高層建筑供暖系統(tǒng)怎么設(shè)計？4種主流形式全解析

      隨著城市天際線不斷攀升，高層建筑早已成為城市發(fā)展的主流形態(tài)。但高樓林立的背后，也給暖通設(shè)計帶來了新的挑戰(zhàn)——尤其是供暖系統(tǒng)設(shè)計，受建筑高度、壓力工況等因素影響，比多層建筑復(fù)雜得多。

今天就和大家聊聊高層建筑供暖系統(tǒng)設(shè)計的核心問題，以及目前國內(nèi)主流的4種系統(tǒng)形式，幫大家理清設(shè)計思路～

高層建筑供暖設(shè)計的核心難點主要集中在兩方面：

一是熱負荷計算，需結(jié)合高層建筑的豎向空間特性、熱損失規(guī)律等精準核算；

二是系統(tǒng)形式與外網(wǎng)連接。由于高層建筑供暖系統(tǒng)的水靜壓力大，連接室外熱網(wǎng)時，必須結(jié)合散熱器承壓能力、外網(wǎng)壓力狀況來確定形式和連接方式；同時還要解決因樓層多導(dǎo)致的系統(tǒng)垂直失調(diào)問題。

針對這些難點，國內(nèi)形成了多種成熟的高層建筑熱水供暖系統(tǒng)形式，下面逐一拆解～

一、分層式供暖系統(tǒng)：上下分區(qū)，隔絕壓力

所謂分層式供暖系統(tǒng)，就是在垂直方向?qū)⒔ㄖ殖蓛蓚€或多個獨立供暖系統(tǒng)。這是解決高層壓力問題的基礎(chǔ)方案。

其核心設(shè)計邏輯是：

下層系統(tǒng)直接與室外熱網(wǎng)連接，它的高度限制主要取決于外網(wǎng)壓力工況和散熱器的承壓能力，不能超出安全承壓范圍；

上層系統(tǒng)則采用隔絕式連接（如圖1），通過水加熱器將上層系統(tǒng)的壓力與室外熱網(wǎng)完全隔絕，避免高壓損壞設(shè)備。這種上層隔絕、下層直連的方式，也是目前應(yīng)用最廣泛的分層設(shè)計形式。

二、單、雙管混合式系統(tǒng)：兼顧調(diào)節(jié)性與穩(wěn)定性

如果把散熱器沿垂直方向分成若干組，每組內(nèi)部用雙管形式，組與組之間用單管連接，就組成了單、雙管混合式系統(tǒng)（如圖2）。

這種系統(tǒng)堪稱“取長補短”的典范，優(yōu)勢很突出：

1.  避免了雙管系統(tǒng)樓層過多時的嚴重豎向失調(diào)問題；

2.  解決了單管系統(tǒng)散熱器支管管徑過粗的弊端；

3.  散熱器可進行局部調(diào)節(jié)，滿足不同房間的溫度需求。

三、專用分區(qū)供暖：適配大面積/成片高層

如果是建筑面積大的單棟高層建筑，或是成片的高層小區(qū)，更適合采用專用分區(qū)供暖方案。

設(shè)計思路是將建筑豎向按高度分區(qū)，分成兩個或多個采暖分區(qū)，每個分區(qū)由獨立的采暖系統(tǒng)和設(shè)備供給，各分區(qū)的供暖參數(shù)可保持一致。

分區(qū)高度的確定有三個關(guān)鍵因素：散熱器的承壓能力、系統(tǒng)管材附件的材質(zhì)性能、系統(tǒng)的水力工況特性。分區(qū)后，前面提到的常規(guī)采暖系統(tǒng)、分戶采暖系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)形式都可以靈活采用。

四、直連（靜壓隔斷）式供暖系統(tǒng)：破解“高低區(qū)共存”難題

在多層建筑小區(qū)里突然新增高層建筑，是暖通工程師最頭疼的場景之一。傳統(tǒng)解決方案要么投資高，要么供暖效果差：

1.  單獨設(shè)置熱源：高低區(qū)熱媒參數(shù)一致，但投資和后期運行管理費用高；

2.  設(shè)熱交換器隔絕低區(qū)：低區(qū)熱媒參數(shù)低，換熱后高區(qū)散熱器表面溫度更低，需要大量散熱器，難以布置，且實際運行參數(shù)可能更低，供暖質(zhì)量無法保證；

3.  雙水箱法：需占用建筑空間，增加建筑荷載，還會浪費熱量、腐蝕管道；

4.  閥門調(diào)節(jié)法：僅能改變動壓，對靜壓無效，易導(dǎo)致散熱器爆裂。

而直連（靜壓隔斷）式供暖系統(tǒng)，就很好地解決了這個問題，也是目前工程上應(yīng)用較多的有效方案，其原理如圖3所示。

（a）同程順流式 ；（b）同程倒流式

1—上端靜壓隔斷器；2—導(dǎo)流管；3—恒壓管；4—下端靜壓隔斷器

無論哪種形式的直連系統(tǒng)，熱媒都要經(jīng)歷“低區(qū)管網(wǎng)供水經(jīng)泵加壓送至高區(qū)→散熱器散熱→回水減壓回到低區(qū)管網(wǎng)”的過程，核心是將系統(tǒng)熱媒靜壓力消耗到合理范圍，關(guān)鍵在“減壓”。

具體控制邏輯：

1.  高區(qū)與低區(qū)采暖系統(tǒng)必須分開，重點控制回水流回低區(qū)管網(wǎng)的過程；

2.  上端靜壓隔斷器除了隔絕、排氣，還能讓熱媒切向流入，利用大直徑緩沖減壓，使流體離心旋轉(zhuǎn)；

3.  導(dǎo)流管內(nèi)流體呈非滿管流，依靠重力旋轉(zhuǎn)流動，將靜壓轉(zhuǎn)化為動壓，動能在旋轉(zhuǎn)中被消耗；

4.  下端靜壓隔斷器阻斷靜壓向下傳遞，恒壓管保證上下端隔斷器上端壓力一致；

5.  減壓后的熱媒依靠重力流入回水管道，再加上供水泵后的止回閥，無論系統(tǒng)是否運行，高低區(qū)都能相互隔絕，安全穩(wěn)定。

值得一提的是，這種系統(tǒng)也適用于分戶采暖系統(tǒng)，且多棟高層建筑可共用一套供水系統(tǒng)（如圖4所示），進一步降低投資成本。