電梯機房需要在24 h 內維持一定的濕度，但中央空調屬于間歇式方式[3]。所以，此部分采用局部空調方式。

3）新風排風系統

新風機組設計整體的規劃必須按照最基本的設計要求，新風機基礎設計必須滿足系統正壓要求和局部通風情況及衛生條件，要確保在此期間用戶可以獲得更加舒適的體驗感，尤其對于商業餐飲場所來講，其新風量的要求較高，所以，整體設計當中，本案例高層建筑新風量設定為30 m3/(h·人)~50 m3/(h·人)。

新風系統采用熱回收式新風處理機組，采用新風系統可以確保建筑內部的正壓，有效防止外界空氣的滲入，同時，還能夠為室內空氣溫度和衛生條件提供支撐。新風送入是屬于不間斷狀態，因此，不會發生遺留“原用戶”痕跡的問題，能夠為用戶提供全新的環境，采用熱回收式新風機組，維修維護較為便利且能夠降低能耗。

本案例項目當中新風機組設置于地下1 層及頂層設備層的新風機房，于核心筒內設置新風豎井及排風豎井，新風機組通過設備層集中防雨百葉取室外新風，經過新風機組熱回收處理后，利用核心筒內的新風豎井送至各層，各層的排風再由豎井排至新風機組，冷熱量回收后，排至室外。

除了依附于新風機組的部分室內排風之外，本項目還有一些區域采用了獨立的排風系統，如商業餐飲、衛生間，辦公層的公共衛生間等。因建筑層數較高，排風系統采用了室內排風扇與屋頂排風機相結合的方式，衛生間換氣次數按12 次/h 考慮，排風扇將室內空氣排至排風豎井，屋頂排風機將豎井內空氣排至室外，以確保室內的空氣質量。

4）空調水系統設計

空調水系統部分的設計主要考慮采用兩管制異程式系統，在地下主干管及豎向管井內立管采用異程式系統，為了能夠確保水力平衡，在建筑內每層支管上設置平衡閥進行調節。出管井的每層空調水管則采用同程式系統，確保末端的風機盤管機組之間水力平衡。夏季冷凍水供回水溫度為7℃~12℃，冬季熱水供回水溫度為50℃~60℃，冬夏通過機房內開關切換實現溫度轉換。所使用的兩管制異程式運行方式可以確保持續性且均勻地進行供熱供冷。變頻補水泵定壓系統控制原理見圖1。

圖1 變頻補水泵定壓系統控制原理圖

本項目空調水系統最高工作壓力為1.6 MPa，無需豎向分區，選用閥門的壓力均為2.0 MPa?？照{水系統補水定壓采用變頻補水泵定壓，因水泵長期在低轉速下運行效率較低，故設置2 臺補水泵，1 用1 備。變頻補水泵的揚程應保證比系統補水壓力高30 kPa~50 kPa，變頻泵流量應為系統水容量的5%~10%。

5）防排煙系統設計

高層建筑暖通設計過程當中，必須要重點注意建筑加壓送風與排煙系統的設計，不具備自然排煙條件的封閉樓梯間、防煙樓梯間、獨立前室、合用前室、消防電梯前室均設置機械加壓送風系統，火災時啟動加壓風機及相應風口，防止煙氣入侵，實現人員疏散。

本項目高度＜100 m，加壓送風系統不需豎向分段設置，可采用一套豎向加壓送風裝置，加壓送風機設置于屋頂機房內，在8 層樓梯間及每層獨立前室、合用前室、消防電梯前室設置壓力傳感器，控制加壓風機出口處的旁通泄壓閥，調整余壓值，使樓梯間余壓值維持在50 Pa，獨立前室、合用前室、消防電梯前室余壓值維持在25 Pa。

排煙系統豎向分段設置，1 層~10 層為一段，排煙風機設置于10 層排煙機房，11 層~21 層為一段，排煙風機設置于21 層排煙機房，保證火災時煙氣順利排出。

高層建筑暖通設計當中常會受到一些因素的影響或由于人為疏忽而產生不合理的問題，這就需要設計人員能夠全面掌握高層建筑項目的實際情況和具體精確的參數，才能夠設計出優質的暖通設計方案[4]。

4 結語

在當前國家所提倡的生態文明城市建設、可持續發展理念及節能降耗理念的推行下，為了能夠實現資源與能源的節約，對高層建筑的暖通設計必須要做到全方位的考慮，充分滿足在用戶實際需求的基礎上，實現科學合理的設計，同時也要融入節能降耗理念。一方面能夠有效降低成本，而另一方面也能夠提高整體的效率。尤其要注重暖通工程設計應符合國家相關法律法規和標準規范，如此才能夠有效的利用資源，并設計出高質量的高層建筑暖通設計方案，這也是新時期高層建筑節能的主要設計發展方向。