高层民用建筑设计(孙淑萍)

高层民用建筑设计孙淑萍2008年3月高层民用建筑的划分、功能特点•近十几年随着我国经济的高速增长，也使建筑行业有了迅猛发展期，建筑功能愈加复杂，适应性要求越来越高，高层建筑以及超高层建筑越来越多。本报告就只针对高层民用建筑来讲。•高层、超高层民用建筑的划分——并无明确的统一标准，通常以以《髙规》中规定的适用范围来划分：•高层民用建筑一般指：1、建筑高度超过24米的公共建筑；2、十层及十层以上的居住建筑。超高层民用建筑：因《髙规》中对高度超过100米的建筑有一些特别要求，如设避难层等，所以我们就将高度超过100米建筑称为超高层。•高层民用建筑的功能主要有：①酒店；②高档公寓及高层住宅；③普通办公及高档写字楼；④商业建筑；⑤医疗、电信、广播电视等；⑥包含多种功能的综合楼；各类建筑特点①酒店——一般有客房、健身、会议厅、各种风味餐饮、服务及管理用房，属于常年全天候运营，人员流动性大，要求各系统适用性、可靠性高，可调性好；②高档公寓及高层住宅——要求实用、个性化，配套设施使用灵活、简便、耐用，且运行费用低等；③办公类建筑——除一些自用的办公楼外，一般租、售的写字楼在起用后往往会有二次装修分隔的问题，以及会有一些特殊办公设备的使用等，还有加班人员及加班时间的不确定性，这些都需要设计师去考虑如何满足可能的各种需求；④商业类建筑——空间大，人员流动性大、密度高，且人员密度变化大，营业时间比较固定。在二次装修与分隔方面与办公建筑有类似之处；⑤医疗、电信、广电类等建筑——有工艺、流程方面的特殊要求，以下就不多讲了。⑥综合楼——一般功能多样，可能有娱乐、餐饮、购物、办公等。高层民用建筑空调通风设计一、各类建筑空调设计中的共性问题：1、冷热源及水系统：（1）应根据工程所在地能源利用状况分析，确定合理的冷热源形式。（2）介质参数、承压及定压值的确定：供冷参数：常规制冷系统，一般取7/12℃。对于规模较大、输送距离较长的工程，可适当加大供、回水温差，以降低输送能耗，但供水温度降低，制冷会降低，因此应综合分析确定。对于冰蓄冷系统，空调冷水供回水温差可取大一些，如5/13℃。这种供冷参数的末端可用全空气低温送风系统，如末端用风机盘管，需要修正。供热参数：如用常规的热源系统，如市政热力、锅炉房等，一般取60/50℃。如用普通的热泵机组，其一般供热参数为45/40℃，在北方地区就要核算末端供热能力是否够。系统承压值的问题：对于高度较高的建筑，水系统竖向是否需要分区？如何分区？现在通常做法是高度不超过100m的建筑不分区，高度超100m的建筑（即超高层）一般接合避难层对水系统进行竖向分区；•早期的空调系统一般将系统承压值控制在1.0MPa以下，近些年空调设备及附件质量、性能的提高。一般高度在100m以下的楼就不分区了，控制在水系统工作压力为1.6MPa以下，在这个工作压力下，系统的设备、阀门及附件、管材的造价不会增加太多。本人曾经咨询过有关空调厂商，了解到有的品牌1.0MPa与1.6MPa的制冷机价格是一样的，风机盘管及空调、新风机组的设计工作压力就是1.6MPa；有的品牌1.0Mpa与1.6Mpa的制冷机价格相差5%。•另外对于高度较高的建筑，我们在空调系统的流程设计上可采取一些措施：比如一般我们是将冷水机组设在冷冻水、冷却水循环泵的出水侧，当楼较高时，可将冷水机组设在冷冻水、冷却水循环泵的进水侧（见幻灯5插图），这样冷水机组的承压就可以降低0.2~0.3MPa（相当于循环泵的扬程），另外系统定压尽可能采用高位膨胀水箱插冷源系统图：•插超高水系统图：•空调水系统竖向分区的做法有一般有以下两种：•①高、低区共用冷热源机组：低区直供，结合避难层设高区板式换热器及其循环泵、补水定压设施，换热后给高区供冷供热（见幻灯6插图），这种做法的优点是大型设备一般设在地下机房，楼中设备层内只是板式换热器及水泵，对设备层层高没有太高要求，对结构荷载较小，振动及噪声相对要小，且便于安装及更换设备。