高層建筑設計

1、高層民用建筑設計,孫淑萍2008年3月,高層民用建筑的劃分、功能特點,近十幾年隨著我國經濟的高速增長，也使建筑行業有了迅猛發展期，建筑功能愈加復雜，適應性要求越來越高，高層建筑以及超高層建筑越來越多。本報告就只針對高層民用建筑來講。高層、超高層民用建筑的劃分——并無明確的統一標準，通常以以《髙規》中規定的適用范圍來劃分：高層民用建筑一般指： 1、建筑高度超過24米的公共建筑； 2、十層及十層以上的居住建筑。 超高

2、層民用建筑： 因《髙規》中對高度超過100米的建筑有一些特別要求，如設避難層等，所以我們就將高度超過100米建筑稱為超高層。,高層民用建筑的功能主要有： 酒店； 高檔公寓及高層住宅； 普通辦公及高檔寫字樓； 商業建筑； 醫療、電信、廣播電視等； 包含多種功能的綜合樓；,各類建筑特點,酒店——一般有客房、健身、會議廳、各種風味餐飲、服務及管理用房，屬于常年全天候運營，人員流動性大，要求各系統適用性、可靠性高，可調性

3、好；高檔公寓及高層住宅——要求實用、個性化，配套設施使用靈活、簡便、耐用，且運行費用低等；辦公類建筑——除一些自用的辦公樓外，一般租、售的寫字樓在起用后往往會有二次裝修分隔的問題，以及會有一些特殊辦公設備的使用等，還有加班人員及加班時間的不確定性，這些都需要設計師去考慮如何滿足可能的各種需求；商業類建筑——空間大，人員流動性大、密度高，且人員密度變化大，營業時間比較固定。在二次裝修與分隔方面與辦公建筑有類似之處；醫療、電信、廣電

4、類等建筑——有工藝、流程方面的特殊要求，以下就不多講了。綜合樓——一般功能多樣，可能有娛樂、餐飲、購物、辦公等。,高層民用建筑空調通風設計,一、各類建筑空調設計中的共性問題：1、冷熱源及水系統：（1）應根據工程所在地能源利用狀況分析，確定合理的冷熱源形式。（2）介質參數、承壓及定壓值的確定： 供冷參數：常規制冷系統，一般取7/12℃。對于規模較大、輸送距離較長的工程，可適當加大供、回水溫差，以降低輸送能耗，但供水溫度降低，制

5、冷會降低，因此應綜合分析確定。對于冰蓄冷系統，空調冷水供回水溫差可取大一些，如5/13℃。這種供冷參數的末端可用全空氣低溫送風系統，如末端用風機盤管，需要修正。 供熱參數：如用常規的熱源系統，如市政熱力、鍋爐房等，一般取60/50℃。如用普通的熱泵機組，其一般供熱參數為45/40 ℃，在北方地區就要核算末端供熱能力是否夠。 系統承壓值的問題：對于高度較高的建筑，水系統豎向是否需要分區？如何分區？ 現在通常做法是高度

6、不超過100m的建筑不分區，高度超100m的建筑（即超高層）一般接合避難層對水系統進行豎向分區；,早期的空調系統一般將系統承壓值控制在1.0MPa以下，近些年空調設備及附件質量、性能的提高。一般高度在100m以下的樓就不分區了，控制在水系統工作壓力為1.6MPa以下，在這個工作壓力下，系統的設備、閥門及附件、管材的造價不會增加太多。本人曾經咨詢過有關空調廠商，了解到有的品牌1.0MPa與1.6MPa的制冷機價格是一樣的，風機盤管及空調、

7、新風機組的設計工作壓力就是1.6MPa；有的品牌1.0Mpa與1.6Mpa的制冷機價格相差5%。 另外對于高度較高的建筑，我們在空調系統的流程設計上可采取一些措施：比如一般我們是將冷水機組設在冷凍水、冷卻水循環泵的出水側，當樓較高時，可將冷水機組設在冷凍水、冷卻水循環泵的進水側（見幻燈5插圖），這樣冷水機組的承壓就可以降低0.2~0.3MPa（相當于循環泵的揚程），另外系統定壓盡可能采用高位膨脹水箱,插冷源系統圖：,插超高水系統

8、圖：,空調水系統豎向分區的做法有一般有以下兩種： ①高、低區共用冷熱源機組：低區直供，結合避難層設高區板式換熱器及其循環泵、補水定壓設施，換熱后給高區供冷供熱（見幻燈6插圖），這種做法的優點是大型設備一般設在地下機房，樓中設備層內只是板式換熱器及水泵，對設備層層高沒有太高要求，對結構荷載較小，振動及噪聲相對要小，且便于安裝及更換設備。缺點是：一般冷水換熱溫差取1.5℃左右，對板換的要求高，另外如果直供的冷水供回溫度取常規的7/1

