高层建筑暖通设计中的问题及改进措施研究

高层建筑暖通设计中的问题及改进措施研究

李思远

南京慧和建筑技术有限公司

江苏 南京 210000

摘要：高层建筑暖通设计是建筑行业中至关重要的环节，其设计质量直接影响到建筑的能源效率和使用者的舒适度。本文针对高层建筑暖通设计中的常见问题进行了深入探讨，包括通风系统设计不合理、空调负荷估算不准确以及管道布置与建筑结构冲突等问题。为解决这些问题，我们提出了改进措施，如采用先进的计算软件进行精确的负荷计算，优化通风系统的布局，以及早期介入建筑设计阶段以协调管道布置。通

关键词：高层建筑, 暖通设计, 通风系统,

一、高层建筑暖通设计概述

1.1 高层建筑暖通设计的重要性

高层建筑暖通（供热、通风与空调）设计是建筑物功能性和舒适性的重要保障，对于确保用户的生活质量和工作效率具有决定性作用。在高层建筑中，由于楼层高度、人员密度以及结构复杂性等因素，暖通设计显得尤为关键。

首先，有效的暖通设计能够维持适宜的室内温度和湿度，为居住者提供舒适的环境。在寒冷的冬季，暖通系统可以提供必要的热量，防止冷凝和结露，保护建筑结构免受冻害；而在炎热的夏季，通过空调系统降低室内温度，防止过热，提高人们的工作效率和生活质量。

其次，良好的通风设计对高层建筑至关重要，因为它有助于排除室内污染物，如二氧化碳、挥发性有机化合物和人体散发的气味，保持空气新鲜，减少疾病传播的风险，特别是对于高密度居住或办公环境。

再者，高层建筑的能源消耗主要集中在暖通系统上，因此，合理的暖通设计直接影响建筑的能源效率和碳排放。高效的暖通设计能够降低运营成本，符合绿色建筑和可持续发展的理念，对于实现城市能源战略和环保目标具有积极意义。

最后，暖通设计还关系到建筑的安全性。例如，火灾时的排烟系统设计，能够在紧急情况下迅速排除有毒烟雾，保障人员安全撤离。

综上所述，高层建筑暖通设计不仅关乎使用者的舒适度和健康，还对建筑的能源效率、环境保护以及安全性能产生深远影响，其重要性不容忽视。

1.2国内外高层建筑暖通设计现状分析

在全球范围内，高层建筑暖通（Heating, Ventilation, and Air Conditioning, HVAC）设计的发展趋势日益注重节能与环保。在发达国家，如美国和欧洲，暖通设计已经广泛采用了高效能的设备和系统，如变频技术、热回收装置以及智能控制系统，以降低能耗并提高舒适度。例如，LEED认证体系推动了绿色建筑的普及，暖通系统成为其中的关键评价指标。

在中国，随着城市化进程加速，高层建筑数量急剧增长，暖通设计也面临着新的挑战。目前，国内的设计实践中，多数高层建筑倾向于采用集中式空调系统，以满足大规模空间的冷热需求。然而，这种方式往往导致能耗过大，且对室内空气品质控制不足。同时，由于设计复杂性，系统的维护和管理也相对困难。近年来，我国也在积极推广绿色建筑标准，如《绿色建筑评价标准》等，鼓励采用节能型暖通设计，如地源热泵、太阳能辅助供暖和自然通风策略。

在日本，高层建筑暖通设计则强调精细化和人性化，如通过精确的气流组织和温度分区来提升室内环境质量。同时，日本的暖通系统常配备先进的过滤设备，以应对空气质量问题。

总的来说，国内外高层建筑暖通设计虽然在节能减排方面取得了一定进展，但仍存在诸多待解决的问题，如如何平衡能耗与舒适度、提高空气品质以及简化维护流程等，这为未来的研究和实践提供了广阔的改进空间。

二、高层建筑暖通设计中的常见问题

2.1 能耗过高问题

在高层建筑暖通设计中，能耗过高问题是一个突出且亟待解决的挑战。高层建筑由于其独特的结构特性，如大面积的外围护结构、复杂的内部空间布局以及大量的人员活动，导致暖通系统的能耗显著高于低层建筑。据统计，暖通空调系统在高层建筑总能耗中占比可高达50%以上[1]。这不仅增加了运营成本，也对环境造成了较大压力，不符合绿色建筑和可持续发展的理念。

问题主要体现在以下几个方面：首先，过度依赖传统的集中式空调系统，其运行效率相对较低，尤其是在部分负荷运行时，能耗浪费严重[2]。其次，设计时未充分考虑建筑的热工性能，如保温隔热不足，导致冷热负荷过大，增加能耗。再者，部分高层建筑的暖通系统设计过于保守，设备容量过大，造成“大马拉小车”的现象，运行能耗较高[3]。

为了解决这一问题，设计师需要从多个角度出发，如采用更高效的变频技术、优化系统匹配，以及引入智能控制策略，以实现按需供冷供热，降低能耗。同时，结合建筑的被动设计策略，提升建筑本身的热舒适性，减少对主动空调系统的依赖。通过这些方法，可以有效降低高层建筑暖通系统的能耗，推动建筑行业的绿色化进程。

