高大空間建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)研究

孫銀行

【摘要】建筑行業(yè)近年來發(fā)展迅猛，高大空間建筑數(shù)量越來越多，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)作為建筑設(shè)計(jì)的重要組成部分，高大空間建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)一直是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，對設(shè)計(jì)人員的專業(yè)技能有較高的要求。設(shè)計(jì)人員要結(jié)合建筑特點(diǎn)，在保證暖通空調(diào)功能性的同時(shí)，還要注重節(jié)能和環(huán)保。本文將重點(diǎn)對暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的相關(guān)理念展開進(jìn)一步研究，以便提高暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)水平。

【關(guān)鍵詞】高大空間;暖通空調(diào);設(shè)計(jì)研究

高大空間建筑具有多元化的特點(diǎn)，可以滿足不同人群的使用需求，同時(shí)也更加符合現(xiàn)代人的理念。針對高大空間建筑的設(shè)計(jì)，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)一直是其中最主要的內(nèi)容之一，應(yīng)受到高度關(guān)注。通過空調(diào)設(shè)計(jì)可以有效調(diào)節(jié)建筑內(nèi)部溫度和濕度，改善空氣質(zhì)量，提升空間的舒適度。因此，相關(guān)部門要加大研究的力度，不斷提高暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1、高大空間建筑特點(diǎn)

高大空間（高度大于10m且體積大于10000m3）建筑與普通建筑相比，具有層高更高，跨度更大，功能繁多，樣式復(fù)雜等特點(diǎn)[1]。投入使用后人員短期聚集，使用時(shí)間相對集中，對室內(nèi)環(huán)境要求較高。

高大空間建筑的空調(diào)設(shè)計(jì)難度較大，在空調(diào)設(shè)計(jì)過程中易受多種因素的影響。主要表現(xiàn)在隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對使用空間的舒適度要求越來越高。暖通空調(diào)在建筑中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，必須要滿足多元化的用戶需求，但同時(shí)又受到建筑空間布局的制約。暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)要結(jié)合各種因素綜合考慮，在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案一般要經(jīng)過多次的修改和完善，從而保障暖通空調(diào)效果，減少成本投入。因此，加大暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的研究力度，對提高空調(diào)系統(tǒng)能效起到至關(guān)重要的作用。

2、暖通空調(diào)設(shè)計(jì)難點(diǎn)

2.1供暖方式的選擇

高大空間建筑的冬季供暖方式有多種，例如：散熱器供暖、輻射供暖、熱風(fēng)供暖等。其中散熱器供暖是比較傳統(tǒng)的一種方式，高大空間建筑若采用散熱器供暖的方式可以有效降低供暖成本，造價(jià)相對低廉。但是在冬季，由于熱空氣的比重較輕，會(huì)大量聚集并且漂浮在空間上部，造成熱量浪費(fèi)[2];同時(shí)在跨度較大的空間布置散熱器存在一定的困難，尤其是當(dāng)建筑外墻設(shè)有幕墻時(shí)，散熱器供暖的難度會(huì)顯著提升。散熱器供暖的原理主要是依靠對流散熱，通過這樣的方式進(jìn)行供暖容易產(chǎn)生溫度梯度大的問題，在10m以上的空間內(nèi)溫度可以突破30℃，但是在2m以下的空間氣溫可能只有3-5℃，氣溫分布存在明顯差異。因此，高大空間建筑冬季供暖，不宜單獨(dú)采用對流型散熱器。

2.2優(yōu)化氣流組織設(shè)計(jì)

高大空間建筑因其層高高，體積大，在空間上會(huì)形成溫度差異，溫度梯度會(huì)出現(xiàn)遞增或遞減，并且高大空間建筑外墻的面積和地面的面積比值較大，因此外界環(huán)境因素容易影響室內(nèi)氣流。

空調(diào)房間的氣流組織不僅直接影響房間的空調(diào)效果，也影響空調(diào)系統(tǒng)的能耗量。高大空間建筑特別是冬季空調(diào)送風(fēng)時(shí)，由于熱空氣的比重較輕，易于漂浮并積聚在高大空間上部，而空間下部人員活動(dòng)區(qū)感覺不到熱風(fēng)，舒適感不佳且浪費(fèi)能量。因此在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)化氣流組織設(shè)計(jì)，正確選用送風(fēng)口形式，合理布置空調(diào)送回風(fēng)口位置。氣流組織根據(jù)建筑用途對空調(diào)房間的溫濕度參數(shù)、允許風(fēng)速、空氣質(zhì)量、溫度梯度及空氣分布特性指標(biāo)的要求，結(jié)合房間幾何形狀、內(nèi)部裝修、工藝或家具布置等確定。