9、2 ℃，那麼高區的供回水就是8.5/13.5 ℃，在同樣負荷情況下高區的末端就要加大，且新風機組的除濕能力降低了。此種做法不適合建筑高度超過200m的建筑。 ②高、低區獨立設冷源：高區的冷水機組設于樓中的設備層（結合避難層設），優點是高低區末端設備相同，高區不用另外修正。缺點是：對設備層層高、荷載、隔振等要求高，冷機安裝困難，更換就更困難。 ③高度超200m的建筑另論。,（2）根據建筑使用功能對部分負荷進行分析

10、，確定冷熱源機組的配置方案，即機型、臺數搭配方案；（3）從功能特性分析，考慮使用時間、便于運行管理、調節等因素，確定是否設二次泵系統以及環路如何劃分。 一般什麼情況下設二次泵系統：我認為使用時間差異較大或系統較大、且各環路阻力相差較大時應設二次泵：如有的寫字樓裙房設有較多的商業、餐飲（除職工餐廳）功能時應與辦公區分設二次泵。一般辦公的空調運行時間大概是早7點~晚6點，且節假日不運行或很少運行，而商業和餐飲一般早上

11、開的較晚，晚上營業的較晚，節假日照常。分二次泵后，可在自控系統設泵的啟停時段，管理方便。（4）采用兩管制還是四管制：要考慮建筑的標準、內熱情況、朝向，過渡季及冬季內熱是否可利用室外風消除。如果采用四管制系統，在北京一般冬季用與冷卻水換冷的方式制取冷凍水（見幻燈5插圖）。這種做法就要對冷卻水系統采取一些防凍措施：如室外部分的冷卻水管要設電伴熱、冷卻塔風扇變頻、水盤設電加熱棒或用其他方式防凍（如泄水）。（5）冷熱源方式選擇：是用常規的系

12、統還是蓄冰、水環熱泵、水源或地源熱泵等。要考慮分析當地的能源情況、管理水平、投資情況。如果采用非常規的冷熱源方案，就要對負荷進行特殊的計算分析——如地源熱泵要進行全年的動態負荷計算等。,（6）冷熱源站房位置設置要考慮下列問題：大型設備的安裝條件、運輸通道——不僅要考慮初次安裝時的運輸、安裝，還要考慮將來設備的更換問題。噪聲、振動對臨近房間的影響；若采用直燃機：如必須設在高層建筑內時，其機房位置、設備總容量要滿足消防規定，且應有防爆

13、泄壓及事故通風措施，并不應與人員密集場所貼臨；還要考慮煙囪的位置、排出口標高。 對于直燃機設在樓內的相關限制要求——如設備總容量、站房的位置、防爆泄壓措施、事故通風等，國標未見明確規定，一般參照鍋爐房做。北京地標的規定要求： 直燃機房應設在首層或地下一層靠外墻處，不應設在主體結構內。且應有防爆泄壓及事故通風措施，并不應與人員密集場所貼臨；（7）空調水系統的平衡問題： 對于高層建筑，空調水系統豎向、橫向

14、的水力平衡都要考慮，有的采用同程系統，有用動態平衡閥的。(參見水系統圖）,2、空調系統選擇：要根據空調房間的使用特點，考慮使用的靈活性、經濟性，（1）新風+風機盤管系統：優點是使用靈活，可獨立控制。缺點是空氣品質差，噪聲高，運行維護工作量大。（2）全空氣系統：特點是空氣品質好、便于維護管理，在適宜的條件下可在過渡季用加大新風量（即變新回風比運行）的方式供冷，但此工況要有對應的排風措施或用雙風機系統。全空氣系統有定風量、變風量之分：

15、定風量全空氣系統:一般適用大空間、使用要求及時間一致、無需局部調節的場所；變風量全空氣系統:可用于需要分區域（或房間）調節室溫的場所，如高檔寫字樓。其優點是空氣品質好、噪音低，節能。缺點是使用不夠靈活。如少部分人要加班時，則要開啟整個系統，另外新風量不易保證，有各區域新風量不均的問題，往往為了滿足最不利區域因送風量減小而帶來的新風量不足的問題，就要適當加大總的新風量。變風量系統的特例：僅空調機組變風量，不設變風量末端裝置。一般用于負

