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福建省民用高层建筑的暖通空调设计
     
   1 福建省民用高层建筑暖通空调设计参数的确定
    高层建筑的等级决定了暖通空调的设计标准,当前我省设计是参照国家旅游局制定的暖通空调设计暂行标准,来确定暖通空调设计参数的。
    2 福建省民用高层建筑中采用的主要空调方式
    空调方式一般多按空气处理设备的设置情况而分为分散式、半集中式(亦称小型中央空调式) 和集中式三大类。近年来对集中式和半集中式系统统称为中央式空调,所以,空调方式基本上可分为集中方式与局部方式两大类。
    2. 1  局部空调方式的应用。如国际大厦、国泰大厦及五交商业大厦每单元选用2 台柜式空调机,建设业主考虑售房的价格与便于用户自设空调方式和有利于空调运行管理费用核算而采用了局部空调的方式。
    2. 2  集中空调与半集中空调(均称为中央空调) 的应用。我省高层建筑大多数采用这种方式,如已建成的西湖大酒店、闽江饭店、温泉大饭店、外贸中心酒店、闽都大厦、海山宾馆,正在建设中的宏利大厦、世界金龙大厦、国贸大厦、天福大厦以及正在设计中的亚青新都会花园广场、中山大厦、西湖宾馆、省保险公司大楼、银河大厦等等。
    与小型独立机组相比,中央空调大型设备具有故障少、寿命长、噪声小、用电省、造价低、维修工作量小、安全可靠、运行管理较为灵活方便等优点,故高层建筑多采用中央式空调。
    从使用功能与负荷特点来说,客房区与公共区不同,采用的空调系统也应有所不同,高层区小空间的客房或写字楼,由于层高的限制,多数采用空气—水的空调方式。国外的高层写字楼,常采用诱导式的空调系统、风机盘管系统或变风量系统。而旅游宾馆客房则多数采用风机盘管加新风的系统,原因是风机盘管系统比诱导空调系统“节省电耗”(可节省10 %~20 %) 。高级建筑也有用全空气低风速单、双风道空调方式的。要根据建筑特点经多方面比较,因地制宜地选用空调形式。
    2. 3  局部空调方式与中央空调方式在一个高层建筑中同时并用:如宏利大厦1~6 层为中央空调方式,6~33 层为局部空调方式。
    在高层建筑中很少采用局部空调作为全楼空调的主要原因是,独立机组过多会增加维修费用,一次投资大,同时给管理上带来麻烦,如采用窗式空调还有噪声大和新风不好解决的困难。某些有特殊需要的部分,如消防中心、电脑房、音响、电视室和电话总机房、电梯机房等处要求24 h 空调并要求维持一定的相对湿度。因集中空调系统一般属于间歇性运行,满足不了上述房间的室内温湿度要求,故对这一类房间可单独设局部空调系统来满足其需要,或除用中央空调外再另设分体空调机组或窗式空调等作为备用。另一方面,在高层建筑中有些房间受到建筑布局或结构限制(如梁过于高大) ,冷水管道无法通过或因管路过长而空调负荷又不大,也可采用局部分散空调方式。再者如电梯机房因设备发热量较大和机房屋顶受太阳热的影响,而室温较高需要空调,但因受到膨胀水箱安装高度的限制以致不能利用中央空调系统供冷,可选用分体式机组进行空调,厦门鹭江大厦、福州温泉大饭店等工程,就是这样设计的。
