某仿古商業(yè)建筑暖通設計若干控制要點探討

高陽洋

中國航空國際建設投資有限公司

目前，仿古商業(yè)建筑功能越來越多，集娛樂、餐飲、酒店、購物等功能于一身，具有人員密度大，空間結(jié)構(gòu)復雜多樣，貨物擺設多等特點，如何充分利用仿古商業(yè)建筑自身的特點優(yōu)化暖通設計也提上日程。本文主要從自然排煙、自然通風、空調(diào)形式的必選、暖通專業(yè)設計與建筑的融合以及設計中的預留考慮等幾方面進行探討。

1 仿古商業(yè)建筑中自然排煙技術(shù)的應用

自然排煙方式結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟、易操作，不需要電源及專業(yè)設備，且煙氣溫度升高時排煙效果也不下降，具有可靠性高、投資少、管理維護簡便等優(yōu)點[1]。而仿古建筑的一些措施客觀上對自然排煙是非常有利的，設計中可以積極加以利用。如仿古建筑中的天井，利用“煙囪效應”，可有效避免火勢向水平方向擴散，為及時撲滅火災和人員疏散爭取寶貴的時間。

天井一般是指短邊長度不小于6 m（或半徑不小于6 m），橫截面積不小于100 m2且其共享層數(shù)不少于三層的室內(nèi)庭院。仿古建筑中用于排煙的天井設置方式如圖1 所示。

圖1 天井實例

在火災發(fā)生初期，火場溫度升高，空氣膨脹，體積增大，容重減小，因而火場周圍的冷空氣與火場上的熱空氣產(chǎn)生密度差，熱空氣上升，此種現(xiàn)象稱為“煙囪效應”。天井煙囪效應產(chǎn)生的浮力很大，這也是建筑物發(fā)生火災后火勢迅速向上蔓延的動力。因此，結(jié)合某仿古商業(yè)街項目，在對其進行排煙設計的過程當中，充分利用了天井的煙囪效應，促使擴散至天井區(qū)域的煙氣能夠得到很好并且及時的排放。圖2 為某仿古商業(yè)街天井排煙效果圖。

圖2 某仿古商業(yè)街天井排煙效果圖

2 仿古商業(yè)建筑中自然通風技術(shù)的應用

我國仿古建筑歷來十分重視建筑的自然通風，自然通風對建筑內(nèi)部環(huán)境的舒適有重要的作用，而自然通風的零能耗對于建筑節(jié)能有著重要意義。自然通風是指利用建筑內(nèi)外風力或熱壓造成的風來促使空氣流動而進行的通風換氣。自然通風的作用體現(xiàn)在兩方面：一方面，實現(xiàn)有效的被動式制冷。這意味著在不消耗不可再生能源的情況下，降低室內(nèi)氣溫，帶走潮濕空氣，并以氣流降低皮膚溫度，達到人體熱舒適。另一方面，提供新鮮、清潔的自然空氣，以維持室內(nèi)空氣的衛(wèi)生，有利于人的生理和心理健康。建筑通風的設計方法，就是以建筑設計配合室外“可利用通風條件”，提高室內(nèi)有效風速，從而達到通風換氣的目的?？梢哉f，自然通風不僅具有改善室內(nèi)空氣環(huán)境，實現(xiàn)建筑的生態(tài)型的特點，更是減少建筑對空調(diào)及新風設備的依賴，實現(xiàn)建筑節(jié)能性的重要手段[1]。

隨著全球性能源危機的加劇和可持續(xù)發(fā)展思想的廣泛認同，生態(tài)理念在建筑的設計、建造、使用過程中越來越受到重視，因此開發(fā)低成本的建筑生態(tài)技術(shù)具有更廣泛的應用前景，“煙囪效應”就是其中之一。結(jié)合仿古建筑的建筑造型與結(jié)構(gòu)特點，在適宜的季節(jié)形成“煙囪效應”可以積極加以利用。

所謂“煙囪效應”，是指建筑下部面向外部開口的水平連通空間與建筑中的垂直連通空間組合而成的建筑室內(nèi)導氣空間，其剖面形態(tài)呈現(xiàn)出明顯的“煙囪”形態(tài)（見圖3）。“煙囪效應”空間主要是利用煙囪的工作原理，在夏季炎熱無風或微風時，使室內(nèi)空氣出現(xiàn)溫度差，此時熱空氣膨脹、變輕、上升，由頂部排出室外，造成內(nèi)部氣壓變小，外部空氣就由下部進入室內(nèi)補充，從而產(chǎn)生拔風效應，持續(xù)為室內(nèi)帶來新風，降低室內(nèi)溫濕度，改善室內(nèi)熱環(huán)境，實現(xiàn)建筑室內(nèi)空氣自我循環(huán)更新。

