高层建筑暖通空调设计方案优化措施分析
随着城市化的发展，许多大城市多为高层建筑，从宾馆酒店到商业金融建筑，从文化体育到医疗保健建筑，从办公写字楼到商住公寓楼，各种功能类别的高层建筑如雨后春择般拔地而起，鳞次栉比。新的建筑、新的使用功能对建筑设备提出了新的、更高的要求，暖通空调已成为现代化建筑必不可少的重要设施，暖通空调产业进人了黄金时期。
因地制宜的合理选择能源资源，充分有效的用能，提高高层建筑用能系统的效率，合理设计创造舒适的室内环境而同时尽可能减少对室外环境的负面影响，是高层建筑暖通空调设计中必须解决的问题。
暖通空调系统的类型暖通空调系统种类繁多，但是基本原理都是相通的。其常见的n种类型是：全空气系统、空气一水系统和全水系统。另外还有：分散式供冷或供暖、热泵系统、热回收系统和蓄冷。全空气系统：在这类系统中，空调空间的所有要求（如加热、加湿、冷却及除湿等）都靠送风来满足。空气水系统：这类系统通常是用冷水带走空调空间的大多数显热负荷，而用空气提供通风以保证空气质量并带走由于空间的潜热负荷造成的湿气，当然空气也提供一些额外的显热冷却。全水系统：这类系统指那些具有风机一盘管、组合通风装置或重力循环式室内末端的系统，未调节的流通空气通过墙上的通风口送人或渗人。其最大的优点在于能够适应许多建筑物空气调节要求，并且可灵活地应用在空调系统的改造中。
方案设计要统筹解决设计中的问题暖通空调设计方案的问题是方向性、全局性的问题，不仅关系到高层建筑的室内环境参数能否满足使用要求，而且直接关系到建筑的工程投资、维护费用、舒适性、系统可靠性、安全性和可操作性。并影响到环境、建筑层高、建筑美观、机房面积等诸多指标参数。方案设计不合理所造成的损失通常较大，而且修改困难、影响时间长。
2.1可靠性与可行性。能够满足高层建筑通风采暖的使用要求是方案可行性应考虑的首要问题。设计方案应符合国家和当地政府有关和规范的要求，包括有关环境保护的要求。设计方案应能满足相关方面的要求（如供电、供气。、供水、供热等），并应特别顾及这些条件的长期、变化情况。对于温湿度等参数要求较高或比较特殊的工艺性暖通空调设计项目，应对设计方案进行全年工况分析，以确保其在全年各种室外气象条件下的适应性。对于一些无法采用标准设备的特殊情况，对非标准设备应提出详细的参数要求，并且所提出的参数要求应合理可行。能否有足够的机房面积也是评判设计方案可行性必须考虑的问题，尤其是对于一些改造工程和建筑面积比较紧张的情况。
经济性比较是高层建筑暖通空调方案比较中考虑最多的一个问题。应在相同的设计要求与条件下进行比较，这样才能确保方案比较结果的合理性和科学性。一次性投资是投资方最为关注的，在计算时应全面准确、不能漏项。暖通空调设计方案的一次投资包括各种设备、材料、管道的投资，和相应的安装、调试和工程管理费用，相关水处理和配电与控制投资，机房土建投资与相应室外管线的费用等。由于同一种设备的生产厂家价格不同，因此在不同方案经济性计算比较时各种设备的价格应采用平均价格。
运行能耗和运行费用是暖通空调设计方案技术经济性比较必须考虑的重要参数。运行能耗应计算暖通空调主机（锅炉和制冷机等）和其他辅助设备（如风机和水泵等）的能耗。计算时必须考虑在全年季节变化的情况下，建筑物实际负荷的变化，以及设备非标准状态下的效率。高层办公楼、教学楼、写字楼等建筑物能耗比较时，考虑暖通空调设备运行时间应扣除停机时间，不同地区、不同时期、不同时段各种能源的价格可能不同。由于影响因素和不确定因素较多，如何准确地计算建筑物暖通空调设备全年的实际能耗和运行费用，目前仍然是一个没有完全解决的技术难题。
