某學校報告廳空調系統(tǒng)設計應用研究

顧艷麗

上海聯(lián)創(chuàng)設計集團股份有限公司 上海 200000

學校報告廳是供學校舉辦各種大型活動、演講、講座和報告等的場所。它通常具備較大的空間和適當?shù)脑O施，以容納大量的聽眾。隨著素質教育的推行，報告廳的功能不斷被強化，不僅要滿足傳統(tǒng)的會議、報告的功能，還要滿足學校多媒體教學、視頻會議、頒獎儀式等綜合性功能[1]?？照{系統(tǒng)為報告廳提供舒適的環(huán)境和優(yōu)質的空氣品質，為活動的開展提供保障。

1 工程概況

本工程位于湖州市南太湖新區(qū)?？偨ㄖ娣e為：74853.72m2（含保溫），容積率為：0.69。建筑地上4層，地下1層，建筑高度19.30m。為二類多層民用公共建筑。主要功能有：食堂、報告廳、風雨操場、教學樓、辦公室等。其中報告廳面積約為1千平，3層通高。

2 室內設計參數(shù)

報告廳人均使用面積1.3平/人，人均新風量12CMH；夏季室內溫度26℃，相對濕度40~65%；冬季室內溫度20℃，照明及設備負荷指標取30 W/平米。

3 學?？照{系統(tǒng)設計

3.1 空調負荷計算

根據(jù)室內外設計參數(shù)及建筑維護結構熱工計算參數(shù)對報告廳進行全年逐時冷熱負荷計算。本工程報告廳夏季總冷負荷247kw，冬季總熱負荷126kw。

3.2 空調系統(tǒng)的選型

學校建筑一般采用分體空調，考慮到報告廳屬于高大空間，分體空調很難滿足報告廳送風距離及舒適度要求，且報告廳一般不設置外窗等自然通風方式，為滿足其舒適性及新風要求，一般采用獨立的小型中央空調系統(tǒng)?？煽紤]的空調形式有多聯(lián)機空調系統(tǒng)、模塊化風冷熱泵系統(tǒng)及直膨式屋頂空調系統(tǒng)等[2]。

本項目設計過程中針對報告廳空調形式進行了對比：

1）風冷熱泵系統(tǒng)初投資約為30萬，末端選擇較多，可采用風機盤管、地板送風、空調箱。且運行費用較高、水系統(tǒng)相對而言較為復雜，以及占地面積大。

2）直膨式屋頂機初投資20萬左右、運行費用較低，系統(tǒng)簡單且占地面積小。缺點是末端選擇有限，僅用于全空氣系統(tǒng)。

3）多聯(lián)機空調系統(tǒng)控制靈活，滿足不同工況的使用需求，且安裝空間小。但是機外靜壓小，送風距離短，冬季舒適性差，不適合高大空間。

通過對比可以看出，方案一在投資方面不占優(yōu)勢，且系統(tǒng)較為復雜不利于維護，方案三大空間送風舒適性較差，機型多為非標機型，故本項目報告廳采用方案二，直膨式屋頂機。為了節(jié)能考慮，本項目采用直膨式熱回收（熱管）屋頂機，通過回收廢熱并利用其進行加熱或制冷，可以減少對其他能源的需求，從而實現(xiàn)能源的節(jié)約。

3.3 空調風系統(tǒng)送風選擇

報告廳內人員密度較大，故其熱、濕負荷和污染物散發(fā)量較大。合理的氣流組織設計可以使報告廳的溫、濕度及分布滿足人員需要，且實現(xiàn)降低空調系統(tǒng)能耗的效果。本項目報告廳采用一次回風定風量系統(tǒng)，經焓濕圖計算確定報告廳總送風量為45000m3/h（送風溫差按8℃計算），其中空調季新風量為6000m3/h，講臺區(qū)送風量取10000m3/h，觀眾區(qū)送風量取35000m3/h。

送風方案比選

常見的適用于報告廳的全空氣系統(tǒng)送風形式選擇：頂送側回和座椅送風。

結合本項目采用直膨式熱回收（熱管）全空氣系統(tǒng)，下面對全空氣系統(tǒng)的兩種送風形式頂送側回及座椅送風進行對比[3]。

方案一：頂送側回。本報告廳空間高度較高，考慮使用旋流風口送風，旋流風口是一種常用的送風設備，通過特殊的設計可以實現(xiàn)空氣的旋轉，從而改善送風效果和室內空氣混合。旋流風口的送風方式可以使空氣均勻分布，減少死角和冷熱風的差異，提高室內舒適度，使室內溫度和濕度分布更均勻。適合報告廳這種高大空間；回風口選用單層百葉風口。