    2. 4  热泵热回收空调系统方式的应用。热泵热回收空调方式是一种闭路式以水为热源的热泵空调方式,通过共同的水管系统将闭式冷却塔、作为辅助热源的热水器和室内机组等全部装置连接起来,称为半局部空调方式。它用同一个系统按照不同房间的不同要求分别供冷或供热。南方温带地区的水管可不作保温,系统较为简单,安装工作量比中央空调系统少、投资省。这种系统夏天内部区和周边区均供冷,室内热量通过水系统由冷却塔排出;冬天,当周边区有热负荷,内部区有冷负荷时,周边区机组按热泵机组运行,内部区的机组按制冷运行,整个空调系统的制冷负荷比供热负荷大时,水温上升,这时利用冷却塔冷却。当供热负荷比制冷负荷大时,可用辅助热源将系统的水加热。在过渡季节,建筑物向阳房间需要供冷,而背阴的房间则要供热,或者内部区的人体、照明等发热量较大时,如有1/ 3 机组供冷,就有足够的热源供暖。这样,在南方某些较暖的地区应用这种系统很有可能不需要辅助热源。
    以水为热源的热泵空调方式有以下优点: ①能进行热回收,可根据需要开停机组,有利于节能; ②可单独控制室温; ③机组自带制冷机和利用热回收运行,不需要集中机房和大型锅炉装置,可节省机房面积和节约投资。对于中等以下规模的综合楼,低层是商场、小餐厅等发热量较大的公共场所,高层是写字楼、公寓等建筑物,因此有热回收价值。为了节能应用这种系统是很好的。厦门汀州大厦就采用这种空调方式。
    3  民用高层建筑空调系统的选择
    3. 1  客房部分空调系统的选用
    我省高层宾馆客房空调系统基本上都采用空气—水系统,其典型方式有风机盘管加新风机组,例如闽江饭店、海山宾馆、西湖大酒店、温泉大饭店、外贸中心酒店、天福大厦等。但按其中新风管的接法又可分为两大类,一是每个客房的新风管直接送到房间,如闽江饭店;二是新风管接到盘管的回风箱上,如华林大厦。
    风机盘管机组已逐步定型化、规格化,有卧式、立式和立柱式等,易于选择安装,布置灵活方便,各房间可以独立调节,并可以用“节能”钥匙实现客人离开时关掉机组或转为低档运行,节能并节省费用。风机盘管系统的运行费比诱导式低10 %~20 %。由于是独立的新风系统和独立的机组,各个房间的空气互不串通,单独维修也不影响其他房间,调节灵活,管理方便,同时由于风机盘管的一次投资比变风量系统少,写字楼的空调也多采用风机盘管机组,如中福公司福侨大厦写字楼。

    选择风机盘管时要考虑到人体的舒适感范围比较宽,为满足不同人员对温、湿度的不同要求,有一个适当的灵活调节范围是必要的,而且机组使用一段时间后,会出现阻力增加、风量减少、功能下降等现象,因此,按中速档容量选择机组是适宜的。
    风机盘管之所以在高层宾馆中获得广泛的应用,是由于它具有一系列独特的优点:
    ①能适应较大的空调负荷,对于负荷大和负荷变动幅度大的高层建筑周边区非常适用; ②便于对各个房间的空调设备进行个别调节和控制; ③少占建筑空间,有利于降低建筑层高,节省建筑投资; ④动力消耗和运行费用较低; ⑤控制调节性能优越,能适应较宽的人体舒适感范围; ⑥系统噪声小,有利于环保。
    因此,风机盘管系统在高层建筑中,尤其是在高层宾馆的建筑中已经发展成为一种主要的空调方式。
    3. 2  公共场所、餐饮及康乐部分空调系统的选择
    高层宾馆的公共场所、餐饮及康乐部分有以下特点: ①使用时间较为集中,空调高峰负荷出现在使用时间; ②内热负荷(如人体、灯光、电气设备、饭菜、火锅等的散热量) 所占的比重较大; ③使用时人员密度高、散热散湿量大,要求供应的新风较多,需要换气量也大。