2.3调节性与操作性。高层建筑暖通空调系统的容量的确定依据是接近全年最不利的气象条件，因此空调暖通系统应有较好的调节性能，以适应全年负荷的变化。调节性能好的系统方案，一次性投资较高但同时却有运行能耗较小的优点，在经济性分析时应综合考虑衡量。
另外，空调系统的管理操作方便性跟是否采用自动控制关系较大，设计时应根据实际情况和要求，经技术经济性比较来确定。空调系统采用自动控制，能减少系统管理人员的数量和劳动强度，降低人工管理费，但工程的一次性投资增加，对操作人员素质的要求也相应提高。设计时遵循的一般原则为，大型空调系统和需要经常调节控制的设备较多的工程宜采用自动控制，但自动控制系统应尽可能简化，以提高系统的经济性和可靠性。
高层建筑物暖通空调系统的安全性主要包括易燃易爆环境安全、防火安全、人员环境安全、重要设备物品环境安全、系统设备运行安全5个方面的问题，比如空气传染性疾病和有毒有害气体在空调系统中的扩散和蔓延。暖通空调系统的安全性的提高途径要在通过工程设计、设备研制、运行管理、规范和技术措施等诸多方面的改进加以实现。
比如设计库房、煤矿和弹药厂房等易燃易爆工程的通风空调系统时，安全性是必须考虑的重要因素，应采取相应的防爆技术方案和措施。在设计燃油燃气锅炉房时应考虑可燃性气体、液体泄漏带来的安全性问题，应设置可燃性气体泄漏报警系统和事故通风系统，并相互联锁。防火安全问题应按照有关防火设计规范来考虑，设备安全运行的问题主要包括制冷系统的安全等。
总之，高层建筑物暖通空调系统需要调节的量一般包括空调对象的温度和相对湿度的调节，送风量、湿度的调节，冷却水泵和冷冻水泵的转速调节，冷却塔风扇以及风机转速的调节，工况转换监测和控制，变送风流量调节及变水量流量调节等。这些量可以作为空调系统控制的被控量也可作为系统要优化的量。
3高层建筑暖通空调系统设计中应注意的问题根据目前审图部门对暖通空调工程设计，特别是高层建筑暖通空调中提出的一些常见问题，对照设计规范、规定及标准，列举了在系统设计、设备选型、管道布置等几个方面应注意的问题。
3.1空调循环水泵的选型问题。循环水泵容量过大在我国是普遍存在的问题，其容量通常能达到实际需要的2倍，这将造成极大的投资费用和运行费用的浪费，究其原因主要是：（1）设计冷负荷偏大。
（2）系统循环阻力计算结果偏大。（3）净水压力问题。错误的将净水压力算作系统的循环阻力，造成系统循环阻力计算偏大。（4）系统水力平衡计算问题。水力平衡计算不精确，正式投入使用前又没进行全面的调试，会造成水力失调。在具体的设计过程中，应该随不同时刻冷负荷及扬程的变化而变化，能够满足不同条件下优化运行的要求，通过对定速泵的台数控制及变频泵的速度调节达到节能的目的，控制方法简单，节能效果明显。
高层建筑暖通入口人户装置根据采暖通风与空气调节设计规范规定，热水采暖系统，应在热力人口的供回水总管上设置温度计、压力表及除污器，必要时应装热量计。而设计人员往往只注意人户热力装置的设置，忽略了入口装置，造成设计失误。入口数量问题应考虑开发商后续管理方便的基础上，设计人员不仅要考虑室内供暖系统的合理性，又要考虑室外管线衔接的合理性，不能顾此失彼。
规范规定楼梯间或其他有冻结危险的场所，散热器应由独立的立支管供热，且不得装设调节阀。工程中共用一根立管一侧连接邻室房间散热器另一侧连接楼梯间散热器的做法，因密闭性难以得到保证，供暖发生故障，将影响邻室的供暖效果。带有底层商铺的住宅设计规范明确规定，对建筑内的公共用房和公用空间，应单独设置采暖系统和热计量装置。但设计中总存在商铺未单独设热计量装置，或与住宅采用共用系统，都将对以后使用后引起不必要的麻烦。
