高大空間暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與節(jié)能

何 鵬

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)建工設(shè)計(jì)研究院（有限責(zé)任公司）

1 前言

在建筑施工技術(shù)及城市化建設(shè)的快速發(fā)展下，高大空間建筑結(jié)構(gòu)越來越多。在其暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，不僅要滿足室內(nèi)空氣和溫度調(diào)節(jié)的需求，還要盡可能降低空調(diào)系統(tǒng)能耗，從而滿足建筑節(jié)能化發(fā)展要求。因此，在暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)從高大空間建筑特點(diǎn)出發(fā)，制定合理的設(shè)計(jì)方案。

2 高大空間暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

高大空間暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于建筑體量大，本身能耗水平較高。而且在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要滿足不同功能空間的供暖及通風(fēng)需求。如果設(shè)計(jì)不合理，就難以對室內(nèi)環(huán)境作出有效調(diào)節(jié)，而且會(huì)產(chǎn)生較大的能源浪費(fèi)問題。高大空間暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）建筑內(nèi)部空間的高度大，會(huì)出現(xiàn)明顯的溫度梯度分層，由于建筑外墻與地面面積比較大，在室內(nèi)空氣流通過程中容易受到外界環(huán)境影響。（2）高大建筑空間通常具有許多種功能分區(qū)，不同功能分區(qū)對空調(diào)系統(tǒng)的使用要求不同，比如影院、劇場、音樂廳等人員較為密集的場所，新風(fēng)量需求會(huì)比較大。（3）高大空間建筑的不同功能分區(qū)通常具有特殊用途，比如體育場館、展覽廳等，使用時(shí)間較為集中，還要根據(jù)使用時(shí)間區(qū)分高峰和低谷，從而減少不必要的能源消耗。（4）高大空間建筑在冬季空調(diào)供暖設(shè)計(jì)方面面臨著較大難度，由于熱空氣比重低，會(huì)聚集在空間上部，因此地面活動(dòng)區(qū)域感受不到熱風(fēng)，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生能源浪費(fèi)問題，需要采取特殊的空調(diào)設(shè)計(jì)方式。

3 高大空間暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及節(jié)能措施

3.1 局部空間設(shè)計(jì)

從建筑使用性能角度來看，暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先要滿足室內(nèi)居住舒適度的要求，根據(jù)不同的空間使用功能，提供足夠的熱量或冷量。比如在一座4層會(huì)展中心建筑中，建筑主要功能區(qū)間為中央玻璃展廳，其豎直方向短軸半徑為32m，縱向半徑為38m，3層中部位置設(shè)計(jì)有一個(gè)天橋橫跨球體，高度為28m，外部采用玻璃墻結(jié)構(gòu)。建筑內(nèi)部空間的復(fù)雜性為暖通空調(diào)設(shè)計(jì)增加了難度，其天橋橫跨球體僅能在天橋下部設(shè)計(jì)風(fēng)道，而且根據(jù)外立面造型設(shè)計(jì)要求，在外立面不能留通風(fēng)口。針對這種情況，可以采用局部空間空調(diào)設(shè)計(jì)方法，通過確定室內(nèi)空間的人流活動(dòng)范圍，針對其活動(dòng)范圍設(shè)計(jì)風(fēng)道。其中，中部球體屬于臨時(shí)休憩區(qū)域，人流活動(dòng)范圍主要為二層頂部的天橋通道以及一層休息區(qū)域，可以順著天橋在樓板下放設(shè)計(jì)送風(fēng)口，安裝風(fēng)道，使空調(diào)系統(tǒng)能夠直接作用于人流活動(dòng)范圍，最大化的發(fā)揮空調(diào)系統(tǒng)對于人體舒適度的改善作用，同時(shí)有利于降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗。

3.2 分層空調(diào)設(shè)計(jì)

