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摘要：高层建筑结构中的暖通空调系统是最大的耗能系统，暖通控制系统在其中发挥着重要作用，科学、合理的暖通控制系统设计可以实现暖通空调系统的节能和节材，为用户创造最大的取暖空间和最佳的取暖效果，促进我国建筑行业的快速发展。本文结合笔者多年的施工經验，对高层建筑暖通空调能耗现状进行了分析，对高层建筑暖通空调系统设计中应注意的问题提出了建议。
关键词：高层建筑；暖通空调；设计；
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
引言
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。暖通空调控制系统设计方案的选择是暖通空调工程项目的关键，直接影响到项目的经济和社会效益，同时施工图中有关各个细节的设计也关系到整个暖通空调设计的成败，所以应该注重多个设计方案的比较选择，做出科学合理的设计。
1.高层建筑暖通空调能耗特点
纵观近几年国内高层建筑暖通空调的运行数据和能耗数据,高层建筑暖通空调的能耗呈现出以下几个特点。①能耗过高。随着中央空调的普及,很多高层建筑都安装了中央暖通空调,而中央暖通空调的巨大功率,使得高层建筑能耗特别高。据统计,在高层建筑的各项能耗中,暖通空调能耗已经占到了30%甚至更高,而暖通空调能耗通过合理设计控制系统运行模式,其能耗至少可以下降8-10个百分点。由此可见,研究面向高层建筑的暖通空调控制系统具有显著的节能减排意义。②能耗季节性规律明显。随着季节的变换,高层建筑暖通空调在夏、冬两季明显能耗过高,这对于城市热岛效应的加剧有一定影响,因此,暖通空调控制系统应当结合季节变换的规律特点,有针对性的对暖通空调能耗进行控制和限制。③空调负荷运行平稳。一般高层建筑多是面向办公楼、写字楼等应用场合的,这一类场合,其暖通空调的开放时间固定在8点至19点,在这一段时间范围内,空调的运行负荷几乎是不会发生变化的,因此对于空调而言,其负荷是平稳的。
2.暖通空调系统的概述
采暖、通风和空气调节这三部分是在长期的发展过程中自然形成的。采暖又称供暖, 供暖是指向建筑物供给热量, 保持室内一定的温度;通风是利用室外空气(称新鲜空气和新风)来置换建筑物内的空气(称室内空气) 以改善室内空气品质; 空气调节实现对某一房间或空间的温度、湿度、洁净度和空气流动速度等进行调节与控制, 并提供足够量的新鲜空气, 空气调节简称空调。空调可以实现对建筑热湿环境、空气品质全面进行控制, 其包含了采暖功能和通风的部分功能。三者联系在一起缩写为HVAC(Heating Ventilating andAir Conditioning) , 采暖通风与空气调节简称为“暖通空调”。
3.暖通空调设计的原则
3.1、弄清该建筑物在总图中的位置，四邻建筑物及其周围供热、供水、供电等管线的敷设方式与可能的接口地点。这可为本建筑物设计供热入口时的客观条件。也可作为计算负荷时考虑风力、日照等因素的参考，还可以根据主要入口的朝向，确定大门的做法。
3.2、层数、层高及建筑物的总高度，看其是否属于高层建筑。按现行的规范规定：10层及10层以上的住宅，建筑高度超过24m的其他民用建筑,应遵守高层民用建筑设计防火规范的条款。
3.3、弄清建筑物内的人员数量，使用时间，有无废气要排等。作为计算负荷及划分系统的依据。
3.4、防火分区的划分，防烟分区的划分及防火墙的位置及火灾疏散路线。不了解这些问题就无法设计防烟排烟系统，也不知道该在什么位置设防火阀门。
4.高层建筑暖通空调控制系统及技术应用现状
对于国内高层建筑暖通空调的控制系统技术的应用发展,大致经历了以下几个发展阶段:①PID控制阶段。PID调节控制是最早出现的,也是最传统的暖通空调控制技术之一,也是应用最为成功的控制技术。PID控制系统能够对空调的能耗进行跟踪反馈,适时调节系统的各项参数,能够获得较为稳定和可靠的控制效果,因此直到今天, PID控制系统仍然是暖通空调应用最为广泛的控制系统之一。②模糊控制阶段。随着中央暖通空调的出现,以及舒适性的需求,对于暖通空调的控制要求越来越高,希望控制的精度也越来越高,因此出现了模糊控制技术。模糊控制技术利用神经网络和数学模糊集的理念,将对暖通空调的状态控制进行状态集的定义,实施模糊逻辑控制,能够大幅减少能耗消耗,提高空调运行效率。③网络化控制阶段。随着计算机网络技术的飞速发展,很多高层建筑要求对暖通空调实施远程化控制、网络化控制,这就需要对暖通空调进行网络化控制系统的设计研究。尽管目前网络化控制暖通空调还处于起步研究阶段,但是其稳定可靠的控制性能、显著的节能效果使之得到了快速的研究和应用发展。
5.高层建筑暖通空调系统设计中应注意的问题