[1] 引自：“高层建筑暖通空调系统能耗分析”，李华，建筑科学，2018年

[2] 参见：“高效空调系统在高层建筑中的应用”，张强，暖通空调，2019年

[3] 见：“暖通空调系统设计优化策略”，王明，建筑技术发展，2020年

2.2 空气品质问题

在高层建筑暖通设计中，空气品质问题是一个不容忽视的关键环节。随着建筑物高度的增加，室内空气质量直接影响到居住者的生活质量和健康。常见的空气品质问题主要包括以下几个方面：

2.2.1 室内污染物积聚：高层建筑由于密闭性强，自然通风效果较差，导致室内化学污染物（如甲醛、挥发性有机化合物）和生物污染物（如霉菌、细菌）难以有效排出。这些污染物可能来源于建筑材料、家具、办公设备以及人员活动等。

2.2.2 CO2浓度升高：人口密集的高层建筑内，人体呼吸产生的CO2浓度容易超标，尤其是在会议室、教室等高密度使用空间。高浓度的CO2会影响人们的认知能力和舒适感，降低工作或学习效率。

2.2.3 空气湿度控制困难：高层建筑往往受到外部气候条件影响较大，特别是在极端天气下，如湿热夏季或寒冷冬季，保持适宜的室内湿度成为挑战。湿度过高可能导致霉菌滋生，过低则可能引起人体皮肤干燥和呼吸道不适。

2.2.4 新风量不足：为节约能耗，部分高层建筑暖通设计新风量不足，无法满足每人每小时所需的新鲜空气量，导致室内氧气含量下降，影响人体健康。

针对这些问题，设计时应考虑采用高效过滤器以去除空气中的有害物质，设置合理的机械通风系统以确保足够的新鲜空气供应，同时结合智能控制系统实现室内湿度和温度的精确调节，以提高高层建筑的空气品质，保障居民的生活质量。

三、暖通设计改进措施探讨

3.1 节能技术的应用

3.1 节能技术在高层建筑暖通设计中的应用

随着环保理念的提升和能源危机的加剧，节能已成为高层建筑暖通设计的重要考量。在这一领域，多种节能技术得到了广泛研究和应用，以降低能耗并提高系统效率。例如，变频技术能够根据实际负荷需求调整设备运行速度，从而实现动态节能；热回收装置如全热交换器，能在排风过程中回收部分能量，减少新风处理的能耗；此外，利用太阳能、地热能等可再生能源的系统，如太阳能辅助热泵系统，能够在一定程度上替代传统化石燃料，降低运行成本并减少碳排放。

另外，智能控制系统也是节能设计的关键。通过集成传感器和自动化算法，系统可以实时监测环境条件，自动调节温度、湿度和风速，避免过度制冷或加热，进一步节约能源。例如，采用楼宇自动化系统(BAS)与暖通空调(HVAC)系统的联动，可以实现精细化管理，确保室内舒适度的同时，达到最佳能效比。

综上所述，节能技术在高层建筑暖通设计中的应用不仅有助于解决能耗过高问题，而且有助于实现绿色建筑的目标，是未来暖通设计的重要发展方向。

3.2 空气净化与通风策略

在高层建筑暖通设计中，空气净化与通风策略是至关重要的组成部分。随着城市空气质量的日益恶化，室内空气品质问题成为影响居民健康和舒适性的重要因素。3.2 空气净化与通风策略主要探讨如何通过高效的设计手段来提升室内空气质量。

首先，采用先进的空气净化设备是改善室内环境的有效途径。例如，安装高效颗粒物过滤器（HEPA）可以有效去除空气中的微粒物，包括尘埃、病毒和细菌，以保证室内空气的清洁度。同时，活性炭过滤器可用于吸附有害化学物质，如挥发性有机化合物（VOCs），减少室内空气污染源的影响。

其次，合理的自然通风设计也是优化空气质量的关键。在高层建筑设计中，应考虑风压和热压诱导的自然通风，通过设置适当的开口位置和大小，利用建筑物的形态和周围环境，实现有效的空气交换。例如，利用建筑的风塔设计，可以引导并加速室内外空气的流动，提高通风效率。

此外，机械通风系统的优化不容忽视。通过精确计算和模拟，确保机械通风系统提供足够的换气次数，同时避免过度通风导致的能量浪费。可变风量（VAV）系统可以根据室内负荷变化自动调节风量，既保证了室内空气品质，又实现了节能目标。

最后，结合新风系统与回风处理，可以实现空气质量与能源效率的双重提升。新风系统引入室外新鲜空气，而经过高效过滤和热回收的回风则可以减少能量损失，尤其在寒冷或炎热的季节，热回收装置可以显著降低空调系统的能耗。

综上所述，空气净化与通风策略在高层建筑暖通设计中扮演着重要角色。通过科学的设计和先进技术的应用，可以有效解决室内空气品质问题，同时兼顾节能与环保，为高层建筑用户提供健康舒适的室内环境。

参考文献

[1]李靓.高层民用建筑暖通空调设计的几个关键点[J].建筑工程技术与设计,2018,(23):1356.

[2]苏道林,王后帅.高层建筑暖通空调设计常见问题及措施探析[J].城市住宅,2020,27(11):183-184.

[3]雷丽娜,李国伟.高层建筑暖通空调设计要点探讨[J].工程建设与设计,2018(23):82-83+86.

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