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高层建筑暖通空调设计要点研究


暖通空调作为现代建筑最重要的设施之一,在人们对空调需求量不断加大的今天,也成功迈进了黄金发展时期。唯有充分利用暖通空调与高层建筑的资源,因地制宜的发挥能源资源效益,才能够减少暖通系统带给室外环境的不良影响,这一问题是暖通空调在设计过程中必须要重视的问题。
1 暖通空调类型
虽然暖通空调有着繁多的种类和模式,不过其原理近乎统一。比较常见的类型包括全水系统、空气–水系统、全空气系统、蓄冷和热回收、热泵系统、分散供暖或供冷等系统。
其中全水系统指的是配备风机一盘管与组合通风装置的系统,当然有些空调系统还搭载了重力循环式室内末端系统。
全水系统利用墙壁通风口完成空气渗入与送入。这种空调的优势在于能够满足绝大多数建筑对空气调节的要求,可以被灵活的使用在各种各样的空调系统改造。空气–水系统利用冷水带走空调多余热负荷,空调利用空气完成通风,净化空气质量,减少室内空气中的湿热。当然空气也具备提供额外冷却显热的能力。全空气系统在运行的过程中,人们对空调的所有要求即除湿、冷却、加湿、加热全都可以用送风来满足。
2 暖通系统设计原则
暖通空调的选择与设计是全局性、方向性问题。其关系到高层建筑内部环境参数是否满足需要、满足应用要求。此外暖通空调的有效性设计还与建筑工程维护费用、投资、可操作性、安全性、系统可靠性、舒适性等有很密切的联系。
影响着机房面积、建筑美观、建筑层高、环境等参数。如果缺少合理性设计的支持,就会面对较大的损失问题。因为暖通工程项目巨大,所以一旦出现问题就会影响很长时间,且修改极为困难。
2.1可行性与可靠性
施工方与设计方须将空调系统能否满足通风与采暖的要求当做是首要考虑的问题。方案须满足当地有关部门对高层建筑空调系统的规范、规定,如环保要求规定。此外设计方案还要考虑与空调系统相关的要求,如供热、供水、供气、供电等项目,兼容这些条件的变化和使用周期。此外对于有着较高温湿度要求或是特殊工艺要求的暖通空调项目,还要根据全年工况,包括室外气候条件适应性等进行分析。对于无法用标准方案、标准设备的情况,应提出更为详细和明确的参数资料,确保参数的合理性与科学性。此外机房面积是否合理同样是评判方案可行性、合理性的重要因素。特别是对于一些建筑面积紧张和改造工程。
2.2经济性
这一问题是绝大多数高层建筑在设计暖通空调时都必须着重考虑的问题。方案设计者必须要慎重比较和考虑,在同等条件下分析和比较,以便确保所选方案有着更为严谨的合理性及科学性。一般来说,一次性投资往往是投资方关注度最高的问题。因此一次性投资的计算必须要保障不漏项,严格且准确。一次性投资内容包括工程安装、工程管理、施工感到投资、材料投资、设备投资、水处理投资、配电控制投资、室外管线费用、机房土建的投资等。因为不同厂家所生产的同一种设备有着不同的价格,所以在确定方案的时候还要深入的分析,在对比和计算的过程中采取平均价格。
运行费用和运行能耗是暖通空调在设计中必须要优先考虑的参数。其中运行能耗考虑内容包括水泵、风机、制冷机、锅炉等能耗。另外计算能耗时还要考虑季节变化、建筑物负荷变化、设备状态效率。比较高层写字楼、教学楼、办公楼的时候还要考虑不同时段、不同时期、不同地区的能源价格以及停机时间。因有着众多的不确定因素和影响要素,所以准确计算暖通实际能耗仍旧是一项重要难题。
2.3操作性与调节性
确定高层建筑空调容量的依据为气象条件,也就是说空调系统必须具备良好的调节能力满足与适应各种负荷变化。空调管理是否方便和自动控制级别、系统有很大关联。在设计的过程中必须根据实际要求与情况,通过比较经济性、技术性来确定。
空调系统应当利用自动控制系统、智能系统来减少操作人员拟合管理人员劳动强度和数量。在降低人工管理、操作费用基础上,保障空调管理效率。但这所带来的问题便是一次性投资会急剧增加,且对管理者和操作者提出更高的水平要求。暖通空调系统的设计必须要保障工程兼顾自动控制能力,当然系统应在满足应用要求的基础上尽量简化,这样才能够提高系统可靠性和经济性。
2.4安全性
暖通空调安全问题包括系统设备安全、设备环境安全、人员安全、防火安全、易燃易爆安全等。如空气中存在有毒有害气体、传染性疾病在空调系统内部完成蔓延和扩散。提高空调系统安全性的方法在于技术规范、运行管理、设备研制、工程设计等方面实现。如设计弹药厂房、煤矿、库房等场所的暖通空调就必须要优先考虑安全性,采用防爆技术的措施和方案。锅炉房设计则要考虑液体泄露、可燃气体泄漏引发的安全问题,必须要设置事故通风和泄漏报警等系统。关于防火方面则要根据防火设计规定考虑,设备安全运行包括制冷系统安全。
