高大空間暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與節(jié)能研究

【摘要】在高大空間暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中存在著較大的難度。并且資源浪費問題較為嚴重，基于此，本文首先闡述了高大空間中暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的特點，接著研究具體的設(shè)計措施以及節(jié)能方法，希望能給有關(guān)人員可供參考之處，提升暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的質(zhì)量水平。進高大空間暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計水平的提升。

【關(guān)鍵詞】高大空間;暖通空調(diào)系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計;節(jié)能措施

1、引言

當前社會經(jīng)濟發(fā)展日益加快，城市化建設(shè)的腳步也逐漸深入，出現(xiàn)了越來越多的高大空間建筑結(jié)構(gòu)。在這些建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)計暖通空調(diào)，不僅要具有室內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)以及空氣調(diào)節(jié)空能，還要盡可能的使能源消耗有所降低，滿足當前對于節(jié)能發(fā)展的要求。因此要從高大空間中暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的特點入手，結(jié)合實際情況來設(shè)計空調(diào)系統(tǒng)，制定最為適宜的設(shè)計方案，保證暖通空調(diào)系統(tǒng)的質(zhì)量。

2、高大空間暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計特點

由于高大空間具有較大的建筑體量，因此暖通空調(diào)系統(tǒng)規(guī)模較大，具有一定難度，并且能耗較高。并且在系統(tǒng)實際運行過程中要滿足各個不同空間中對于通風(fēng)和供暖的要求。如果設(shè)計中存在問題，就無法有效的調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境，并且進一步加劇能源浪費。具體來說，高大空間暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計主要有以下幾方面的特點：第一，建筑內(nèi)部空間具有較大的高度，因此溫度會出現(xiàn)一定的梯度和分層，并且建筑的地面面積以及外墻面積較大，因此室內(nèi)空氣的流通受外界因素影響較大。第二，高大建筑結(jié)構(gòu)中通常功能分區(qū)較多，在不同的功能分區(qū)中對于空調(diào)系統(tǒng)有著不同的要求，例如在劇場、影院等場所人員較為密集，需要較大的新風(fēng)量。第三，建筑中不同功能分區(qū)有著不同的具體用途，例如展覽廳和體育館等地使用時間集中，要結(jié)合使用時間的低谷和高峰來采取節(jié)能措施。第四，在高大空間建筑中，冬季取暖存難度較大，熱空氣比重較低，并且會在空間的上部分聚集，因此在地面經(jīng)常無法感受到熱風(fēng)，這樣既達不到使用要求，也造成了能源的浪費，因此要對設(shè)計方式進行一定的改進。

3、高大空間暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計和節(jié)能問題

3.1設(shè)計管理存在缺陷和不足

雖然高大空間中暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計有著十分重要的影響和作用，但是在實際中卻往往無法獲得相關(guān)部分的重視，通常來說，相比于其他工程，暖通空調(diào)施工建設(shè)周期較長，并且部分技術(shù)層面的問題還沒有全面完善，在眾多因素的影響下導(dǎo)致設(shè)計環(huán)節(jié)出現(xiàn)一定的問題和缺陷，造成了空調(diào)運行能耗過大的現(xiàn)狀，在部分高大空間建筑中，暖通空調(diào)的能耗占比始終占據(jù)主體。除此之外，現(xiàn)階段對于節(jié)能環(huán)保有了更高的要求和標準，同時也逐步提出了新的技術(shù)方案，但是每種方案都難以避免的存在一些缺點，因此在實際選擇設(shè)計方案時，對于不同的考慮角度和方面，通常也會得到不同的各方面評價結(jié)果，甚至具有較大的差異，因此怎樣在不同設(shè)計方案中選擇最為適宜的方案是工程設(shè)計人員所致力研究的問題之一。

