超高层商用建筑暖通空调设计要点

戴树霞

江苏富通置业有限公司（210000）

0 前言

暖通空调实质上是一种加热设备，它既能散热，又能使内部空气与外部空气相互循环，调节空气质量。 暖通空调系统设计需要应用多种技术，设计人员既要熟悉流体力学和热力学，又要熟悉机械设计。

1 烟囱效应

1.1 烟囱效应的影响

烟囱效应会影响升降机门的关闭:门的内外侧压差使门的关断机构无法提供足够的力来克服阻力。

建筑物低层的供暖问题：大量冷空气通过外门和外墙进入室内，影响了供暖效果。

1.2 减弱烟囱效应的方法

1）确保外墙的密封性。所有的竖井和所有的渗漏通道都要密封，大堂设前室，入口和出口采用密封门。2）寒冷地区的超高层建筑的入口应采用旋转门。3）在大厅设两个前厅，总有一扇门是关着的，两扇门之间提供足够的热量。 对于人流较大的前厅，采用双门较难时，可采用旋转门。 4）升降机应设在前室，楼梯间应设置较密闭的门，以减少垂直气流的流动。 5）暖通设计应考虑空调和通风系统，在整个建筑中进行完全空气平衡计算，提供大于排风量的新风，并且室外空气要比排放气体至少多5%，以确保正压。 大堂设计独立的空调系统，冬季最冷的时候可以采用100%全新风方式运行，为大堂增加压力，降低烟囱效应。

2 暖通系统选择

2.1 系统选择需要考虑的因素

对于功能齐全的高层建筑，设备和电气系统的总投资可能高达建筑总投资的35%以上，通常超过25%；管井和设备房面积占总建筑面积的7%～10%。确定暖通空调系统及相关设备时应该考虑: ①投资总额；②当前和今后用户需要；③建筑物和结构的限制与要求；④内外环境的要求；⑤空间使用的声学要求；⑥抗震要求；⑦能耗；⑧运行和保养费用；⑨防火防排烟系统。

2.2 空调末端系统

一般而言，高层建筑的空调系统主要包括全空气变风量系统、 低温送风变风系统、 水-空气系统（风机盘管）、地面送风系统等，上述系统主要分为两类:一类是中央空调系统，它集中配置于空调机房内，承担多个楼层的空调功能；另一类通常只承担设备所在楼层的局部空调功能。 应根据业主的需要、建筑特点和其他专业要求选择设计方案。

3 集中供热和供冷设备

制冷室和热源的类型和位置的确定需要考虑几个因素: ①重量、 空间需求以及对结构体系的影响；②施工进度；③设备安放地点的地面施工要求；④噪音效应；⑤操作、运行和维修；⑥现有能源状况；⑦年度运营成本和投资回收期；⑧如果使用锅炉，还必须考虑到烟囱占用的空间和费用。

4 空调水系统

4.1 减小空调冷冻水系统压力

随着设备和管道工作压力的增加，超高层建筑制冷设备、管道、附件和阀门的投资也相应增加。 超高层建筑空调水系统设计应特别注意由于建筑物高度引起的静水压力对管道系统的影响，应将空调水系统的工作压力控制在合理的范围内，以减少设备的承压，从而降低投资。

减少空调设备工作压力的方法之一是将制冷设备置于地下室以上楼层，但此时底层冷冻水管位置处的设备、管道、附件和阀门仍有可能承受较大的压力。 另一种方法是用板式换热器减少制冷设备和管道的工作压力，其原理是将所有楼层分组，形成各自独立的静压区；板式换热器的使用虽然有利于减少工作压强，但也要综合考虑系统的优缺点；一般情况下，只使用一台板式交换机，这样二次侧水系统就更合理了；虽然板式交换机有利于降低系统的能耗，但使用冷却水时，由于存在温度损失，相应的冷凝水供水温度就会升高，系统二次侧的水流量就会增加。

4.2 空调水管设计要点

管路设计要考虑的其他因素包括： 管路收缩、膨胀和动静载荷、管路固定支架、滑动支架；管路穿过楼板、墙壁和隔断处需要安装套管，并在管路与套管之间填充防火材料。 此外，混凝土框架结构也存在收缩或蠕动现象，每层可减少约3 mm，尽管每层变化幅度不大，但对超高层建筑而言，这种变化不应忽略，如一幢70 层的建筑会有210 mm 的偏移量，上述情况要求在设计时要注意在管子固定支架的上下两层之间提供足够的灵活空间，使管子随着结构的变化产生一定的偏移。 为进行更好的设计，暖通设计人员应征求结构工程师的意见，以确定管路系统的精确偏差。

4.3 空调水温差对经济性的影响

在大型工程中采用较大的水温差，可减少水流量，进而减小管道尺寸，虽然增加了制冷主机的运行费用，但可大大降低其投资费用。 对于超高层建筑制冷主机蒸发器和冷凝器所需供回水温差要进行经济评价分析。

5 电梯垂直运输系统的空调通风

1）电梯机房冷却:应设置空调系统，使电梯机房的室温控制在15～30 ℃之间。

2）电梯升降竖井的通风:为了减少电梯运行时产生的活塞风对电梯造成的影响，需要在电梯井口设置通风孔，使电梯的竖井面积达到0.27 m2，并使用风管将电梯的通风孔与室外大气相连接；当设计高度很高时，电梯的运行速度一般大于7 m/s，还需要根据电梯和自动扶梯安全规范要求，在电梯井底部设置通气孔，以便电梯轿厢高速向下运行时能迅速排出空气。

6 消防设计

由于高度问题，在超高层建筑中存在下列消防问题:①建筑物的高度超过现有云梯的可及范围；②潜在的烟囱效应；③需要延长撤离时间。

由于上述原因，超高层建筑在设计时应严格遵循消防规范的有关要求，并结合实际情况采取更严格的防火措施，必要时可组织专家论证。

7 结语

探讨超高层建筑空调通风系统设计的特点及要点，有助于拓展暖通工程技术人员的专业视野，跳出专业界限，站在更高的高度来更好地完成设计工作。