分層空調(diào)設(shè)計(jì)方案是目前高大空間建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的常用方法。比如在某劇院建筑空調(diào)設(shè)計(jì)過程中，劇院舞臺尺寸為51m×23m×32m，設(shè)計(jì)有三個(gè)人行天橋，高度分別為10.2m、14.2m和18.2m，此外還設(shè)計(jì)有一個(gè)高度為22.7m的葡萄架。由于舞臺上部需要安裝吊桿、吊燈等機(jī)械設(shè)施，不能安裝空調(diào)風(fēng)道，那么在該建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，主要根據(jù)舞臺上部燈光系統(tǒng)發(fā)熱量大的特點(diǎn)，采用分層設(shè)計(jì)方法，在第一個(gè)天橋下設(shè)計(jì)送風(fēng)道，側(cè)面可以調(diào)整送風(fēng)角度，滿足不同季節(jié)送風(fēng)需求。同時(shí)在第二個(gè)天橋下面設(shè)計(jì)送風(fēng)道，負(fù)責(zé)引入空氣，并在側(cè)面設(shè)計(jì)條縫式送風(fēng)口，借助水平射流防止上下空氣傳統(tǒng)。然后在第三個(gè)天橋下設(shè)計(jì)排風(fēng)設(shè)備，用于疏散舞臺上方燈光系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量。此外，還可以在室內(nèi)設(shè)置循環(huán)系統(tǒng)，將上部過熱空氣引入到下部空間使用，滿足冬季供暖需求，起到節(jié)約能源的作用。

3.3 下部送風(fēng)設(shè)計(jì)

針對高大空間建筑內(nèi)部存在溫度梯度分層的特點(diǎn)，可以通過采用下部送風(fēng)方式，提高通風(fēng)效率、改善空氣質(zhì)量，為室內(nèi)人群提供舒適的環(huán)境條件。一般可采用地板送風(fēng)方式，但是送風(fēng)口應(yīng)避開人員密集需求。比如在一個(gè)禮堂建筑觀眾席區(qū)的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，采用下部送風(fēng)與上部回風(fēng)方式。比如觀眾席分為上下兩層，共設(shè)置了1200個(gè)座位，下部送風(fēng)口主要根據(jù)座椅進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用座椅支座座位送風(fēng)口，風(fēng)量控制為50m3/h。同時(shí)為了防止對觀眾產(chǎn)生影響，應(yīng)控制送風(fēng)口風(fēng)速在0.2m/s 以內(nèi)?；仫L(fēng)風(fēng)管可以設(shè)計(jì)在吊頂處，并將排風(fēng)口設(shè)置在燈光附近，利用空調(diào)上升氣流對燈光系統(tǒng)進(jìn)行降溫，進(jìn)一步提高空調(diào)通風(fēng)利用率。在此情況下，可以同時(shí)滿足人的環(huán)境舒適度需求以及禮堂設(shè)備運(yùn)行條件需求。在設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，還可以通過控制溫度分層界面高于人流活動(dòng)區(qū)域，確保人的體感舒適度。

3.4 新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，需要盡量利用外界空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境溫度，減少冷熱源的消耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)。特別是對于商場、體育中心、會(huì)展中心等人員密集、對新風(fēng)量要求較高的場景，應(yīng)采用全新風(fēng)運(yùn)行方式，充分利用新風(fēng)實(shí)現(xiàn)冷熱調(diào)節(jié)目的。全新風(fēng)運(yùn)行方式需要對排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，防止室內(nèi)正壓過高，影響新風(fēng)的引入。因此，在設(shè)計(jì)過程中，需要確保新風(fēng)系統(tǒng)與排風(fēng)系統(tǒng)相互適應(yīng)，根據(jù)新風(fēng)量需求確定風(fēng)口面積。在具體設(shè)計(jì)過程中，需要充分考慮建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的要求，提前在建筑立面預(yù)留新風(fēng)口。如果新風(fēng)風(fēng)道占用空間較大，可以選擇將空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在室外，通過協(xié)調(diào)各方面影響因素，可以最大化的發(fā)揮新風(fēng)系統(tǒng)對于室內(nèi)空氣環(huán)境的調(diào)節(jié)作用。

4 結(jié)束語

綜上所述，根據(jù)高大空間建筑的空調(diào)使用特點(diǎn)，通過協(xié)調(diào)室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)以及空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方面的需求，對暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)置，可以有效提升暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合效益。在本次研究過程中，結(jié)合幾種常見高大空間建筑場景，提出了暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的具體方法，以及可行的節(jié)能措施，可以為同類工程提供參考。