3.2暖通空調(diào)節(jié)能問題

在實際的暖通空調(diào)設(shè)計過程中，有時在完成設(shè)計后便放松警惕，認為任務(wù)已經(jīng)完成，然而卻忽視了暖通空調(diào)系統(tǒng)操作人員的教育以及培訓(xùn)，施工人員沒有充分的掌握和了解暖通空調(diào)系統(tǒng)，并且也缺乏足夠的意識，導(dǎo)致操作人員對于暖通空調(diào)部分基本的理論不熟悉，從而沒有根據(jù)室外參數(shù)、人員變化等來實現(xiàn)暖通空調(diào)實際運行中的實時調(diào)節(jié)，雖然部分系統(tǒng)中涉及到調(diào)節(jié)方面的設(shè)計，但通常都是較為滯后的調(diào)節(jié)。就溫度方面來說，根據(jù)高大空間中相關(guān)的設(shè)計要和規(guī)范，在冬季時，室內(nèi)的空氣計算溫度要與當?shù)氐牡讓幼匀粶囟缺３忠恢拢畹蜑?2℃。然而在我國大部分城市中，冬季的溫度明顯高于這一標準，甚至部分城市冬季室內(nèi)溫度高于20℃，在這樣的溫度下一方面會導(dǎo)致人們在冬季服裝下感到不適，另一方面也會導(dǎo)致能源的消耗大大增加。在一般情況下，對于一套相同的暖通空調(diào)系統(tǒng)來說，由于人員操作不同而導(dǎo)致的能耗差異是十分明顯的，有時甚至?xí)a(chǎn)生50%以上的差距。

4、高大空間暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計和節(jié)能方法

4.1局部空間設(shè)計

在建筑使用性能方面，暖通空調(diào)的設(shè)計首先要能夠滿足對于舒適度的要求，根據(jù)高大空間建筑中不同空間的具體功能，提供相應(yīng)的充足冷量和熱量。舉例來說，在一座4層的建筑中，主要的功能區(qū)為中央玻璃展廳，在豎直方向上，短軸半徑32m，縱向半徑38m，在建筑中3層的中部處有一個高為28米的天橋橫跨球體，外部為玻璃墻結(jié)構(gòu)。由于建筑內(nèi)部較為復(fù)雜，因此暖通空調(diào)的設(shè)計難度較大，天橋橫跨球體僅能在天橋下部進行風(fēng)道的設(shè)計，并且根據(jù)外立面中對于造型的設(shè)計要求，無法在外立面處留通風(fēng)口。對于這種情況要通過局部空間設(shè)計方法，根據(jù)人流活動范圍來設(shè)計風(fēng)道。其中，中部球體是臨時休息區(qū)，人流的主要活動范圍是一層休息區(qū)和二層頂部天橋通道，可以將送風(fēng)口順著天橋在樓板下進行設(shè)計，同時安裝風(fēng)道，使空調(diào)系統(tǒng)能夠在作用于人流范圍，使其環(huán)境改善作用的以最大化，同時降低空調(diào)系統(tǒng)運行中所產(chǎn)生的能耗。

4.2分層空調(diào)設(shè)計

當前高大空間的暖通空調(diào)設(shè)計中通常采用分層設(shè)計方案。舉例來說，在某劇中有51m×23m×32m的舞臺，設(shè)計了三個高度分別為10.2m、14.2m、18.2m的人行天橋，除此之外還有一個22.7m高的葡萄架。由于需要將吊燈等設(shè)備安裝在舞臺上部，因此不能安裝空調(diào)的風(fēng)道，那么在實際空調(diào)設(shè)計過程中，結(jié)合舞臺中燈光發(fā)生情況采用分層設(shè)計。在第一個天橋下進行送風(fēng)道的設(shè)計，在側(cè)面可以對其送風(fēng)角度進行調(diào)整，符合季節(jié)的不同需求。同時在第二個天橋下進行送風(fēng)道的設(shè)計，主要用來引入空氣，并且將條縫式送風(fēng)口設(shè)計在側(cè)面。然后將排風(fēng)設(shè)備設(shè)計在第三個天橋下，主要負責(zé)疏散燈光熱量。除此之外還可以設(shè)置一定的循環(huán)系統(tǒng)，在下部空間引入上部的熱空氣，滿足冬季時的溫度需求，并且實現(xiàn)能源節(jié)約目的。

