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高層建筑暖通空調設計要點研究


暖通空調作為現代建筑最重要的設施之一,在人們對空調需求量不斷加大的今天,也成功邁進了黃金發展時期。唯有充分利用暖通空調與高層建筑的資源,因地制宜的發揮能源資源效益,才能夠減少暖通系統帶給室外環境的不良影響,這一問題是暖通空調在設計過程中必須要重視的問題。
1 暖通空調類型
雖然暖通空調有著繁多的種類和模式,不過其原理近乎統一。比較常見的類型包括全水系統、空氣–水系統、全空氣系統、蓄冷和熱回收、熱泵系統、分散供暖或供冷等系統。
其中全水系統指的是配備風機一盤管與組合通風裝置的系統,當然有些空調系統還搭載了重力循環式室內末端系統。
全水系統利用墻壁通風口完成空氣滲入與送入。這種空調的優勢在于能夠滿足絕大多數建筑對空氣調節的要求,可以被靈活的使用在各種各樣的空調系統改造。空氣–水系統利用冷水帶走空調多余熱負荷,空調利用空氣完成通風,凈化空氣質量,減少室內空氣中的濕熱。當然空氣也具備提供額外冷卻顯熱的能力。全空氣系統在運行的過程中,人們對空調的所有要求即除濕、冷卻、加濕、加熱全都可以用送風來滿足。
2 暖通系統設計原則
暖通空調的選擇與設計是全局性、方向性問題。其關系到高層建筑內部環境參數是否滿足需要、滿足應用要求。此外暖通空調的有效性設計還與建筑工程維護費用、投資、可操作性、安全性、系統可靠性、舒適性等有很密切的聯系。
影響著機房面積、建筑美觀、建筑層高、環境等參數。如果缺少合理性設計的支持,就會面對較大的損失問題。因為暖通工程項目巨大,所以一旦出現問題就會影響很長時間,且修改極為困難。
2.1可行性與可靠性
施工方與設計方須將空調系統能否滿足通風與采暖的要求當做是首要考慮的問題。方案須滿足當地有關部門對高層建筑空調系統的規范、規定,如環保要求規定。此外設計方案還要考慮與空調系統相關的要求,如供熱、供水、供氣、供電等項目,兼容這些條件的變化和使用周期。此外對于有著較高溫濕度要求或是特殊工藝要求的暖通空調項目,還要根據全年工況,包括室外氣候條件適應性等進行分析。對于無法用標準方案、標準設備的情況,應提出更為詳細和明確的參數資料,確保參數的合理性與科學性。此外機房面積是否合理同樣是評判方案可行性、合理性的重要因素。特別是對于一些建筑面積緊張和改造工程。
2.2經濟性
這一問題是絕大多數高層建筑在設計暖通空調時都必須著重考慮的問題。方案設計者必須要慎重比較和考慮,在同等條件下分析和比較,以便確保所選方案有著更為嚴謹的合理性及科學性。一般來說,一次性投資往往是投資方關注度最高的問題。因此一次性投資的計算必須要保障不漏項,嚴格且準確。一次性投資內容包括工程安裝、工程管理、施工感到投資、材料投資、設備投資、水處理投資、配電控制投資、室外管線費用、機房土建的投資等。因為不同廠家所生產的同一種設備有著不同的價格,所以在確定方案的時候還要深入的分析,在對比和計算的過程中采取平均價格。
運行費用和運行能耗是暖通空調在設計中必須要優先考慮的參數。其中運行能耗考慮內容包括水泵、風機、制冷機、鍋爐等能耗。另外計算能耗時還要考慮季節變化、建筑物負荷變化、設備狀態效率。比較高層寫字樓、教學樓、辦公樓的時候還要考慮不同時段、不同時期、不同地區的能源價格以及停機時間。因有著眾多的不確定因素和影響要素,所以準確計算暖通實際能耗仍舊是一項重要難題。
2.3操作性與調節性
確定高層建筑空調容量的依據為氣象條件,也就是說空調系統必須具備良好的調節能力滿足與適應各種負荷變化。空調管理是否方便和自動控制級別、系統有很大關聯。在設計的過程中必須根據實際要求與情況,通過比較經濟性、技術性來確定。
空調系統應當利用自動控制系統、智能系統來減少操作人員擬合管理人員勞動強度和數量。在降低人工管理、操作費用基礎上,保障空調管理效率。但這所帶來的問題便是一次性投資會急劇增加,且對管理者和操作者提出更高的水平要求。暖通空調系統的設計必須要保障工程兼顧自動控制能力,當然系統應在滿足應用要求的基礎上盡量簡化,這樣才能夠提高系統可靠性和經濟性。
2.4安全性
暖通空調安全問題包括系統設備安全、設備環境安全、人員安全、防火安全、易燃易爆安全等。如空氣中存在有毒有害氣體、傳染性疾病在空調系統內部完成蔓延和擴散。提高空調系統安全性的方法在于技術規范、運行管理、設備研制、工程設計等方面實現。如設計彈藥廠房、煤礦、庫房等場所的暖通空調就必須要優先考慮安全性,采用防爆技術的措施和方案。鍋爐房設計則要考慮液體泄露、可燃氣體泄漏引發的安全問題,必須要設置事故通風和泄漏報警等系統。關于防火方面則要根據防火設計規定考慮,設備安全運行包括制冷系統安全。
