高层建筑暖通空调系统设计的研究

王姿 郑徐奕

摘要：高层建筑的公用设备系统分类广泛且复杂，包括垂直交通系统、暖通空调系统、给排水系统、电气系统、消防系统及建筑智能化系统。这些系统种类繁多、相互补充，因此需统筹协调、合理布局，才能使整个公用设备系统正常运转，使高层建筑高效地发挥功能。

关键词：高层建筑;公用设备;垂直交通;暖通空调

引言

在生活中，登高望远是很惬意的一件事。“危楼高百尺，手可摘星辰” “复道行空，不霁何虹”，这些千古诗文传达了人们对高层建筑的美好想象。在西方，公元前 4 世紀就有了让人叹为观止的 95.1m 巴比伦王所建的巴别塔。在欧洲，古罗马城的高楼用 10 层高的砖石建筑撑起世界建筑的高度。如今，随着科学技术的发展、建筑建造技术的提高，一幢幢高楼拔地而起，形成城市体系。可以说，高层建筑已经成为商业社会的偶像、现代文明的象征。

谈到高层建筑，人们最先想到的就是它的集成功能，集成当然离不开公用设备系统。功能完善的现代化公用设备系统是高层建筑实现设计功能的物理基础和技术手段，是高层建筑的重要组成部分，保障高层建筑实现现代化功能，给使用者创造高效、便捷、舒适、健康、明亮的生活与工作环境。

高层建筑的公用设备系统分类广泛且复杂，包括垂直交通系统、暖通空调系统、给排水系统、消防系统、电气系统及建筑智能化系统。这些系统种类繁多、相互补充，因此需要统筹协调、合理布局，才能使整个公用设备系统正常运转，使高层建筑高效地发挥功能。

1 垂直交通系统

如果把高楼比喻成一棵树，那电梯就是这棵树的血脉，没有垂直交通的输送给养，这棵树就会失去活力。在不同时期，垂直交通系统发挥的功用不同，但其重要性不言而喻。在平时疏导交通，遇到火灾、地震等严重灾情时，紧急疏散、高效撤离，甚至对有些建筑来说，电梯井就是整栋大楼的主干，是撑起整栋大楼的脊梁。因此，垂直电梯系统在高层建筑中扮演举足轻重的角色，因此对该系统提出结构紧凑、易于识别、防火排烟的严格标准要求。

由于高层建筑层数较多，传统直上直下式电梯会出现候机时间过长、系统功耗过大等问题，宜采用分区系统。分区可分为低区、中区和高区，如果层数多，分的区域也更多。分区可按楼层数来分，每 8～12 层为一区，每区有相应的电梯服务，中间设置换乘平台，可减少乘客的候梯时间。也可采用分单双楼层的方式，单层用单层系统，双层用双层系统，二者分开也可缩短候梯时间。

垂直电梯系统是分段式系统。分段系统是分区系统的组合，把整栋建筑在竖向上按楼层数分为若干段，每段 25～35层，每段都是小型的垂直分区系统，每段设置电梯转换层，乘客可从 1 层快速穿梭到这些转换层，然后再经过分区系统到达目的楼层。

2 暖通空调系统

暖通空调系统是高层建筑的重点系统。高层建筑暖通空调设计要遵循 3 个原则：节能减排、健康舒适、利用自然。相关研究表明，在高层建筑中，暖通空调系统能耗占建筑总能耗的30% 以上，为节约资源，必须遵循节能减排原则，可通过各类资源和能源的合理优化配置，打造舒适宜居的环境。同时也可利用太阳能、风能、地热能等可再生能源替代电能，实现成本节约。高层建筑暖通空调设计大多应用下列 3 项技术。

1）热回收技术 在建筑室内排风口处设置热交换器，实现室外新风与室内排风间接接触换热，从而回收利用室内空气热量或冷量。

2）热泵技术 热泵技术是用外界环境热能降低人工制造热能的消耗。制冷剂通过蒸发器从外界吸收热量，并转移至室内的冷凝器放出热量，其间电能转化为压缩机的机械能，机械能输入使制冷剂发生相变，以利于循环吸热，消耗 1kW 的电能可搬运 3～12kW 的热能，提高产热效率。

