高大空間暖通空調系統的設計與節能

何 鵬

新疆生產建設兵團建工設計研究院（有限責任公司）

1 前言

在建筑施工技術及城市化建設的快速發展下，高大空間建筑結構越來越多。在其暖通空調系統設計過程中，不僅要滿足室內空氣和溫度調節的需求，還要盡可能降低空調系統能耗，從而滿足建筑節能化發展要求。因此，在暖通空調系統設計過程中，應從高大空間建筑特點出發，制定合理的設計方案。

2 高大空間暖通空調系統設計特點

高大空間暖通空調系統設計由于建筑體量大，本身能耗水平較高。而且在系統運行過程中，需要滿足不同功能空間的供暖及通風需求。如果設計不合理，就難以對室內環境作出有效調節，而且會產生較大的能源浪費問題。高大空間暖通空調系統設計特點具體體現在以下幾個方面：（1）建筑內部空間的高度大，會出現明顯的溫度梯度分層，由于建筑外墻與地面面積比較大，在室內空氣流通過程中容易受到外界環境影響。（2）高大建筑空間通常具有許多種功能分區，不同功能分區對空調系統的使用要求不同，比如影院、劇場、音樂廳等人員較為密集的場所，新風量需求會比較大。（3）高大空間建筑的不同功能分區通常具有特殊用途，比如體育場館、展覽廳等，使用時間較為集中，還要根據使用時間區分高峰和低谷，從而減少不必要的能源消耗。（4）高大空間建筑在冬季空調供暖設計方面面臨著較大難度，由于熱空氣比重低，會聚集在空間上部，因此地面活動區域感受不到熱風，同時也會產生能源浪費問題，需要采取特殊的空調設計方式。

3 高大空間暖通空調系統設計及節能措施

3.1 局部空間設計

從建筑使用性能角度來看，暖通空調系統設計首先要滿足室內居住舒適度的要求，根據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層會展中心建筑中，建筑主要功能區間為中央玻璃展廳，其豎直方向短軸半徑為32m，縱向半徑為38m，3層中部位置設計有一個天橋橫跨球體，高度為28m，外部采用玻璃墻結構。建筑內部空間的復雜性為暖通空調設計增加了難度，其天橋橫跨球體僅能在天橋下部設計風道，而且根據外立面造型設計要求，在外立面不能留通風口。針對這種情況，可以采用局部空間空調設計方法，通過確定室內空間的人流活動范圍，針對其活動范圍設計風道。其中，中部球體屬于臨時休憩區域，人流活動范圍主要為二層頂部的天橋通道以及一層休息區域，可以順著天橋在樓板下放設計送風口，安裝風道，使空調系統能夠直接作用于人流活動范圍，最大化的發揮空調系統對于人體舒適度的改善作用，同時有利于降低空調系統運行能耗。

3.2 分層空調設計

分層空調設計方案是目前高大空間建筑暖通空調設計的常用方法。比如在某劇院建筑空調設計過程中，劇院舞臺尺寸為51m×23m×32m，設計有三個人行天橋，高度分別為10.2m、14.2m和18.2m，此外還設計有一個高度為22.7m的葡萄架。由于舞臺上部需要安裝吊桿、吊燈等機械設施，不能安裝空調風道，那么在該建筑暖通空調系統設計過程中，主要根據舞臺上部燈光系統發熱量大的特點，采用分層設計方法，在第一個天橋下設計送風道，側面可以調整送風角度，滿足不同季節送風需求。同時在第二個天橋下面設計送風道，負責引入空氣，并在側面設計條縫式送風口，借助水平射流防止上下空氣傳統。然后在第三個天橋下設計排風設備，用于疏散舞臺上方燈光系統產生的熱量。此外，還可以在室內設置循環系統，將上部過熱空氣引入到下部空間使用，滿足冬季供暖需求，起到節約能源的作用。

3.3 下部送風設計

針對高大空間建筑內部存在溫度梯度分層的特點，可以通過采用下部送風方式，提高通風效率、改善空氣質量，為室內人群提供舒適的環境條件。一般可采用地板送風方式，但是送風口應避開人員密集需求。比如在一個禮堂建筑觀眾席區的暖通空調系統設計過程中，采用下部送風與上部回風方式。比如觀眾席分為上下兩層，共設置了1200個座位，下部送風口主要根據座椅進行設計，利用座椅支座座位送風口，風量控制為50m3/h。同時為了防止對觀眾產生影響，應控制送風口風速在0.2m/s 以內。回風風管可以設計在吊頂處，并將排風口設置在燈光附近，利用空調上升氣流對燈光系統進行降溫，進一步提高空調通風利用率。在此情況下，可以同時滿足人的環境舒適度需求以及禮堂設備運行條件需求。在設計優化過程中，還可以通過控制溫度分層界面高于人流活動區域，確保人的體感舒適度。

3.4 新風系統設計

在新風系統設計方面，需要盡量利用外界空氣調節室內環境溫度，減少冷熱源的消耗，從而實現節能設計目標。特別是對于商場、體育中心、會展中心等人員密集、對新風量要求較高的場景，應采用全新風運行方式，充分利用新風實現冷熱調節目的。全新風運行方式需要對排風系統進行合理設計，防止室內正壓過高，影響新風的引入。因此，在設計過程中，需要確保新風系統與排風系統相互適應，根據新風量需求確定風口面積。在具體設計過程中，需要充分考慮建筑結構設計等方面的要求，提前在建筑立面預留新風口。如果新風風道占用空間較大，可以選擇將空調系統設計在室外，通過協調各方面影響因素，可以最大化的發揮新風系統對于室內空氣環境的調節作用。

4 結束語

綜上所述，根據高大空間建筑的空調使用特點，通過協調室內環境調節以及空調系統節能方面的需求，對暖通空調系統進行合理設置，可以有效提升暖通空調系統設計的綜合效益。在本次研究過程中，結合幾種常見高大空間建筑場景，提出了暖通空調系統設計的具體方法，以及可行的節能措施，可以為同類工程提供參考。