    我省高层建筑的公共场所、餐厅和康乐部分的空调系统多采用低风速单风道或双风道系统和变风量这三种空调系统。例如闽江饭店的公共部分、前大堂、后大堂、歌舞厅,一层的中、西餐厅等都是采用组合式空调机组低速双风管系统,又如外贸中心酒店康乐中心3 层的国际多功能厅、闽江饭店15 层的多功能厅、16 层的写字楼都是采用变风量低速双风道空调系统,还有如闽江饭店2 层厅、华林大厦餐厅、厦门鹭江大厦餐厅等都是用低速单风道系统;中旅商场1~3 层都是采用变风量双风道空调系统。由于这些系统调节风量的方法有多种,没有再热损失,非峰值负荷时的送风量可随时增减调节,节约了能耗。根据测定当风量为满负荷设计风量的50 %时,可节约电能26. 5 % ,因而全年的送风电力消耗比定风量方式少得多,加上没有冷、热抵消,节能效果很好,所以变风量的方式较为流行。 
  但也有一些公共部分如高级的小餐厅、小贵宾厅和小会议室等为了避免受到串声等干扰,不希望在门或墙上开回风口,或回风口布置有困难时,为使室内空气独立循环而采用风机盘管加新风系统的空调方式,或者为了适应过渡季节或冬季内区供冷、周边区供暖的要求,内区采用变风量或单风道方式,外区用双水管风机盘管的方式,例如福州温泉大厦的首层至三层公共场所的周边区用双水管风机盘管的方式,内区用低风速单风道方式,夏季周边区与内区同时供冷,过渡季节或冬季,周边区供暖,内区则根据室外空气参数和室内温度要求供冷或通风,风机盘管只负责建筑物的周边负荷。
    4  民用高层建筑新风系统的设计
    我省高层建筑新风供给的方式归纳起来有三种,一是无组织的依靠窗缝渗透或开小气窗进入新鲜空气来达到换气的目的。这种方式存在以下问题: ①新风量很难保证,时有时无,时多时少; ②破坏了客房温度的均匀性,并且湿度很不好控制; ③室外大气污染严重时,不经过滤而渗入室内的新风,影响室内空气洁净度。二是新鲜空气经过新风机组进行处理,有组织不间断地进入客房,大多数有一定档次的高层饭店、宾馆都采用这种方式(如温泉大厦、闽江饭店、外贸酒店、厦门鹭江大厦、福侨大厦等,每层楼设一新风机组) ,其好处如下: ①保证室内一定的正压,防止室外空气渗入而破坏室内温度的均匀性,并可以保证室内的卫生条件; ②通过不断向室内送入新风,可使前一批旅客的气味不影响到下一批; ③新风可以负担一定的冷量。三是分散吸取新风的方式,如华林大厦1~3 层的写字楼、会议室、办公室等房间,通过天井或外墙的小型新风管直接接至风机盘管或吊装式变风量空调机组的回风箱。这种就地取新风的方式,适用在少数灵活的地方,但选用盘管与空调机组时要放大处理新风部分的冷、热量。
    新风量的确定:按传统的计算方法,要以满足正压要求、局部排风和卫生条件三者所需新风量中的大者来确定新风量,我省民用高层宾馆客房一般取30~50 m3/ (h·人) 。
   5  民用高层建筑排风系统的设计
    在高层宾馆空调房间内,为防止污染空气进入室内,卫生间的换气次数一般按5~8 h - 1计算。为防止室外空气的渗透,送入室内的新风量应大于排风量的20 %;排风系统按其规模可以分为小系统与大系统两种。一般都是利用竖风管(或竖井砖风道) 由下往上排风,风管布置在与客房卫生间相邻的竖井内,小系统的竖风管(如厦门鹭江大厦) 一直延伸到屋面与屋顶风机相接;大系统一般利用中间某层或顶层吊顶空间(层高需特殊加高) 布置水平排风干管,将竖风管的排风汇集起来,通过竖井与顶层机房离心风机相接排出室外,如闽江饭店、省金属公司商业大厦就是这样设计的。
    6  民用高层建筑消防正压送风与排烟设计
    6. 1  我省高层建筑防排烟的设计原则是根据建筑平面,防烟楼梯、消防电梯及其前室的布局,全面考虑系统的布置,楼梯间、电梯间及其前室为正压区(机械增压区) ,走道为负压区(排烟区) ,楼梯间压力> 前室压力> 走道压力。不管楼梯间及其前室是否靠外墙或有无外窗,非敞开式楼梯不能作为自然或机械排烟通道,而应设置正压送风系统,以使疏散通道不被烟气污染。