采用共用立管系统的高层住宅，设计中要根据系统水力平衡、承压能力、散热设备及化学管材的特性等因素对供暖系统及共用立管进行竖向分区设置，并应考虑管道热补偿问题。工程上忽略伸缩器设置、未认真校核热膨胀量以决定补偿器的位置、在补偿器上下的位置安装固定支架消弱补偿器作用等会因立管的热胀伸缩拉裂了支管的现象。
（上接第16页）设置机械烟口。
作为自然排烟用途的排烟窗设置的形式、位置及开窗面积不准确在有的工程中，设计人员将平时做为通风用的自然排烟窗设置为固定窗或者设置类似玻璃墙的半开窗、斜开窗，其设置的形式和位置均不利于自然排烟。应改用直接可对外开启的排烟窗。另需注意，开窗面积应满足高规第8.2.2条规定的可开启的外窗面积，不应包含固定窗面积和推拉窗打开时另一半的面积。
中庭排烟窗的设置形式不利于平时的操作2.2.5条规定净高小于12m的中庭可采用开启的天窗或高位侧窗自然排烟。有的工程却忽视了其设置的形式，即安装高度较高的排烟天窗及高位侧窗缺少便于开启的操作装置，不利于火灾时的自然排烟，应有下部适当设置能手动开启排烟窗的装置。
分段后的疏散楼梯间的下段未设置正压送风系统梯间，当必须共用楼梯间时，应在首层与地下层或半在下层的出人口处，设置耐火极限不低于2.0小时的隔墙和乙级防火门隔开，并应有明显标志。由于此条规定，所有的高层建筑的疏散楼梯间均分成上下两段，但由于设计院的各专业的独立性很强，如建筑与暖通专业未勾通好，则很经常地出现地下部分的疏散楼梯在设计或施工上遗漏了正压送风系统。
剪刀楼梯间的正压送风系统未按规定分别独立设置正压送风系统空调与制冷技术手册、采暖空调制冷手册等明确给出的旅馆办公类的冷负荷指标为94W/m2163W/m2，商场类建筑夏季冷负荷的概算指标应为210W/m2~240W/m2.但在实际设计过程中，一般存在两种问题致使空调装机容量偏大。一是由于设计时考虑各种各样的安全系数，从而使单位空调面积的制冷机装机容量大比手册中冷负荷概算偏大，远大于实际运行中单位空调面积峰值冷量。二是目前在空调系统设计过程中，部分设计人员采用负荷指标估算方法，使得制冷机装机容量普遍偏大，也明显造成初投资的大量浪费，甚至影响部分负荷下的冷机效率。
水泵扬程选择不当也是暖通空调中比较常见的一个问题。水系统扬程选择因设计差异而存在较大差异。如某工程冷却塔放置在80m高的屋顶，冷却水为闭式循环系统，而设计者在选择水泵扬程时误将高程加进了水泵的扬程中，致使所选水泵扬程高达95m.有的设计在选择冷冻水泵时，忽视了冬、夏季流量的之间的差异，如某工程夏季空调所需7°C/12°C冷冻水的循环流量是400 m3/h，而冬季所需50°C/60°C热水循环量为200m3/h，可见夏季空调冷冻水循环量要比冬季采暖热水循环量大得多，所以冬夏季冷水泵热水泵应分别设置，合用一台是不合适的。
4.结论暖通空调设计方案的选择是一个直接关系到暖通空调工程项目的成败和经济效益优劣的重要问题，而施工图设计各个细节处理的是否完善也是关乎整个暖通空调设计的成败，两者缺一不可。应重视多方案比较，作出合理的设计。图纸审查不严、流于形式。应坚持三审（自审、审核、审定）制，确保设计（含图纸、计算书）质量，减少出错。因此，一个优秀的暖通空调工程设计，不仅要的综合效益最高的方案设计，还有设计细节完善的施工图设计。