目前审图部门对高层建筑暖通空调提出了一些问题，根据设计规范、设计规定、设计标准，需要注意在设备选型、管道布置、系统设计等几个方面可能存在的问题。
5.1空调循环水泵的选型问题。
循环水泵容量过大是我国空调循环水泵普遍存在的问题，造成很大的资源浪费。主要原因是，空调循环水泵设计时的冷负荷、系统循环阻力、净水压力等计算偏大以及不能确保系统水力平衡计算的准确性，并且空调循环水泵在正式投入使用前不进行全面的调试，致使水力失调。在对空调循环水泵具体设计时要确保冷负荷等在不同时刻都能满足不同条件下运行的要求，主要手段是通过控制定速泵的台数和变频泵的速度来达到节能的目的。
5.2供 暖 方 面
高层建筑暖通1:3 入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 应在热力入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入户热力装置的设置，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。
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。
5.3空调通风方面
在实际设计中，空调装机容量偏大，致使空调通风方面不符合相关规范规定的要求。造成空调装机容量偏大的主要原因是，一方面是在具体设计时需要考虑各方面的安全系数，导致单位空调面积的制冷机装机容量比相关规范中冷负荷概算大，甚至远远大于实际运行中单位空调面积峰值冷量，另一方面是在具体设计时一些设计人员使用的是负荷指标估算方法，也会导致制冷机装机容量偏大。
结语
随着社会进步，我国的城市化进程在不断加快，人们生活水平不断提高，建筑行业在此形势下迅猛发展，高层建筑中的中央空调小型化、家用空调商业化等成为了一种趋势。由于暖通工程项目越来越多，暖通空调系统的能量消耗占整个建筑耗电量的50% 以上，目前绝大多数空调处在低效运行，能源浪费严重。伴随科技进步, 建筑业的发展以及环境需求日趋多样化, 暖通空调在传统技术基础上势必应有不断的创新和发展,以节能、环保、可持续性发展战略观和高新技术加速应用为背景,建筑环境中的暖通空调领域必将发生前所未有的新变化。
参考文献
[1] 刘清霞.高层建筑暖通空调设计探析[J].科技致富向导,2011(06)
[2]徐昌松.我国高层建筑暖通空调设计中存在的问题及解决方法探析[J].中国高新技术企业,2007(09)
[3] 韦洁,于海.高层建筑暖通空调设计要点分析[J].工程建设与设计,2010(05)
关键词：高层建筑；暖通空调；设计；
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
引言
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。暖通空调控制系统设计方案的选择是暖通空调工程项目的关键，直接影响到项目的经济和社会效益，同时施工图中有关各个细节的设计也关系到整个暖通空调设计的成败，所以应该注重多个设计方案的比较选择，做出科学合理的设计。
1.高层建筑暖通空调能耗特点
纵观近几年国内高层建筑暖通空调的运行数据和能耗数据,高层建筑暖通空调的能耗呈现出以下几个特点。①能耗过高。随着中央空调的普及,很多高层建筑都安装了中央暖通空调,而中央暖通空调的巨大功率,使得高层建筑能耗特别高。据统计,在高层建筑的各项能耗中,暖通空调能耗已经占到了30%甚至更高,而暖通空调能耗通过合理设计控制系统运行模式,其能耗至少可以下降8-10个百分点。由此可见,研究面向高层建筑的暖通空调控制系统具有显著的节能减排意义。②能耗季节性规律明显。随着季节的变换,高层建筑暖通空调在夏、冬两季明显能耗过高,这对于城市热岛效应的加剧有一定影响,因此,暖通空调控制系统应当结合季节变换的规律特点,有针对性的对暖通空调能耗进行控制和限制。③空调负荷运行平稳。一般高层建筑多是面向办公楼、写字楼等应用场合的,这一类场合,其暖通空调的开放时间固定在8点至19点,在这一段时间范围内,空调的运行负荷几乎是不会发生变化的,因此对于空调而言,其负荷是平稳的。
2.暖通空调系统的概述
采暖、通风和空气调节这三部分是在长期的发展过程中自然形成的。采暖又称供暖, 供暖是指向建筑物供给热量, 保持室内一定的温度;通风是利用室外空气(称新鲜空气和新风)来置换建筑物内的空气(称室内空气) 以改善室内空气品质; 空气调节实现对某一房间或空间的温度、湿度、洁净度和空气流动速度等进行调节与控制, 并提供足够量的新鲜空气, 空气调节简称空调。空调可以实现对建筑热湿环境、空气品质全面进行控制, 其包含了采暖功能和通风的部分功能。三者联系在一起缩写为HVAC(Heating Ventilating andAir Conditioning) , 采暖通风与空气调节简称为“暖通空调”。