圖3 煙囪“效應”的工作原理

例如，在夏天無風的早晨，夜間冷卻了的“煙囪”從室外吸入較熱的空氣，這種逆向煙囪效應能使室內(nèi)獲得舒適的空氣流動。當“煙囪”內(nèi)不斷升溫，煙囪的作用又顛倒回來，涼爽的室外空氣又被利用起來。除利用“煙囪效用”進行通風外，對于進深較大的仿古商業(yè)建筑，其中部的采光往往不夠，利用“煙囪效應”頂部開口，并且在其內(nèi)壁采用可反射材料，不僅可以解決室內(nèi)的新風問題，也可以利用它的反射為室內(nèi)帶來陽光。當“煙囪”的平面空間較大時，還可利用其上端開口引入的陽光，在室內(nèi)種植植被，既可豐富室內(nèi)景觀，提高室內(nèi)生活的質(zhì)量，又能提供新鮮的空氣。

3 仿古商業(yè)建筑暖通設計注意事項

3.1 仿古商業(yè)建筑空調(diào)形式的比選

對仿古商業(yè)建筑來說，對建筑物本身的美觀及其周圍環(huán)境是有要求的，因此，對空調(diào)系統(tǒng)形式的選擇很重要。下面從幾方面比較冷水機組和多聯(lián)機兩種冷源形式對仿古商業(yè)建筑的適用性。

1）如果中央空調(diào)系統(tǒng)冷源采用冷水機組，制冷機必將占用很大空間，相關(guān)設備多，管路復雜，還有運行時噪音較大。另外，冷卻塔是冷水機組必須的設備，該設備安裝在室外一定程度上影響仿古商業(yè)街的視覺效果。而多聯(lián)機則不存在上述問題。

2）多聯(lián)機大多應用了變頻技術(shù)，可根據(jù)室內(nèi)負荷的變化，室外壓縮機通過轉(zhuǎn)速的變化來調(diào)整制冷劑的流量輸出，配合室內(nèi)機的變化，所以能耗可以降低。多聯(lián)機系統(tǒng)在10%的負荷運行時就可實現(xiàn)無極調(diào)節(jié)，冷水機組則在30%負荷時才可實現(xiàn)無極調(diào)節(jié)。對于仿古商業(yè)街這種使用率不很固定且偏低的建筑物，多聯(lián)機調(diào)節(jié)方式的靈活性就顯得更有優(yōu)勢，節(jié)能效果也更好。

3）雖然從設備初投資來看，多聯(lián)機初投資高于冷水機組約 30%，但是從后期的運行費，管理費和維修費來綜合比較，多聯(lián)機還是比較節(jié)省的一種中央空調(diào)形式。實踐證明變頻一拖多中央空調(diào)運行費用不到冷水機組系統(tǒng)運行費用的一半，后期的系統(tǒng)管理維護也不像冷水機組系統(tǒng)那樣麻煩，一般不需要派專人進行操作維護，只需定期清洗室內(nèi)機的過濾網(wǎng)，操作簡單，維護方便[2]。

綜上所述，對于仿古商業(yè)建筑的項目，空調(diào)系統(tǒng)形式宜優(yōu)先考慮選用多聯(lián)機。

3.2 仿古商業(yè)建筑空調(diào)的室外機與建筑外形的結(jié)合布置

仿古商業(yè)建筑的外立面多設計成坡屋面，由此導致本專業(yè)的空調(diào)室外機安裝位置成為難題。以某仿古商業(yè)街項目為例，經(jīng)與建筑專業(yè)協(xié)商，最終確定建筑屋面形式為內(nèi)平外坡型或內(nèi)設悶頂外部全坡型，既滿足本專業(yè)設計需求，保證甲方能隨時進入該區(qū)域?qū)照{(diào)室外機和風機進行保養(yǎng)和維修，又保證該位置將不導致爭議或影響鄰里關(guān)系，還能保證仿古建筑的外立面和屋面的視覺效果，詳見圖4。如果在設計前沒有考慮仿古建筑的特殊性，導致室外機無法遮擋，租戶將自行隨意安裝，這樣將會對建筑外立面構(gòu)成致命影響，從而直接影響的是業(yè)主的經(jīng)濟效益。