16、荷變化較大的大空間，且空調風量在一定范圍內變化后對氣流組織無太大影響的場所。其介于定風量與變風量之間，較定風量節能，比真正的變風量造價低。,（3）內外分區及內區冬季、過渡季的降溫措施： ① 外區的范圍：對于無分隔的大房間如何確定外區范圍，通常取外周邊的3~5m為外區；也可以按以下方法核算確定外區范圍：每沿米外圍護結構熱負荷與室內對應區域的內熱所能抵消的進深范圍即可做為內外區劃分范圍。 ②過渡季的降溫措施：應優先選用室外風的降溫

17、方式；室外風的降溫方式有以下兩種（均要有對應的排風措施）： 對于全空氣系統可加大新回風比； 對于風機盤管+新風系統：新風機組可用雙速或變速風機，過渡季高速運行 加大新風量。但設計風管時要考慮風量變化時對風平衡不會有太大影響；用變風量全空氣系統常年供冷，外區加再熱裝置；用內外區的全空氣系統，內、外區分設空調機組；內區用全空氣系統常年供冷、外區用兩管制風機盤管冬季供熱、夏季供冷；用四管制風機盤管系統——內區僅接冷水（

18、常年供冷）、外區用四管或分區兩管系統。外區用四管相對于分區兩管制來說：相對靈活、適用性強、管理方便；,（4）風平衡問題，尤其是辦公建筑且層數較多時：辦公用房一般地上排風出路就是廁所、開水間等處，且現在的外窗嚴密性較好，因此除廁所、開水間必須要保證的排風量以外，還應加設排風系統（在最小新風量時），以保證室內余壓不致于太高（一般不超過5Pa），保證新風送入。估算時可取總排風量約為新風量的85%左右；（5）餐飲廚房的排風：不僅要設油煙凈化

19、裝置，還應將排風管拉到建筑最高處排放，且遠離新風口、并處于下風向。因為油煙凈化裝置一般可以對油霧的凈化處理的較好，但除味效果不好；另外，廚房的排風一定不要直接用建筑風道，必須加裝風管，尤其是在正壓段。因土建風道的嚴密性不易保證；油煙凈化裝置設置位置盡量離排油煙罩近一些，如離的太遠，前端應有預處理措施，因油煙管道不易清洗，時間長了，油垢積的多了后容易引燃，發生火災； （6）高大空間——如大堂、共享空間的氣流組織；

20、一般大堂、共享空間供熱時低位溫度不易報證，現在通常的做法是除在氣流組織方面想辦法外，再設低溫地板輻射采暖系統。,（7）節能環保措施；遵循節能標準要求，選用少污染、低耗能的系統和設備；系統設置上要考慮運行管理過程在保證 必要的舒適性的同時不會出現無謂的耗能現象；冬季及過渡季盡可能利用天然冷源；避免冷熱抵消現象。,3、防排煙系統：執行《髙規》，就不多講了，需要注意的是：（1）盡量不要直接用土建風道作風井；（2）當建筑高度較高時

21、，樓梯間正壓送風管（或豎井)內風速不要取的太高； 對于此條：是因《髙規》中規定金屬風道風速不應大于20m/s，混凝土風道風速不應大于15m/s，有的設計師就卡著限值設風管及井道，對于均勻設常開口的、建筑高度較高的樓梯間加壓系統來說，往往會出現上下風口不易平衡的問題,二、各類建筑空調設計中的個性問題：1、酒店：（1）冷源：因空調負荷特點是晝夜負荷變化比較大，且要考慮客房入住率不滿的不利因素，在機型、機組容量搭配方面要充

22、分考慮；（2）客房：空調系統比較單一，一般采用風機盤管+新風，客房衛生間設排風?，F在標準較高的酒店用四管制風機盤管的較多； （3)多功能廳及宴會廳：室內人員、燈光負荷較高，新風需求量大，基本為常年供冷需求，通常采用的是定風量全空氣雙風機系統或空調機組+排風系統，可變新回風比，在適宜的氣候條件下用室外新風降溫。（4）健身、娛樂：一般采用風機盤管+新風；（5）游泳、洗浴等：一般要考慮在供暖方面與大系統不同步，要提 前供熱和停熱滯后的

23、需求。,2、辦公建筑：（1）辦公及會議用房：通常采用的系統有 a、兩管或四管制風機盤管+新風系統； b、全空氣變風量系統； （2）特殊需求：為了租戶特殊設備的供冷需求，近10年的通常作法是預留給用戶冷卻水系統，以便用戶加裝水冷式制冷設備。3、商業建筑：（1）采用定風量全空氣系統+外區風機盤管；也有采用四管制風機盤管的。（2）餐廳：可采用定風量全空氣系統；4、其他空調系統：近10年空調設備發展比較，有許多新的設