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1、对高层建筑暖通设计的探讨 - 暖通论文 对高层建筑暖通设计的探讨【摘要】 现在中国最炙手可热的产业就是房地产，住房是民 生的基本要求，但是因为我国人口众多，所以住房需求也相对较大。 原有的独门独院式住房已经无法满足现今人们的需求了，而越盖越 高的楼房开始逐渐普及，这也是因为高层建筑可以在相同的地基上 可以容纳更多的人。另外，随着国家经济水平的提高，国民对生活 水准的要求也越来越高，我们不仅要有地方住，还要住的舒适，而 其中冷暖舒适度就是我们住房中的一项最基本要求。现今的科学技 术飞速发展，我们由原来的空调、暖气分开式逐渐发展成为现今比 较热门的暖通空调系统，不仅具有原来空调暖气的功效，还在此基
2、 础上增加了很多提高生活舒适度的措施。【关键词】 高层建筑,工程,高规,干扰一.什么是高层建筑高层建筑故名思议是对超过一定层高的建筑物的总称。现在 不同国家对高层建筑的界定范围都不一样，美国规定建筑物超过 24.6 或者楼层达到 7 层以上就属于高层建筑，但是我国平均楼层的 高度较其他国家的偏低，所以我国在 2005 年规定楼层超过 10 层的 住宅建筑或者高度超过 24 米的民用建筑都归于高层建筑范围。高层 建筑是随着各个国家消费超过一定程度之后自然而然发展起来的， 而事实也证明高层建筑有提升国家经济效益的功能，所以高层建筑 是世界未来发展的大趋势，值得我们好好的研究。 二.关于空调平面分区
3、的思想我们一般将一个房间按照方位划分为东、南、西、北四个区， 我们一般都认为每个房间各个区域的温度、湿度等条件应该都是相 同的，其实不然。现在我们将房间区域按照另一种区分方法做了细 化区分内区和周边区，这种方法主要是按照冬季空调负荷性质 和大小的不同做的，现在尚没有准确的划分界限。1 幢大楼标准层平面一般至少得有 500-1000m2，其进深少则 几米，多则十几米。经验表明，紧邻外墙、外穿的区间，冬季由于 室外气温低于室内，通过外墙、外窗的传渗透等影响，室内需要供 暖，才能保持室内所需的温度。但是，远离外墙、外窗的区间，冬 季却没有这炎热损失，所以，它没有供暖要求。非但如此，现有的 现代化大厦
4、的使用实践经验表明，随着办公设备的迅速进步，室内 使用的自动化办公设备的种类和数量愈来愈多，如计算机、复印机、 打印机、文件破碎处理机、传真机等等。这些办公设备的用电自然 最终还是以热的形式散发出来。另外，现代化大厦室内照明的照度 标准也远远高于一般常规建筑。这样大功率的照明灯具显然也是全 年稳定的散热源。所以，就这部分区间而言，冬季不但不需供暖， 而且还得供冷，否则室内便会过热。基于冬季这两个部分区间的两种截然不同的空调要求，现在 欧美、日本等国家的规范化做法都是首先在平面上划分为周边区和 内区。内区需全年供冷，周边区则是冬季供暖、夏季供冷。至于周边区和内区的具体划分方法，大致是把距周边外围
5、护结构内表面 3-5m 的这一区间定为周边区，其余的面积则统称内区。由于周边区和内区冬季的运行工况不同，所以，在空调水系 统的设计上必须作出相应的考虑和安排。譬如，在水系统方面，尽 管对个别空调机组而言，一般都是采用双管制;但是，对于整个中央 空调的水系统，这时便不是双管制所能满足要求的了。因为在这种 情况下，冬季一方面要考虑周边区的供暖，需要供热水;而另一方面 又要顾及内区的供冷，必须供冷水。所以，从这一层意义上来主产， 采用如此分区的空调工程的中央空调水系统必须是四管制。所以根据房间内区和周边区热量的不同而采取不同的暖通调 节措施是非常必要的。三.关于高层空调水系统的垂直分区1.高层建筑空