3）冷热电联产 冷热电联产发电厂既可以发电，也可为区域内建筑提供暖通空调功能，其冷热水管道可在建筑内部敷设，调节建筑整体或局部的温度环境，在有条件的高层建筑中也较为常用。

3 给排水系统与消防系统

相对于低层建筑，高层建筑具有楼层数多、振动源多，给排水水量瞬间需求量大的特点，所以在给排水设计、施工材料、施工管理等方面有严格的要求。高层建筑热水和消防系统的静水压大，需要通过竖向分区供水确保系统稳定;另外，高层建筑消防隐患较多，一旦发生紧急情况，危险大、损失大、消防压力较高。同时，高层建筑居住人数多，对供水的需求量大、排水量大，如果出现异常问题，影响面积较广。因此，必须采用合理的给排水方式才能满高层建筑的需求。高层建筑给排水常采用下列 4 种形式。

1）气压罐供水方式 气压罐供水系统分为气压罐和离心水泵两部分，水源经水泵送入气压罐，气压罐可利用密封储存罐内空气的可压缩性进行储存、调节、加压送水，水在罐内高压的作用下输送到各配水点。

2）减压分区供水 减压设计是利用减压水箱、减压阀降低压力，用水泵把水提升到建筑顶部储水装置，然后根据高层建筑的面积大小合理设置分区减压水箱，从上往下分区供水，结构简单、成本低。

3）高位水箱供水 高位水箱给水分为水箱水泵、串联与并联等。高位水箱供水设计可保证水压稳定，水箱内储存更多的水量，确保供水稳定，可减少水泵启动次数，减少能耗。

4）变频泵无水箱供水方式 利用变频技术改变水泵的转速，进而调节水泵的流量和压力，使设备的流量及水压可控，也可减少能力损耗，但初期成本较高。

4 电气系统

高层建筑电气系统的设计要遵循稳定性、安全性、经济性的原则，采用环形供电的基本模式，设计补偿机制，重视重点环节设计和智能化的应用。稳定性是指在高层建筑电气设计中应保证供电稳定、持续，即便出现用电高峰也可保证电能充分供应。安全性是各类建筑电气设计的基本原则，要求在施工、使用环节保证设备和人员的安全。经济性是指在高层建筑电气设计中，保证电能足量、持续提供的情况下，避免电能浪费情况，确保整体能耗控制效果，维持经济性。

5 建筑智能化系统

高层建筑作为高密度、高效率的工作和生活场所，对建筑智能化有更高的要求。一套完备的高层建筑系统，需具有良好的通信系统、办公自动化系统及管理模块，为人们提供高效、舒适、安全、便捷的使用環境。建筑的功能取决于各智能化系统和管理模块。高层建筑智能化系统主要有 5 项：①建筑设备自动化系统 BAS（Building Autom ation System）;②通信网络系统 CNS（Com m unication Network System）;③办公自动化系统 OAS（Office Autom ation System）;④综合布线系统 GCS（Generic Cabling System）;⑤智能建筑的系统集成中心 SIC（System In-tegrated Center）。

建筑设备自动化系统监控高层建筑内所有公用设备系统，通过计算机进行管理和调控，指挥空调系统、照明系统、配供电系统、安防系统等的运行。通信网络系统通过传输导线或无线电，传送自动化系统的指令，既能实现建筑物内信息传递，又能使该建筑与外界的公共网络互通，是高层建筑的神经组织。自动化办公系统通过应用计算机网络与数据库技术，可实现建筑物内部信息、设备、资源共享，提高整栋建筑内部人员的协作办公效率，提高整体的业务处理能力。综合布线系统由传递各种信号的基础设施组成，是高层建筑的信号传输系统。系统集成中心将以上 4 个子系统链接为一体，将整个公用设备系统的所有信息凝聚汇集，对所有信息进行综合管理，是大数据的最好发挥平台。整个高层建筑，不仅象征着人类的工业水平，也体现人、资源与环境三者和谐共处的关系。

6 结语

高层建筑要成为支持生产的高效场合必须具有完备的公用设备系统、垂直交通系统、空调系统、给排水与消防系统、电气系统及建筑智能化系统，这些系统是保障高层建筑功能的基础，也是处理好“人 - 信息 - 机器 - 环境”关系的基础，解决好这个关系，城市化建设才能更好地推进。

参考文献：

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