    6. 2  正压值的确定:我省正压值的取值是沿着着火房间、走道、前室、防烟楼梯间顺次递增,当着火间及走道采用负压排烟,而前室、防烟楼梯间采用机械加压送风时,正压值走道为8 Pa ,前室内维持25 Pa ,防烟楼梯间内维持50 Pa ,以保证烟气不致侵入上述疏散通道。
    6. 3  火灾发生时着火层应立即疏散,其上、下两个邻层也须及时疏散,送风系统的送风量应按同时开启3 层门时门断面的总面积计算,这也是选择风机风量的依据。但有外窗的疏散楼梯间及前室,因漏风缝隙增多,故选风机时风量应乘以1. 2~1. 3 的漏风系数。
    6. 4  正压送风口的设置:楼梯间根据总风量每1~2 层设置一个敞开的多叶送风口,前室设常闭风口,即每层设置一个电动开启、手动或电动复位的多叶送风口,接至消防控制中心。风口断面风速按7 m/ s 确定。
    6. 5  排烟系统的设置与排烟量的计算
    6. 5. 1  内走道可按水平防火分区设置垂直排烟系统,风量按60 m3/ (m2·h) 计算。当房间与走道之间的门为防火门时,可只计算走道面积;为普通门时,应根据排烟区的大小,增加该区房间面积的1/ 8~1/ 4 。上面计算出的排烟量应大于与之相对应的正压送风量30 %左右,以维持着火区的负压。
    6. 5. 2  因着火层及其上下邻层有正压送风,所以排烟应集中于着火层,按着火层计算风量。
    6. 5. 3  选择风机时,应将系统总风量乘以1. 3~1. 5 的漏风系数,对于超高层建筑可同时计算2 个着火层,如中间设避难层可分为2 个系统设置。
    6. 5. 4  符合排烟系统要求的公共区域,排烟系统不可跨越防火分区,如一个防火分区太大,可内设两个以上的排烟系统。排烟系统的风量根据房间高度决定,高度大于10 m ,按6 h - 1计算,高度小于10 m 时,按60 m3/ (m2·h) 计算。
    6. 5. 5  对于兼作平时排风的系统,其排风量应与以上计算的风量进行比较,取其大者。我省金属公司商业大厦、银河大厦、国际大厦、温泉大饭店、西湖大酒店等就是根据以上原则进行设计的。
    7  福建省高层建筑空调水系统的设计简况
    福建省地处温、热带,空调水系统大部分采用两管制,同程方式运行(少数采用异程式) ,并在各层回水干管上设置压力平衡阀,水力工况稳定可靠,分别由设在冷冻机房内的冷水机组供冷和快速加热器供热。夏天供冷、冬天供热,通过冷冻机房内的转换开关来实现换向,转换冷、热媒的供给。夏天冷水机组冷冻水的进口温度为12 ℃,出口水温为7 ℃,冬天热水的供水温度为55~65 ℃,回水的温度为40~50 ℃。由于采用双管同程水系统,并在每层楼的回水水平干管中设置平衡阀进行水力平衡调节,可保证水力工况稳定可靠,冷热均匀。带补充水的膨胀水箱安装于屋顶的最高处,保证水系统始终能满流运行。并在空调系统每层管道的末端装置设备上装设自动排气阀,以便随时排除系统中分离出来的空气,确保满流运行。还有一些工程如外贸中心酒店、省府大厦和省工商行采用了美国江森的部分自动控制,以利于节能。水系统上的空调末端设备由二通或三通电动阀控制,避免低负荷时的压力积聚,保证了系统的安全运行
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