3.暖通空调设计的原则
3.1、弄清该建筑物在总图中的位置，四邻建筑物及其周围供热、供水、供电等管线的敷设方式与可能的接口地点。这可为本建筑物设计供热入口时的客观条件。也可作为计算负荷时考虑风力、日照等因素的参考，还可以根据主要入口的朝向，确定大门的做法。
3.2、层数、层高及建筑物的总高度，看其是否属于高层建筑。按现行的规范规定：10层及10层以上的住宅，建筑高度超过24m的其他民用建筑,应遵守高层民用建筑设计防火规范的条款。
3.3、弄清建筑物内的人员数量，使用时间，有无废气要排等。作为计算负荷及划分系统的依据。
3.4、防火分区的划分，防烟分区的划分及防火墙的位置及火灾疏散路线。不了解这些问题就无法设计防烟排烟系统，也不知道该在什么位置设防火阀门。
4.高层建筑暖通空调控制系统及技术应用现状
对于国内高层建筑暖通空调的控制系统技术的应用发展,大致经历了以下几个发展阶段:①PID控制阶段。PID调节控制是最早出现的,也是最传统的暖通空调控制技术之一,也是应用最为成功的控制技术。PID控制系统能够对空调的能耗进行跟踪反馈,适时调节系统的各项参数,能够获得较为稳定和可靠的控制效果,因此直到今天, PID控制系统仍然是暖通空调应用最为广泛的控制系统之一。②模糊控制阶段。随着中央暖通空调的出现,以及舒适性的需求,对于暖通空调的控制要求越来越高,希望控制的精度也越来越高,因此出现了模糊控制技术。模糊控制技术利用神经网络和数学模糊集的理念,将对暖通空调的状态控制进行状态集的定义,实施模糊逻辑控制,能够大幅减少能耗消耗,提高空调运行效率。③网络化控制阶段。随着计算机网络技术的飞速发展,很多高层建筑要求对暖通空调实施远程化控制、网络化控制,这就需要对暖通空调进行网络化控制系统的设计研究。尽管目前网络化控制暖通空调还处于起步研究阶段,但是其稳定可靠的控制性能、显著的节能效果使之得到了快速的研究和应用发展。
5.高层建筑暖通空调系统设计中应注意的问题
目前审图部门对高层建筑暖通空调提出了一些问题，根据设计规范、设计规定、设计标准，需要注意在设备选型、管道布置、系统设计等几个方面可能存在的问题。
5.1空调循环水泵的选型问题。
循环水泵容量过大是我国空调循环水泵普遍存在的问题，造成很大的资源浪费。主要原因是，空调循环水泵设计时的冷负荷、系统循环阻力、净水压力等计算偏大以及不能确保系统水力平衡计算的准确性，并且空调循环水泵在正式投入使用前不进行全面的调试，致使水力失调。在对空调循环水泵具体设计时要确保冷负荷等在不同时刻都能满足不同条件下运行的要求，主要手段是通过控制定速泵的台数和变频泵的速度来达到节能的目的。
5.2供 暖 方 面
高层建筑暖通1:3 入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 应在热力入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入户热力装置的设置，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。
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。
5.3空调通风方面
在实际设计中，空调装机容量偏大，致使空调通风方面不符合相关规范规定的要求。造成空调装机容量偏大的主要原因是，一方面是在具体设计时需要考虑各方面的安全系数，导致单位空调面积的制冷机装机容量比相关规范中冷负荷概算大，甚至远远大于实际运行中单位空调面积峰值冷量，另一方面是在具体设计时一些设计人员使用的是负荷指标估算方法，也会导致制冷机装机容量偏大。
结语
随着社会进步，我国的城市化进程在不断加快，人们生活水平不断提高，建筑行业在此形势下迅猛发展，高层建筑中的中央空调小型化、家用空调商业化等成为了一种趋势。由于暖通工程项目越来越多，暖通空调系统的能量消耗占整个建筑耗电量的50% 以上，目前绝大多数空调处在低效运行，能源浪费严重。伴随科技进步, 建筑业的发展以及环境需求日趋多样化, 暖通空调在传统技术基础上势必应有不断的创新和发展,以节能、环保、可持续性发展战略观和高新技术加速应用为背景,建筑环境中的暖通空调领域必将发生前所未有的新变化。
参考文献
[1] 刘清霞.高层建筑暖通空调设计探析[J].科技致富向导,2011(06)
[2]徐昌松.我国高层建筑暖通空调设计中存在的问题及解决方法探析[J].中国高新技术企业,2007(09)
[3] 韦洁,于海.高层建筑暖通空调设计要点分析[J].工程建设与设计,2010(05)