王收永

(中国煤炭科工集团太原研究院，山西太原 030006)

0 引言

随着社会经济的快速发展，城市建设与用地矛盾日益突出，高层建筑日益增多。由于项目的多样性及条件所限，往往会出现高层与多层建筑共存的现象，很多高层建筑的采暖系统不得不采用原有的低层供热系统来供热。如何更好地进行高层建筑的采暖系统设计，解决高层建筑在低层供热系统中的采暖问题，这对于广大建设者和设计人员提出了新的课题。

1 高层建筑热负荷计算注意事项

高层建筑物的热负荷计算在计算方法上与普通的低层建筑不同，这是因为高层建筑物受到室外风压、热压及其他因素的影响会比较大。高层建筑室外的风速随着建筑物高度的增加而加大，高层建筑物围护结构的换热系数取决于外表面的对流放热量和辐射放热量。对一般的多层建筑来讲，建筑物上部和下部的风速差别不会太大，计算时可以不考虑，然而对于高层建筑物，由于高层部分的室外风速大，高层部分围护结构外表面的对流换热系数也会大幅度加大。另外，由于高层建筑物四周无其他建筑遮挡，使得高层建筑物不断通过围护结构外表面向天空辐射热量。因此高层部分由于风压引起的换热系数加大及外表面辐射放热的增加是计算热负荷不可忽视的一部分。

由于作用于高层建筑高层迎风面上的风压随风速的增加相应地加大，进入建筑物的冷空气量势必也会加大，为了保持室内的温度，会耗费更大量的热能来将渗入的冷空气加热，从而加大了室外冷空气的渗透量，这就加大了高层部分的热负荷。冬季建筑物内热外冷，室外冷空气经建筑物下部进入建筑物，经过室内加热后通过上部排出，尤其在高层建筑内，当高度越来越高，这种热压作用下的空气流动会更加明显，就会使更多的室外冷空气从建筑物下部流入，这种作用增大了高层建筑物下层部分的热负荷。

2 高层建筑采暖系统的选择

高层建筑采暖系统的选择与一般多层建筑不同，高层建筑供热系统的静水压力较大，在进行采暖设计时应当综合考虑室外热网供热参数，以及与室外热网相连接的多层建筑物内散热器的承压能力，来确定高层建筑物系统形式。

通常建筑物采暖采取的热源有以下几种:独立供热、区域供热、集中供热。第一种方式比较简单，建筑物热源来自独立的锅炉房，水泵间内设高、低压循环泵分高低压系统即可分别为高层建筑物、多层建筑供热。而在很多情况下由于受到项目的局限性，高层建筑供热方案并非由其本身决定，尤其目前我国各大城市为了加大环境保护而取缔了各企事业单位的独立锅炉房，而采用区域或城市供热管网。一般来说区域或城市供热外网为单一压力供热，系统的压力不可能满足高层建筑采暖系统的要求，新建高层建筑只能采用这一系统压力。为了解决这一问题，设计中通常的做法是:

1)以城市供热热源为一次热源，在小区内建设换热站，换热站内设高低压两套供热系统，分别对高层建筑、多层建筑供暖，这一设计形式比较简单，系统运行也会比较稳定，但这一系统增加了换热站的投资，以及以后的运行管理人员及费用。

2)对于高层建筑采暖进行竖向分区，低层直接选用外网接入，对高层部分在单体高层建筑物内设采暖增压系统，把外网的热媒加压后进行供热，然后采用减压方式将高区采暖系统的回水减到合适的压力后再回到室外管网。这一系统的特点是初期投资较少，运行管理费用较低，但这一系统的选择应在室外管网、设备的参数，及设备的可靠性上多下功夫，否则容易出现高、低区垂直不调问题。

3 实例解析

由上述分析可以发现，在区域供热高低层建筑物并存，热网供水参数不能满足高层建筑的情况下，如何提高整个采暖系统的可靠性、经济性是当前采暖设计中的大问题。这一问题在太原经济技术开发区某单位生产基地采暖设计中也是一个突出问题。

太原经济技术开发区某单位生产基地占地约40亩，目前已建成并投运，建筑物的高度均为16 m左右，现拟建一建筑高度为50 m，层数为15层的综合楼，基地内建筑的采暖选用区域供热，院区内建筑物热源为设计热媒95℃/70℃二次直供热媒，实际运行供水温度不超过85℃，热网的供热系统压力约为0.35 MPa，且基地院区内供热管网已基本形成。