4.3下部送風(fēng)設(shè)計

在高大建筑空間內(nèi)部，由于存在著溫度的分層，因此可以通過下部送風(fēng)方法來改善空氣質(zhì)量，提高通風(fēng)效率，滿足室內(nèi)環(huán)境需求。通?？刹捎玫匕逅惋L(fēng)，但是要避免送風(fēng)口人員密集。舉例來說，在某禮堂建暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中采用了下部送風(fēng)、上部回風(fēng)方法。觀眾席中設(shè)置1200個作為，分為上下兩層，根據(jù)座椅來設(shè)計下部送風(fēng)口，將風(fēng)量控制在50m3/h。同時為了避免影響觀眾，要將風(fēng)速控制在0.2m/s以內(nèi)?？梢栽俚蹴斕幵O(shè)計回風(fēng)風(fēng)管，燈光附近設(shè)置排風(fēng)口，通過空調(diào)上升氣流來降溫?zé)艄芟到y(tǒng)，提高通風(fēng)利用率。這樣能夠滿足禮堂設(shè)備需求以及人們舒適度需求。

4.4新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

在設(shè)計新風(fēng)系統(tǒng)過程中可以利用外界空氣來對室內(nèi)溫度進行調(diào)節(jié)，減少冷熱源消耗，實現(xiàn)節(jié)能設(shè)計。特別是人員密集的建筑結(jié)（下轉(zhuǎn)70頁）（上接68頁）構(gòu)中對于新風(fēng)的要求更高，因此可以采用全新風(fēng)運行，更好的進行冷熱調(diào)節(jié)。合理設(shè)計排風(fēng)系統(tǒng)，避免出現(xiàn)室內(nèi)正壓過高的問題，因此可以在設(shè)計中要保證新風(fēng)系統(tǒng)能夠適應(yīng)排風(fēng)系統(tǒng)，以新風(fēng)的需求量為基礎(chǔ)來確定風(fēng)口面積。同時考慮建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，提前留好新風(fēng)口。如果風(fēng)道所需空間較大，也可以在室外進行空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計，協(xié)調(diào)各方面因素，發(fā)揮系統(tǒng)對室內(nèi)的調(diào)節(jié)作用。

4.5合理選擇冷熱源

在對空調(diào)設(shè)備進行節(jié)能設(shè)計時，要充分考慮冷熱源的合理選擇?？照{(diào)系統(tǒng)的冷熱源是影響空調(diào)運行的一個重要因素，它不但關(guān)系著空調(diào)的運轉(zhuǎn)效果，同時還影響著空調(diào)系統(tǒng)是否能夠盡可能的節(jié)約能源。通常情況下技術(shù)人員會采用熱泵方式、澳化鏗吸收方式、水冷加鍋爐方式和來配置冷熱源。合理的選擇和分配不同的方式，有益于空調(diào)的長時間運行和節(jié)能設(shè)計。

4.6采用變頻應(yīng)用系統(tǒng)

變頻技術(shù)是一種現(xiàn)代的空調(diào)科學(xué)技術(shù)。變頻技術(shù)不僅能夠有針對性的改善空調(diào)運行質(zhì)量，同時這項技術(shù)也能減少空調(diào)在運行過程中的能源消耗。相關(guān)設(shè)計和技術(shù)人員在挑選設(shè)備時，一般情況會留出適當?shù)奶崆傲?，但實際上設(shè)備在全負荷的狀態(tài)下運行的情況非常少見。也正是因為這一原因，這一項技術(shù)在空調(diào)的節(jié)能方面的地位越來越重要。通常情況下，如果室外的環(huán)境發(fā)生了一定的變化，室內(nèi)也會隨之發(fā)生相應(yīng)的負荷方面的響應(yīng)。在負荷充足時，空調(diào)會按照它的最大功率進行輸出和運轉(zhuǎn)。但是一旦出現(xiàn)負荷不足甚至過低的情況，如果空調(diào)沒有做出相應(yīng)調(diào)整而仍然按照之前的功率進行輸出，這會造成大量不必要的能源損失。這時就需要空調(diào)能夠根據(jù)負荷的變化而做出相應(yīng)的輸出變化，以免造成能源損失，而變頻技術(shù)恰好能夠做到這一點。除此之外還可以通過其他措施來降低能耗，例如負荷情況不同時，控制不同的風(fēng)速和水速，這也是一種十分有效的方法。