6、调系统分区一般多按垂直高度 80m 计算，这主 要考虑到标准型冷水机组、空调器中的热交换器以及阀门、管配件 对水静压的承载能力。高度作垂直分区处理，即每隔 80m 左右设置 一个独立的水系统，在适当高度的楼层上分别设置板式换热器或者 冷水机组，实现水力隔离。由于我国现行高层民用建筑设计防火规范将建筑高度 100m 作为划分普通高层建筑与超高层建筑的界限，因此实际工程中 接近 100m 的建筑较多，如按高度分区设置板式换热器，一方面加 大了造价，另一方面也增大了冷量和可供利用的温度损失。按高度 分区设置冷水机组，结果将是机房分散，管理不便，加之系统各自 独立，冷水机组不能互为备用，部分负荷下的运
7、行效率比起统一的系统更低，能耗费用增大。此时适当提高下部高压区设备、管道及 附件的承压能力而系统不分区，即采用一泵到顶的做法是合理的， 这种做法运行管理方便，设备备用性也好。2.单纯住宅功能的高层建筑一般不设中间设备层，可采用：1)上区冷热源放在塔楼屋顶层，下区放在地下室;2)两个区的冷热源设备均放在地下室，其中上区冷热源及循 环泵为耐高压设备，其余设备及附件均为普通耐压;3. 当有中间设备层，如超高层住宅或部分住宅、部分写字间 或客房的综合性高层建筑，可采用：1)冷热源设备层设于中间设备层，上下区分别供;2)冷热源设备设于低层或地下室。设备层设板式换热器供上 区。4. 当系统必须分区而超压层
8、数不多时，可将顶层数层采用独 立空调系统如风冷热泵、VRV 系统等，保证其余楼层在允许压力范 围之内。5.垂直分区和提高设备承压能力，那个更节能!举例：美国某设计单位在上海 88 层 420m 高的金茂大厦空调 水系统的初步设计中，本来是考虑设置一个统一的水系统。全部冷 水机组均集中设于地下层内，全楼不作垂直分区。为此，所有冷水 机组、空调器、阀门管件均按高静压承载能力作特殊订货。美方专 家说明，这种处理手法在境外不少超高层建筑中已经有过多次实践 经验，技术上是成熟的、可靠的。后来，在实施中，中方有关专家提出了修改方案，按高度和负荷性质，作垂直分区，分别组成 3 个 独立的系统，即高区系统、中
9、区系统和低区系统。这一作法的主要 好处是可降低中区和低区系统所有设备和管件的承载能力，但无疑 这也使系统失去了不少功能，如 3 个系统不能统一步调供冷，不能 互为备用; 在低负荷时，3 个系统的冷水机组都要在低负荷下运行; 另 外，在管理上也增加了不少麻烦，因为各系统中的设备、阀门及管 件的额定承压能力不同，不能互换使用。可见，一个方案的优劣并 不是绝对的，仁者见仁嘛。四.高层建筑机械加压送风量高规中对于高层建筑防烟楼梯间及其前室、合用前室和 消防电梯间前室的机械加压送风量有明确规定，见高规表 8.3.2- 1-4 条。对于高规表 8.3.2-1-4 下注释中，出入口个数的修正系数， 其出入口
10、个数如何确定的问题，对前室和合用前室按平面图可以确 定，但对消防电梯门算不算出入口数的问题，在工程设计中仍然成 为一个争论不休的问题，因为涉及加压送风量的修正系数是否要乘 以 1.50-1.75 的问题。出入口数，从词义上讲，是对人来说的，我们的目的是计算 风量，显而易见，实质上是对气流而言的，火灾过程中防火门始终 处于忽开忽关的状态，加压空间的空气，从这些忽开忽关的门所形 成的空气通道中流失，门是人员疏散时推开的，因此与人员出入人 数挂上了钩，消防电梯的门，在扑救工作过程中，即使将电梯门较长时间地置于开启状态，也不可能在整个门洞上形成一个气流通道， 只是存在缝隙的漏风而已，与关闭时没有太大的
11、区别(二者的差别一 般可以忽略)，而缝隙的漏风量已在风量计算中计入。因此消防电梯 的门，不应算作出入口数，而普通电梯的门，更不应列入出入口数 了，因为火灾时，规定普通电梯必须下降到底层停止使用的。但对 于防烟楼梯间则应从楼梯间整个空间来确定，因为这个大空间上、 下都是想通的。五.高层建筑烟囱效应烟囱效应的概念：当室外空气温度明显低于室内空气温度时， 高层建筑就像自然对流的烟囱一样，空气从建筑物的底层进入，流 经建筑物，从顶层流出。产生烟囱效应的原因在于室外温度低、密 度大的空气与室内温度高、密度小空气形成密度差。而当建筑室外 空气温度与室内空气温度高时，发生与烟囱效应相反的现象，称之 为逆烟囱