高层暖通空调调节量包括湿度、温度、送风量、风机转速、冷却水泵转速、工况检测、变水量调节等内容。这些内容都是暖通空调设计时必须要重视和优化的项目。
3 高层暖通系统设计注意问题
3.1空调水泵选型
事实上我国空调系统经常出现循环水泵容量过大的问题,甚至经常有水泵容量为实际需求2倍情况发生,这所带来的后果便是运行费用和投资费用的极度浪费。综合考虑得出,之所以有这样的原因,主要是在设计时没有慎重考虑冷负荷问题,进而引发冷负荷偏大的情况。此外系统循环的阻力计算偏大也在一定程度上影响了水泵有效选择。一些设计者忽视了净水压力,将净水压力当做是系统循环阻力,所以才会出现阻力计算过高的情况。
因没有得到精准的水力平衡计算,且在水泵应用前并没有进行任何测试,所以出现了水力失调的情况。水泵的设计必须要应对不同时刻扬程、冷负荷变化进行对应的调整,以便能够满足各种条件下的水泵运行要求。通过控制订速泵数量以及调节变频泵速度的方式取得良好的节能效果。这种方法不仅操作简单,同时也有着比较明显的节能效果。
3.2供暖
高层建筑的暖通入口装置通常会根据空气调节与采暖通风设计进行规定,其中的采暖系统必须在热力入口处供回水总管设置除污器、压力表以及温度计,甚至如果有条件还要安装时应装热量计。许多设计人员在进行这一环节的时候往往仅仅考虑了入户热力装置设计,没有去主动考虑入口装置设计,这所带来的结果便是设计失误问题。入口数量必须要考虑后续开放商的管理是否便利。设计人员除了要考虑供暖系统合理性外,同时也要考虑室外管线是否有着合理的衔接能力,绝对不能丢了西瓜拣芝麻顾此失彼。
对于有冻结危险的楼梯间等场所,散热器绝对不能用非独立立支管供热,而是要用独立热支管供热,另外散热器不可以安装调节阀,这是需要重视的问题。传统安装方法一般以公用一根立管方式,即用立管其中一侧连接房间散热器,用另一侧连接楼梯间散热器。
这样的方式因缺少密闭性,所以很容易引发供热故障。表现为相邻的两个房间有着不同的供暖效果。我国有规定公用空间与公共用房必须设置单独的热计量装置和采暖系统。但是从现状来看,经常发现有店铺没有装设独立热量计设施,甚至有一些商铺和住宅应用者公用系统。这些问题很有可能会引发后续的不必要麻烦。
共用立管住宅在设计暖通工程的时候必须要考虑化学管材特性、散热设备、承压能力以及水力平衡因素带给暖通系统的影响,充分考虑管道热补。忽视伸缩器设置、没有认真校对热膨胀量决定补偿器位置,补偿器安装固定支架等都会导致立管在热障伸缩的现象作用下出现支管拉裂问题。
3.3空调通风
空调采暖与空调制冷规定均明确指出办公类场所冷负荷必须维持在94~163W/m2,而对于商场类建筑的夏季负荷指标则为210~240W/m2。不过在实际的应用和设计时,有这样两种问题会导致装机容量面临过大问题。一是设计时因为考虑了所有安全系数,所以导致空调制冷剂的容量相对于手册冷负荷概算要更高,超过了实际运行时的空调峰值冷量。二是为空调系统设计中一些设计人员所用的负荷指标计算方法引起制冷剂整体容量偏大的问题,这会浪费许多初期投资,甚至会影响在一些条件下冷机运行效率。
暖通空调中水泵扬程的不当选择也是必须要关注的问题。受设计差异影响,水系统扬程也有比较大的差距。比如某工程的冷却塔位于高为80m的屋顶,系统为闭式循环。设计者错误的将高程算入了水泵扬程,因此水泵实际养成达到了95m。
另外也有一些设计者在挑选冷冻水泵时没有考虑夏季与冬季的流量差异。如某工程冬季对50℃/60℃热水循环量的要求为200m3/h,夏季对7℃/12℃冷冻水循环流量为400m3/h。不难看出二者有着比较大的差距。热水泵与冷水泵必须分开设置,不能何用同一台设施。
4 结束语
暖通空调的设计一直以来就是高层建筑施工与设计的重点内容,暖通空调方案关系到空调项目的经济效益与成败。为了保障暖通空调设计有效性,就必须重视施工图的细节处理。
当然因为有着众多的空调体系,所以在实际操作中有很多的选择机会,需通过比较和分析的方式确定系统的选择。选择和设计方案时应严格控制图纸审查工作,且必须要坚持审定、审核、自审机制,全面保障计算书、设计图纸质量,做好图纸质量的控制。暖通空调设计方案必须要考虑可行性、可靠性、经济性、操作性、调节性、安全性问题。只有确保了这些问题满足于实际设计需要,才能凸显与保障方案设计价值。

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