根据现有的条件对拟建综合楼采暖的设计主要存在以下问题:1)综合楼采暖系统高静压与其他多层建筑采暖系统散热器的承压能力的矛盾。2)综合楼采暖系统与其他多层建筑采暖系统定压方式的确定。3)综合楼采暖系统与其他多层建筑采暖系统水力平衡问题。

设计的初步想法:

1)选择在综合楼内设换热站，在换热站内分高压、低压两套系统，分别对综合楼高区、低区供热。这一系统形式相对于其他多层建筑系统较独立，不易出现高低区垂直失调现象，系统相对较稳定，但根据热源的实际运行情况供水温度较低，经过换热站后综合楼的供水温度达不到设计要求，而且增加了换热站投资，也相应增加了运行管理人员及费用。

2)在综合楼内设采暖增压设备使多层采暖系统的热媒对高区进行直接供热，然后采用减压方式将高区采暖系统的回水减压后再回到多层建筑系统管网。这一系统的特点是初期投资较少，运行管理费用低，但容易出现高、低区垂直不调问题。

从整个综合楼采暖系统经济性考虑，要解决采暖系统的可靠性、稳定性宜选用第二种方法，采用加压泵使多层采暖系统的热媒直接供综合楼采暖系统，然后再采用减压阀、电磁阀、双水箱等装置将高层采暖系统的回水减压后再流回多层采暖系统的管网。减压阀、电磁阀装置系统设计简单、造价低，但在实际运行中电动机械构件多少会出现一些动作不灵活等各种故障，一旦造成低压系统超压，破坏面比较大，不易恢复，后果严重。综合考虑，现采用双水箱减压方式进行设计，对综合楼采暖系统进行竖向分区，分为高、低压系统两个部分，1层～7层为低压系统，与室外热网直接连接;8层～15层为高压系统，对供水加压后进行连接，将回水减压后回到供热管网。系统中设置两个水箱，在楼顶处设置一进水箱，在15楼设回水箱(见图1)。在用户入口设置加压泵，将热网供水加压后送入进水箱。由于进水箱与回水箱存在一定的高差，由此产生的作用压头促使热媒在建筑物高区供暖系统内不断地流动，进行散热，然后回水进入15层的回水箱，热媒经过加粗的溢流回水管回到外网回水干管。

由于与回水箱相连接的回水干管选用的是加粗后的回水干管，采用溢流的方式与外网回水干管相连接，因此运行时间内，溢流回水干管A—A段水位以上的管段为非满管流管段，呈无压流动状态，而水位A—A的位置高度仅取决于外网回水干管的压力。当用户加压泵停运时，上部系统进水箱水位下降，回水箱水位保持在溢流回水管的出口位置，高压采暖系统的静水位保持在回水箱溢流回水管的出口位置，溢流回水干管A—A段水位以上为空。这两个水箱使高压系统与外部热网压力相互隔绝，从而保护了多层建筑物内散热等设备不会被高静水压力破坏。

图1 双水箱竖向分区供热系统

此种采暖方式在实际工程中有着很大的实用价值，但缺点在于:1)由于有加压泵的作用，高区系统工况比较稳定，但对邻近系统工况有一定的影响。2)由于水箱是开放式的，运行中会给系统带入空气。3)水箱需要占用水箱间，在建筑内需要占用一定的空间。4)加压泵开停会使多层采暖系统水位产生波动，经常会使膨胀水箱或双水位水箱的低水箱溢流，造成软化水的浪费。

4 结语

虽然高层建筑的供热方式很多，但各种方式在其具体的适用条件的同时，也各有其局限性，总体而言，高层建筑在低层供热系统的设计中，选用加压泵系统有着非常好的适用性，这一方式在整个管网运行安全、初投资和运行管理费用上有着相对的优势，是一个首选的方案。在具体的工程设计中，应综合考虑整个供热管网参数、系统的组成，并从技术、运行管理、经济等各个方面认真比较、计算，选用设备参数要准确，设备要可靠，从而找到最合适的供热方式，真正做到技术先进、运行安全、投资经济合理、设备节能可靠。