12、效应。烟囱效应最大的问题是使得电梯门难于关闭，以及很难满足 建筑物低区的供热要求。电梯门不能正常地关闭是由于门内外压差 造成的，这些压差反过来又造成了门被束缚在它的导轨上，使得这 些电梯门的关闭机械不能产生充足的力来克服束缚作用。供热问题 是由于大量的冷空气在进口处汇流，包括通过这些门和经过建筑物 外墙的冷风，其中建筑物外墙实际渗风量要高于外墙设计规范的要 求。举例：某年冬季芝加哥一座高层商业建筑部分入住。建筑物低区楼层在使用，建筑顶层楼层仍在施工，并且与室外空气相通。 施工从秋天一直持续到冬天，当温度降为-7或更低时，出现了问 题。这段时间内，由于建筑顶部空间不封闭，建筑物内的中和面被 大幅
13、提升到建筑物中点以上。出现的结果是，旋转门、电梯门不能 正常运行以及建筑物的入口处供热达不到要求。当入口处增加了供 热设备，封闭无人居住区的楼梯，以及迅速完成建筑物顶层施工来 完成建筑封闭。上述问题得到了很大的改善。在暖通设计中，我们必须考虑机械空调和通风系统，提供大 于排风量的新风，使系统确保正压。另外可考虑把大厅入口设计为 独立的全新风系统，在冬季时能为建筑大厅增压，帮助克服烟囱效 应。六.高层建筑地下车库排烟高层建筑的地下车库，设计理应是按照高规的规定来设 计，但是套用高规 8.4.1.4 条：除利用窗井等开窗进行自然排烟 的房间外，各房间总面积超过 200m2 或一个房间面积超过 50
14、m2 ， 且经常有人停留或可燃物较多的地下室。又解释不通。因为地下车 库即难属于经常有人停留，又难属于可燃物较多的地下室。其实这 是我们的主观理解。其实高规第 4.1.8 条已经明确指出，设在高层建 筑内的汽车停车库，其设计应符合现行国家标准汽车库设计防火 规范的规定。因此当设计高层建筑的地下车库时，应按照汽车库设计防 火规范为依据。 七.高层建筑气流干扰现象当高层建筑采用多联式空调(热泵) 机组时，如果室外机布置 不合理，将导致局部热岛效应，影响多联机的运行性能。举例：某工程总建筑面积为：40863 平方米，总层数为 23 层， 其中地下一层，地上 22 层。其中商业主体四层、局部三层。52
15、2 层酒店标准层，主要为酒店标准间及套房，以及相应的服务用房。 建筑高度为 99.65 米。根据业主需求，空调需分户计量核算成本。空调采用多联机 空调系统，522 层空调室外机置于当层设备阳台。空调室内机形式 为风管天井式、四面出风嵌入式，侧送下回，天花板嵌入式多联空 调室内机配带冷凝水提升泵。因建筑师在平面设计时，把设备平台在竖向设在同一个位置 (曾提出每层分开布置两处设备平台，避免气流干扰，但业主未采用) ， 外立面设置百叶，把室外机隐蔽在百叶后面，上下各层的室外机的 气流干扰非常明显，为了降低室外机气流的相互干扰， 。因此设计时 作出以下相应对策：室外机尽量靠外墙布置，以利于设备安装维修
16、及空气流通。 为增强室外机散热，阳台百叶采用竖百叶，百叶的开口率有效开口 面积大于实际面积的 80%，每层楼板上设镂空孔洞，屋顶层不设楼 板。总结：空调系统的正确选择是做好空调设计的前提。所以我 们在对高层建筑进行设计时，一定要充分考虑当时的地理环境和可利用成本，选用合适的暖通空调系统和设备,使设计能做到量体裁衣, 恰到好处。参考文献：1 胡清荣.浅谈高层建筑暖通空调设计.现代企业文化， 2010(9).2 周祖毅.上海高层建筑空调设计新方法. 中国空调制冷网 ，2010(01).3 陆耀庆.实用供热空调设计手册(第二版).中国建筑工业出 版社 2008.05.4 Donald E.Ross.超高层商用建筑暖通空调设计指导( 王芳 王 海燕 王砚玲译).中国建筑工业出版社 2010.04.5 GB 50045 95(2005 版),高层民用建筑设计防火规范.中国 计划出版社 2005.09