缺点是：一般冷水换热温差取1.5℃左右，对板换的要求高，另外如果直供的冷水供回温度取常规的7/12℃，那麽高区的供回水就是8.5/13.5℃，在同样负荷情况下高区的末端就要加大，且新风机组的除湿能力降低了。此种做法不适合建筑高度超过200m的建筑。•②高、低区独立设冷源：高区的冷水机组设于楼中的设备层（结合避难层设），优点是高低区末端设备相同，高区不用另外修正。缺点是：对设备层层高、荷载、隔振等要求高，冷机安装困难，更换就更困难。•③高度超200m的建筑另论。（2）根据建筑使用功能对部分负荷进行分析，确定冷热源机组的配置方案，即机型、台数搭配方案；（3）从功能特性分析，考虑使用时间、便于运行管理、调节等因素，确定是否设二次泵系统以及环路如何划分。一般什麽情况下设二次泵系统：我认为使用时间差异较大或系统较大、且各环路阻力相差较大时应设二次泵：如有的写字楼裙房设有较多的商业、餐饮（除职工餐厅）功能时应与办公区分设二次泵。一般办公的空调运行时间大概是早7点~晚6点，且节假日不运行或很少运行，而商业和餐饮一般早上开的较晚，晚上营业的较晚，节假日照常。分二次泵后，可在自控系统设泵的启停时段，管理方便。（4）采用两管制还是四管制：要考虑建筑的标准、内热情况、朝向，过渡季及冬季内热是否可利用室外风消除。如果采用四管制系统，在北京一般冬季用与冷却水换冷的方式制取冷冻水（见幻灯5插图）。这种做法就要对冷却水系统采取一些防冻措施：如室外部分的冷却水管要设电伴热、冷却塔风扇变频、水盘设电加热棒或用其他方式防冻（如泄水）。（5）冷热源方式选择：是用常规的系统还是蓄冰、水环热泵、水源或地源热泵等。要考虑分析当地的能源情况、管理水平、投资情况。如果采用非常规的冷热源方案，就要对负荷进行特殊的计算分析——如地源热泵要进行全年的动态负荷计算等。（6）冷热源站房位置设置要考虑下列问题：大型设备的安装条件、运输通道——不仅要考虑初次安装时的运输、安装，还要考虑将来设备的更换问题。噪声、振动对临近房间的影响；若采用直燃机：如必须设在高层建筑内时，其机房位置、设备总容量要满足消防规定，且应有防爆泄压及事故通风措施，并不应与人员密集场所贴临；还要考虑烟囱的位置、排出口标高。对于直燃机设在楼内的相关限制要求——如设备总容量、站房的位置、防爆泄压措施、事故通风等，国标未见明确规定，一般参照锅炉房做。北京地标的规定要求：直燃机房应设在首层或地下一层靠外墙处，不应设在主体结构内。且应有防爆泄压及事故通风措施，并不应与人员密集场所贴临；（7）空调水系统的平衡问题：对于高层建筑，空调水系统竖向、横向的水力平衡都要考虑，有的采用同程系统，有用动态平衡阀的。(参见水系统图）2、空调系统选择：要根据空调房间的使用特点，考虑使用的灵活性、经济性，（1）新风+风机盘管系统：优点是使用灵活，可独立控制。缺点是空气品质差，噪声高，运行维护工作量大。（2）全空气系统：特点是空气品质好、便于维护管理，在适宜的条件下可在过渡季用加大新风量（即变新回风比运行）的方式供冷，但此工况要有对应的排风措施或用双风机系统。全空气系统有定风量、变风量之分：定风量全空气系统:一般适用大空间、使用要求及时间一致、无需局部调节的场所；变风量全空气系统:可用于需要分区域（或房间）调节室温的场所，如高档写字楼。其优点是空气品质好、噪音低，节能。缺点是使用不够灵活。如少部分人要加班时，则要开启整个系统，另外新风量不易保证，有各区域新风量不均的问题，往往为了满足最不利区域因送风量减小而带来的新风量不足的问题，就要适当加大总的新风量。变风量系统的特例：仅空调机组变风量，不设变风量末端装置。一般用于负荷变化较大的大空间，且空调风量在一定范围内变化后对气流组织无太大影响的场所。其介于定风量与变风量之间，较定风量节能，比真正的变风量造价低。