結合末端風口布置，對旋流風口進行了設計選型，詳見表1：

表1 頂送旋流風口選型報告a

表2 座椅送風風口選型報告a

表3 造價預算表

方案二：觀眾區(qū)設置座椅送風系統(tǒng)，講臺區(qū)保留旋流風口頂送的方式。結合報告廳座椅布置，每個座椅下方設置座椅送風口。座椅送風屬于下部送風方式，利用地板（階梯）靜壓層，將處理后的空氣經由座椅送風口，以低風速小溫差送到人員活動區(qū)。

座椅送風口布置圖如圖1所示。

圖1 報告廳剖面圖

根據(jù)以上選型報告，做出經濟性對比，見下表：

方案一的投資較小，系統(tǒng)簡單，施工難度較低，但是舒適性中等，同時需要較大的吊頂空間，對吊頂效果影響較大。方案二舒適性高、吊頂空間需求較小、對吊頂效果影響較小，但投資大，系統(tǒng)復雜，施工難度較高，同時需要占用座椅下部空間。綜合兩方案對比，最終選用采用方案一頂送側回的空調形式。

3.4 CFD模擬驗證

為保證頂送側回送風方式的空調效果，本工程采用Airpak3.0.16對報告廳氣流組織及溫度場進行了模擬分析。

3.4.1 物理模型及邊界條件

報告廳尺寸為33.0m（x）×11~7.5（z）×25.2（y）,東墻為內墻，南、北及西墻為外墻，建筑面積為849.58m2。送風溫差選取8℃，旋流風口頂送，回風設置在東墻，選用2個單層百葉風口，風口尺寸為3.5m×0.8m，送風參數(shù)詳見頂送旋流風口選型報告，報告廳共有470個座椅，為簡化模型，考慮將人員發(fā)熱量均勻布置在模型中，總發(fā)熱量按40kw考慮，頂棚下共42臺LED燈，簡化后的模型如圖2所示。

圖2 報告廳幾何模型示意圖

夏季室內設計溫度為26℃，室內冷負荷174KW，作為恒定熱流條件，設置在報告廳的圍護結構，回風口作為壓力出口的邊界條件。

冬季室內設計溫度為20℃，冬季室內熱負荷為55KW, 作為恒定熱流條件，設置在報告廳的圍護結構，回風口作為壓力出口的邊界條件。

3.4.2 夏季工況模擬結果

在夏季工況下，報告廳的溫度場和速度場如圖3所示：

圖3 報告廳夏季溫度場（左）速度場（右）模擬結果

根據(jù)以上夏季模擬結果可見，報告廳人員活動區(qū)的溫度在25℃左右，風速控制在0.5m/s以下。滿足《公共場所衛(wèi)生指標及限值要求》（GB37488-2019）及《室內空氣質量標準》（GB/T18883-2022）對室內空氣品質標準值的要求，人體的舒適度較高。

3.4.3 冬季工況模擬結果

在冬季工況下，報告廳的溫度場和速度場如圖4所示：

圖4 報告廳夏季溫度場（左）速度場（右）模擬結果

根據(jù)以上冬季模擬結果可見，報告廳人員活動區(qū)的溫度在21℃左右，但是溫度分布不太均勻，出回風口附近位置溫度較高，在冬季可以考慮加大舞臺區(qū)風口風量，減小觀眾后區(qū)風口風量，以達到更好的舒適性。風速控制在0.3m/s以下。符合室內空氣品質標準值的要求，人體的舒適度較高。

3.4.4 模擬結果判斷

通過模擬分析結果可以看出，本項目報告廳使用頂送側回送風方式滿足空調要求。

3.5 室內噪音控制

報告廳的噪音控制是非常重要的設計考慮因素，良好的聲學環(huán)境對于演講、表演和聽眾舒適度至關重要。本工程在空調系統(tǒng)的噪音控制方面主要采取如下措施：

1）合理選擇風口類型：選擇低噪音的風口類型，具有良好的噪音控制性能。

2）使用吸音材料：在風管內部或風口周圍使用吸音材料，如吸音棉、吸音板等，能夠吸收噪音，減少傳播和反射。

3）降低風速：適當減小風速可以降低噪音水平。

4）隔聲設計：在風管和風口的設計中考慮隔聲措施，如增加隔聲板、隔聲罩等，能夠有效減少噪音傳播。

5）避免共振和震動：在風管和風口的安裝過程中，要確保其與周圍結構的連接牢固，避免共振和震動產生噪音。本項目報告廳屋頂機采用隔振臺座+彈簧減振器的形式對其進行減振，減少設備對報告廳的影響。

4 結束語

1）結合學校的特點，以經濟性、舒適型等因素考慮，選用直膨式屋頂機，一定程度降低了施工及管理難度。

2）高大空間采用全空氣系統(tǒng)，本工程利用CFD模擬對采用旋流風口頂送側回的氣流組織形式進行分析，通過調整風口布置、氣流方向及風口風量來保證溫度、風速滿足人員舒適度的要求。

3）通過采用低噪音風口、降低風速、使用吸音隔聲材料及減振等措施減少空調系統(tǒng)對報告廳噪聲影響。