圖4 某仿古商業(yè)街屋頂效果圖

當確實不具備條件時，設計也應預留室外機的安裝空間，通過一定的結(jié)構(gòu)設計，使暗裝的室外機與建筑融為一體。但是，有限的空間和周圍存在的遮擋物必將導致暗裝的室外機散熱效果惡化，對系統(tǒng)性能產(chǎn)生不利影響。針對上述情況，通常設計做法如下：加設排風管將熱風引至外墻外或排風百葉處；加大室外機排風扇的靜壓；在排風管上增加機械通風設施，避免排風短路。

3.3 仿古商業(yè)建筑空調(diào)室內(nèi)機風口與仿古內(nèi)裝修的結(jié)合布置

仿古商業(yè)建筑中應用現(xiàn)代空調(diào)技術(shù)時，需要結(jié)合仿古建筑整體內(nèi)裝修效果綜合考慮?？照{(diào)風口不僅要承擔空調(diào)系統(tǒng)的送回風功能，同時也是建筑室內(nèi)裝飾物的重要組成部分。精裝修或二次裝修設計時不僅要考慮風口本身的功能，同時應兼顧風口的建筑裝飾效果以及與燈具的協(xié)調(diào)。首先，布置風口時要有一定規(guī)律，盡量做到均勻?qū)ΨQ。個別不需要送風口或未設末端空調(diào)設備的地方可以布置裝飾性的假空調(diào)送風口，起對稱補位的作用。其次，風口的色彩應與仿古建筑吊頂色彩協(xié)調(diào)，與吊頂顏色接近為佳。傳統(tǒng)的鋁合金本色風口已經(jīng)不太適用，與仿古建筑吊頂色彩相一致的彩色噴塑風口更受歡迎。再次，可以選用送回風口與燈盤一體化的產(chǎn)品。

3.4 仿古商業(yè)建筑中散熱器的布置

結(jié)合建筑窗臺高度和未來商業(yè)可能的業(yè)態(tài)，綜合考慮散熱器布置的位置和尺寸的選取。以某仿古商業(yè)街項目為例，位于該項目中心區(qū)域的酒店，與室外庭院相鄰的內(nèi)走廊均為高窗，窗下墻高度有限，熱負荷相對很大，這就需要從散熱量和高度兩方面綜合考慮散熱器設備的選擇和布置。

3.5 仿古商業(yè)建筑設計中的預留考慮

由于仿古商業(yè)建筑業(yè)態(tài)的不確定性，設計中必須做好預留考慮。因為甲方一般不會在施工圖階段確定商業(yè)街各店鋪的銷售形式或具體業(yè)態(tài)方案，可能涉及商鋪、餐飲、物業(yè)用房等，所以本專業(yè)需要預留足夠電負荷和相應的建筑豎井條件，以滿足日后多種建筑功能之間轉(zhuǎn)換的需求。具體設計考慮如下：

1）每個商戶考慮餐飲的可能，預留大小適當?shù)耐L豎井至建筑平屋面，與建筑專業(yè)依據(jù)平面布局布置豎井和預留屋面排風機位置，該位置將不導致爭議或影響鄰里關(guān)系，同時避免運營過程中因業(yè)態(tài)變化業(yè)主自行改造而破壞建筑外立面效果和結(jié)構(gòu)設施。

2）每個商戶考慮安裝分體空調(diào)的可能，按戶型集中預留分體空調(diào)冷凝排水管位置，避免運營過程中因業(yè)態(tài)變化業(yè)主自行改造而破壞建筑外立面效果和結(jié)構(gòu)設施。

4 結(jié)論

1）仿古商業(yè)建筑排煙設計中，應充分利用天井的煙囪效應，使擴散至天井區(qū)域的煙氣能夠得到很好并且及時的排放。

2）結(jié)合仿古商業(yè)建筑的建筑造型與結(jié)構(gòu)特點，在適宜的季節(jié)可以積極的利用“煙囪效應”等被動式節(jié)能手段。

3）通過對仿古商業(yè)建筑兩種空調(diào)形式的比選，建議優(yōu)先考慮多聯(lián)機系統(tǒng)。

4）仿古商業(yè)建筑設計中應充分考慮空調(diào)室外機與建筑外形的結(jié)合布置、空調(diào)室內(nèi)機風口與仿古內(nèi)裝修的結(jié)合布置以及散熱器與建筑外立面的結(jié)合布置。

5）仿古商業(yè)建筑設計中，因設計初期業(yè)態(tài)的不確定性，要求暖通專業(yè)在設計中需做好預留考慮工作。