高層暖通空調調節量包括濕度、溫度、送風量、風機轉速、冷卻水泵轉速、工況檢測、變水量調節等內容。這些內容都是暖通空調設計時必須要重視和優化的項目。
3 高層暖通系統設計注意問題
3.1空調水泵選型
事實上我國空調系統經常出現循環水泵容量過大的問題,甚至經常有水泵容量為實際需求2倍情況發生,這所帶來的后果便是運行費用和投資費用的極度浪費。綜合考慮得出,之所以有這樣的原因,主要是在設計時沒有慎重考慮冷負荷問題,進而引發冷負荷偏大的情況。此外系統循環的阻力計算偏大也在一定程度上影響了水泵有效選擇。一些設計者忽視了凈水壓力,將凈水壓力當做是系統循環阻力,所以才會出現阻力計算過高的情況。
因沒有得到精準的水力平衡計算,且在水泵應用前并沒有進行任何測試,所以出現了水力失調的情況。水泵的設計必須要應對不同時刻揚程、冷負荷變化進行對應的調整,以便能夠滿足各種條件下的水泵運行要求。通過控制訂速泵數量以及調節變頻泵速度的方式取得良好的節能效果。這種方法不僅操作簡單,同時也有著比較明顯的節能效果。
3.2供暖
高層建筑的暖通入口裝置通常會根據空氣調節與采暖通風設計進行規定,其中的采暖系統必須在熱力入口處供回水總管設置除污器、壓力表以及溫度計,甚至如果有條件還要安裝時應裝熱量計。許多設計人員在進行這一環節的時候往往僅僅考慮了入戶熱力裝置設計,沒有去主動考慮入口裝置設計,這所帶來的結果便是設計失誤問題。入口數量必須要考慮后續開放商的管理是否便利。設計人員除了要考慮供暖系統合理性外,同時也要考慮室外管線是否有著合理的銜接能力,絕對不能丟了西瓜揀芝麻顧此失彼。
對于有凍結危險的樓梯間等場所,散熱器絕對不能用非獨立立支管供熱,而是要用獨立熱支管供熱,另外散熱器不可以安裝調節閥,這是需要重視的問題。傳統安裝方法一般以公用一根立管方式,即用立管其中一側連接房間散熱器,用另一側連接樓梯間散熱器。
這樣的方式因缺少密閉性,所以很容易引發供熱故障。表現為相鄰的兩個房間有著不同的供暖效果。我國有規定公用空間與公共用房必須設置單獨的熱計量裝置和采暖系統。但是從現狀來看,經常發現有店鋪沒有裝設獨立熱量計設施,甚至有一些商鋪和住宅應用者公用系統。這些問題很有可能會引發后續的不必要麻煩。
共用立管住宅在設計暖通工程的時候必須要考慮化學管材特性、散熱設備、承壓能力以及水力平衡因素帶給暖通系統的影響,充分考慮管道熱補。忽視伸縮器設置、沒有認真校對熱膨脹量決定補償器位置,補償器安裝固定支架等都會導致立管在熱障伸縮的現象作用下出現支管拉裂問題。
3.3空調通風
空調采暖與空調制冷規定均明確指出辦公類場所冷負荷必須維持在94~163W/m2,而對于商場類建筑的夏季負荷指標則為210~240W/m2。不過在實際的應用和設計時,有這樣兩種問題會導致裝機容量面臨過大問題。一是設計時因為考慮了所有安全系數,所以導致空調制冷劑的容量相對于手冊冷負荷概算要更高,超過了實際運行時的空調峰值冷量。二是為空調系統設計中一些設計人員所用的負荷指標計算方法引起制冷劑整體容量偏大的問題,這會浪費許多初期投資,甚至會影響在一些條件下冷機運行效率。
暖通空調中水泵揚程的不當選擇也是必須要關注的問題。受設計差異影響,水系統揚程也有比較大的差距。比如某工程的冷卻塔位于高為80m的屋頂,系統為閉式循環。設計者錯誤的將高程算入了水泵揚程,因此水泵實際養成達到了95m。
另外也有一些設計者在挑選冷凍水泵時沒有考慮夏季與冬季的流量差異。如某工程冬季對50℃/60℃熱水循環量的要求為200m3/h,夏季對7℃/12℃冷凍水循環流量為400m3/h。不難看出二者有著比較大的差距。熱水泵與冷水泵必須分開設置,不能何用同一臺設施。
4 結束語
暖通空調的設計一直以來就是高層建筑施工與設計的重點內容,暖通空調方案關系到空調項目的經濟效益與成敗。為了保障暖通空調設計有效性,就必須重視施工圖的細節處理。
當然因為有著眾多的空調體系,所以在實際操作中有很多的選擇機會,需通過比較和分析的方式確定系統的選擇。選擇和設計方案時應嚴格控制圖紙審查工作,且必須要堅持審定、審核、自審機制,全面保障計算書、設計圖紙質量,做好圖紙質量的控制。暖通空調設計方案必須要考慮可行性、可靠性、經濟性、操作性、調節性、安全性問題。只有確保了這些問題滿足于實際設計需要,才能凸顯與保障方案設計價值。

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