（3）内外分区及内区冬季、过渡季的降温措施：①外区的范围：对于无分隔的大房间如何确定外区范围，通常取外周边的3~5m为外区；也可以按以下方法核算确定外区范围：每沿米外围护结构热负荷与室内对应区域的内热所能抵消的进深范围即可做为内外区划分范围。②过渡季的降温措施：应优先选用室外风的降温方式；室外风的降温方式有以下两种（均要有对应的排风措施）：对于全空气系统可加大新回风比；对于风机盘管+新风系统：新风机组可用双速或变速风机，过渡季高速运行加大新风量。但设计风管时要考虑风量变化时对风平衡不会有太大影响；用变风量全空气系统常年供冷，外区加再热装置；用内外区的全空气系统，内、外区分设空调机组；内区用全空气系统常年供冷、外区用两管制风机盘管冬季供热、夏季供冷；用四管制风机盘管系统——内区仅接冷水（常年供冷）、外区用四管或分区两管系统。外区用四管相对于分区两管制来说：相对灵活、适用性强、管理方便；（4）风平衡问题，尤其是办公建筑且层数较多时：办公用房一般地上排风出路就是厕所、开水间等处，且现在的外窗严密性较好，因此除厕所、开水间必须要保证的排风量以外，还应加设排风系统（在最小新风量时），以保证室内余压不致于太高（一般不超过5Pa），保证新风送入。估算时可取总排风量约为新风量的85%左右；（5）餐饮厨房的排风：不仅要设油烟净化装置，还应将排风管拉到建筑最高处排放，且远离新风口、并处于下风向。因为油烟净化装置一般可以对油雾的净化处理的较好，但除味效果不好；另外，厨房的排风一定不要直接用建筑风道，必须加装风管，尤其是在正压段。因土建风道的严密性不易保证；油烟净化装置设置位置尽量离排油烟罩近一些，如离的太远，前端应有预处理措施，因油烟管道不易清洗，时间长了，油垢积的多了后容易引燃，发生火灾；（6）高大空间——如大堂、共享空间的气流组织；一般大堂、共享空间供热时低位温度不易报证，现在通常的做法是除在气流组织方面想办法外，再设低温地板辐射采暖系统。（7）节能环保措施；•遵循节能标准要求，•选用少污染、低耗能的系统和设备；•系统设置上要考虑运行管理过程在保证必要的舒适性的同时不会出现无谓的耗能现象；•冬季及过渡季尽可能利用天然冷源；•避免冷热抵消现象。3、防排烟系统：执行《髙规》，就不多讲了，需要注意的是：（1）尽量不要直接用土建风道作风井；（2）当建筑高度较高时，楼梯间正压送风管（或竖井)内风速不要取的太高；对于此条：是因《髙规》中规定金属风道风速不应大于20m/s，混凝土风道风速不应大于15m/s，有的设计师就卡着限值设风管及井道，对于均匀设常开口的、建筑高度较高的楼梯间加压系统来说，往往会出现上下风口不易平衡的问题二、各类建筑空调设计中的个性问题：1、酒店：（1）冷源：因空调负荷特点是昼夜负荷变化比较大，且要考虑客房入住率不满的不利因素，在机型、机组容量搭配方面要充分考虑；（2）客房：空调系统比较单一，一般采用风机盘管+新风，客房卫生间设排风。现在标准较高的酒店用四管制风机盘管的较多；（3)多功能厅及宴会厅：室内人员、灯光负荷较高，新风需求量大，基本为常年供冷需求，通常采用的是定风量全空气双风机系统或空调机组+排风系统，可变新回风比，在适宜的气候条件下用室外新风降温。（4）健身、娱乐：一般采用风机盘管+新风；（5）游泳、洗浴等：一般要考虑在供暖方面与大系统不同步，要提前供热和停热滞后的需求。2、办公建筑：（1）办公及会议用房：通常采用的系统有a、两管或四管制风机盘管+新风系统；b、全空气变风量系统；（2）特殊需求：为了租户特殊设备的供冷需求，近10年的通常作法是预留给用户冷却水系统，以便用户加装水冷式制冷设备。3、商业建筑：（1）采用定风量全空气系统+外区风机盘管；也有采用四管制风机盘管的。（2）餐厅：可采用定风量全空气系统；4、其他空调系统：近10年空调设备发展比较，有许多新的设备、系统可供选择，各有优缺点。因时间关系就不多讲了。谢谢各位！