高層建筑節能采暖研究

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摘要：作為當前我國實現高層建筑節能的重要途徑之一，目前采暖系統設計的方案優化也逐漸引起業內人士的普遍重視，文章分別從采暖體系分區設計、動態化平衡調節技術、直接采暖技術普及與應用以及自動化控制系統與補水泵變頻調速定壓等技術領域對設計流程進行了分析。

關鍵詞：高層建筑節能；采暖系統；設計

盡管隨著我國現代化建設水平的不斷提升，當前城市化取得了階段性進展。但是隨著城市高層建筑的不斷增加，高層建筑的節能設計問題也逐漸浮出了水平。當前我國大多數高層建筑缺乏有效的節能設計，具有能耗較高的問題，其中采暖設計更是節能設計的重難點之一。根據國家相關數據顯示，我國北方超過50%的能源消耗都來自于建筑物的取暖，可見其發展形勢不容樂觀。結合實際工作經驗，現就高層建筑節能采暖系統的設計方案簡要闡述如下。

一、采暖體系分區設計

在設計之前，首先應該明確高層建筑對于采暖設計的基本要求。高層建筑一般是指總層高在40層以上的建筑物，這部分建筑物在采暖設計中會面臨水壓失衡、保溫效果不強以及能源消耗嚴重等問題。[1]為了進一步保證采暖系統的穩定運行，在設計過程中進一步實現節約資源以及降低整體能源消耗的任務，就必須重視采暖系統的科學分區。采暖體系的分區設計需要遵循一定的設計原則，其不但要求設計人員要充分了解高層建筑的用途與用戶的實際需求，同時還要綜合考慮管道材料、設備采暖過程中所承受的壓力，然后結合上述內容開展系統運行區域內部的垂直劃分工作。垂直劃分工作需要具有針對性，對于采暖集中區域進行密集供暖，而其他區域則根據需要進行細節調整，從而提升系統運行的安全性與穩定性，為實現建筑節能奠定基礎。

二、動態化平衡調節技術

根據高層建筑的采暖特點來看，在實際采暖過程中地熱能中所儲備的地熱水質往往得不到充分的保障，所以在設計過程中要嚴格避免地熱水對管道造成的影響與腐蝕作用。為了實現這個目標，在采暖系統設計時可以通過地熱間接供暖的形式來實現換熱器分區設置，從而有效確保室內供熱網絡的相對獨立，以確保安全和穩定。另外，在設計過程中可以通過避免遠端壓降下降超出預期來控制近端的壓降，從而讓整個采暖體系實現平衡控制。[2]隨著動態平衡調節技術的不斷發展，當前該技術要想實現全面應用，應該重視以下幾個方面的內容：其一，在采暖體系的回路發生改變時，應該通過保持自身關鍵位置在壓降差當中不會隨著變化而變化，從而保持系統的動態閥門位置相對穩定，這樣一來不但可以降低采暖水的流轉風險，對于系統的流量也不會產生較大影響。其二，在外界采暖環境出現明顯變化時，系統內部的回路會出現一定的改變，這個時候通過動態平衡的調整實現關鍵位置的壓差相對穩定，從而更好的控制其他支路的并聯流量穩定，最終實現整個體系的流量穩定。

三、直接采暖技術的普及

直接采暖技術能夠有效解決高層高位置回水以及低位回水等情況所帶來的壓力問題，而這部分問題正是高層建設節能采暖設計中經常會遇到的問題。盡管直接采暖技術設計能夠優化節能性能，但是依然會面臨一些其他的問題。比如在實行高位置區域的采暖系統加壓時，加壓泵往往只能夠為高區域的部分提供一定的流量以及壓力，而這個壓力如果控制不好，就會導致流量失控，影響到其下部的流量與壓力。另外，在高位置區域通過系統運行可以有效維持動態平衡，但是一旦系統停止運行，就會出現高位置壓力向低位置傳遞的風險，而這種風險在整個采暖過程中都會持續存在。最后，積極使用高低層的直接采暖手段能夠有效控制高區域位置的加壓穩定性，其對于將水送入到用戶的供暖系統中具有一定的優勢，通過將流量控制在高區域內實現流量的區域性控制可以將數值保持在一個較為合理的范圍當中，從而有效去除系統啟動過程中所帶來的壓力，進而保證整個區域管道的運行安全性。

四、完善自動控制系統

自動控制系統作為實現高層建筑節能的重要組成部分，其在針對建筑的采暖熱負荷變化過程中具有較強的針對性。在冬季，特別是在北方地區的冬季環境下，室內外溫差較大，再加上氣溫變化較大，在供暖時熱負荷往往會隨著室外的氣候發生改變，而這種改變會成為節能控制的不穩定因素。這個時候通過氣候補償器進行智能布控，可以有效根據室內外的溫度差距進行調整與變化，同時可以根據用戶對于不同時段的采暖需求進行室內溫度的調節，以獲得更加科學、合理的供水溫度曲線。在這個過程中，室內溫度傳感器是信息采集工具，而溫度調節其是實現供水溫度進行室溫補償的反饋處理系統。在進行自動化控制系統的設計與優化時，務必遵守功能性、運行安全性與穩定性等多個方面的基本原則，同時還應該兼顧操作便利以及維護維修方便等要求。

五、通過變頻調速定壓方式實現節能

變頻調速定壓系統是指在保證持續保持系統內部不汽化不倒空的穩定裝置，其通過補水泵的變頻調節來降低補水泵頻繁啟動所帶來的諸多弊端。由于電機的定子與轉速差較大，所以在進行電機啟動時往往會出現較大的額定電流，其啟動功率更是比額定功率高出至少三十個百分點。因為補水泵在啟動過程中具有較大的啟動電流，所以也會在客觀上增加能耗。由此可見，通過變頻調速定壓的方式進行水流調節，可以有效避免頻發啟動所帶來的影響，同時可以依靠補水泵的變速調節閥實現精準調節。根據壓力的給定值以及壓力傳感器監測到的被調壓力值進行信號的反饋以及壓力上的比較，從而更好的進行細節上的微調。最后，在變頻器將頻率輸出后，再轉由補水泵進行補水，從而轉變補水泵的轉速。在系統的壓力值低于額定值時，會通過補水泵進行補水操作，而超過設定的壓力上限值時則會通過電磁閥自動啟動的方式將水補至水箱中，從而實現全局精準控制，保障采暖工作不受影響的前提下為建筑的節能減排做出貢獻。

六、結束語

綜上所述，隨著國家對于能源節約型社會建設要求的不斷加強，當前高層建筑節能采暖設計已經逐漸成為趨勢與建筑設計行業發展的必要條件。本文立足于高層建筑的采暖設計現狀，分別從多個技術設計角度分析了采暖系統設計優化對于高層建筑節能的影響以及其在行業中的應用，也希望能夠為行業的發展提供一定的參考價值。

參考文獻：

[1]寧志海.西安地區住宅建筑節能75%設計標準的技術可行性研究[D].西安建筑科技大學,2015.

[2]余珍.高層辦公建筑綠色建筑技術研究[D].安徽建筑大學,2014.

作者:王丕 單位:河南省城鄉規劃設計研究總院有限公司