2.3防排煙系統(tǒng)的影響

由于高大空間建筑自身的特殊性，一旦發(fā)生火災(zāi)，和普通建筑相比，救火難度更大。主要是因?yàn)楦叽罂臻g建筑的人員相對比較密集，可燃物比較多，在其空間內(nèi)部很難設(shè)置防煙分隔設(shè)施，火災(zāi)產(chǎn)生的有毒氣體蔓延快，很難及時(shí)排出，容易引發(fā)重大火災(zāi)事故，造成不必要的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。在《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)施后，對高大空間建筑的防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，相較于普通建筑，高大空間建筑排煙量更大，排煙機(jī)房及排煙管道占據(jù)更多的建筑空間，對于空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)置有一定的影響，需合理布置。

3、暖通空調(diào)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

3.1空調(diào)負(fù)荷特點(diǎn)

針對高大空間建筑的空調(diào)冷熱負(fù)荷計(jì)算，空調(diào)負(fù)荷有效區(qū)域占整個(gè)空間的比例很低，并且外墻面積與地板面積較大，導(dǎo)致外界對室內(nèi)的自然對流影響較大，存在明顯的周邊負(fù)荷區(qū)。由于一次性容納的人數(shù)比較多，對新風(fēng)量和送風(fēng)量都有較大的需求，但人均占有體積大，所以可以適當(dāng)降低新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)，采用較低的空調(diào)換氣次數(shù)。值得注意的是，冬季熱負(fù)荷的計(jì)算要按照全室采暖的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在計(jì)算熱負(fù)荷時(shí)，要充分考慮溫度梯度的影響。高大空間民用建筑冬季室內(nèi)計(jì)算溫度可參照層高大于4m的工業(yè)建筑計(jì)算。

案例：某生產(chǎn)廠房占地面積1500m2，層高10m，采用的是空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。針對這種單層結(jié)構(gòu)的建筑，應(yīng)該分圍護(hù)結(jié)構(gòu)類別選定冬季室內(nèi)計(jì)算溫度，當(dāng)計(jì)算地面耗熱量時(shí)采用工作區(qū)溫度tn=tg;計(jì)算屋面和天窗時(shí)采用屋頂下溫度 ;計(jì)算外墻、門窗等耗熱量時(shí)采用室內(nèi)平均溫度;其中tn——冬季室內(nèi)計(jì)算溫度;td——屋頂下溫度;tg——工作地點(diǎn)溫度;tnp——室內(nèi)平均溫度;△th——溫度梯度;H——房間高度。

3.2比選冷熱源方案

冷熱源方案選擇應(yīng)充分考慮高大空間建筑的特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)?shù)啬茉凑?，從使用的?jīng)濟(jì)性和安全性加以分析比較，找出最佳方案。對于規(guī)模較小的建筑，受到使用面積的制約無冷熱源機(jī)房，可采用風(fēng)冷式冷熱水機(jī)組;對于規(guī)模較大的建筑，無市政熱網(wǎng)時(shí)，冷熱源可采用水冷式冷水機(jī)組和鍋爐。一般建筑內(nèi)部還設(shè)有一些像辦公場所和對外營業(yè)的場所等輔助房間，這類房間具有人員短期聚集的特點(diǎn)，輔助房間占地面積很小，但人員負(fù)荷和新風(fēng)負(fù)荷卻占了總空調(diào)負(fù)荷量的一大部分，由于負(fù)荷量變化較大所以在選擇機(jī)組時(shí)要充分考慮各種因素，以便機(jī)組數(shù)可以滿足部分負(fù)荷的需求。

3.3合理劃分空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)系統(tǒng)形式、空調(diào)方式、系統(tǒng)服務(wù)范圍及劃分原則的不同，會(huì)帶來不同的建筑空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗。在高大空間建筑中的輔助空間，因其在使用功能、時(shí)間以及環(huán)境要求的不同，并且也和高大空間的主體部位有所區(qū)別，需合理劃分空調(diào)系統(tǒng)，注意將建筑主體的空調(diào)系統(tǒng)與這些空間區(qū)分開，根據(jù)其使用功能、時(shí)間的不同來分別控制，從而達(dá)到空調(diào)優(yōu)化和節(jié)能的效果。