5、節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用

在現(xiàn)階段的空調(diào)技術(shù)中，一般情況都將天然氣作為空調(diào)冷熱源運轉(zhuǎn)的主要能源，而電能作為次要能源，也就是要使用兩臺冷水機和三臺冷熱水機組。采用循環(huán)的四管制封閉方式來進行冷熱水的轉(zhuǎn)換，標準層一般情況下會被分成有規(guī)律的四塊區(qū)域，這些區(qū)域被設(shè)置了熱、冷水管、獨立取暖系統(tǒng)和空調(diào)的其他設(shè)備例如空調(diào)箱。由于各種原因而產(chǎn)生的空調(diào)負荷不均勻和不平衡的現(xiàn)象，則采取了使各個區(qū)域單獨進行調(diào)節(jié)的方式進行處理。除此之外還可以通過空調(diào)使用端的負荷變化要求來提供用戶所需求的條件，從而最大限度的節(jié)約能源。空調(diào)的各個末端要設(shè)置可以自由選擇的模式來進行工作，從而達到滿足用戶對于不同需求，能做到不同工作效果的目的。在現(xiàn)代空調(diào)技術(shù)中將空調(diào)的水系統(tǒng)分為了由低到高的三個系統(tǒng)，而水熱交換器常常被放置在相對高的區(qū)域中的設(shè)備層。為了減小設(shè)備剛開始運行的投資和能源消耗，中區(qū)和低區(qū)在工作時受到的壓力應(yīng)該要小于1.0MPa。同時在空調(diào)內(nèi)部設(shè)置一級換熱器，一級換熱器相比于一泵到頂?shù)膫鹘y(tǒng)換熱方法，大大減小了空調(diào)設(shè)備工作時產(chǎn)生的工作壓力，與此同時還能夠避免使用換熱的二級層次，所產(chǎn)生的冷水品質(zhì)經(jīng)得住考驗，從而避免了增加末端設(shè)備投資和規(guī)格，也分別減少了投資和能耗。且采用rokV專線獨立的作為電制冷機組的工作電源，這種工作機制的電源與大型建筑的電壓級別高精度吻合，不但能夠減少制造電纜所消耗的線路，還能夠節(jié)省使用變配電設(shè)備起始階段的投資。如果想要減輕夏季對于電量需求量比較高的時段的供電壓力，盡可能保證供電充足，就必須充分分析和平衡現(xiàn)有的能源結(jié)?？照{(diào)設(shè)備的環(huán)保節(jié)能效果如果十分顯著，城市安全不但能夠得到很好的保證，同時還能產(chǎn)生良好的環(huán)境和社會效益。

結(jié)語：

總而言之，結(jié)合高大空間建筑的特點，綜合考慮空調(diào)節(jié)能以及室內(nèi)環(huán)境需求，合理的設(shè)置暖通空調(diào)系統(tǒng)，有效提高空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)濟效益和社會效益。在本文中主要結(jié)合幾種較為常見的高大空間建筑，給出了暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方法以及節(jié)能措施，希望為有關(guān)人員提供一定的參考。

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作者簡介：

彭也（1987-），漢族，湖南湘鄉(xiāng)人，男，本科， 暖通工程師，主要從事暖通設(shè)計工作。