高大空間暖通空調系統的設計與節能研究

【摘要】在高大空間暖通空調系統設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系統設計的特點，接著研究具體的設計措施以及節能方法，希望能給有關人員可供參考之處，提升暖通空調系統設計的質量水平。進高大空間暖通空調系統設計水平的提升。

【關鍵詞】高大空間;暖通空調系統;系統設計;節能措施

1、引言

當前社會經濟發展日益加快，城市化建設的腳步也逐漸深入，出現了越來越多的高大空間建筑結構。在這些建筑結構中設計暖通空調，不僅要具有室內的溫度調節以及空氣調節空能，還要盡可能的使能源消耗有所降低，滿足當前對于節能發展的要求。因此要從高大空間中暖通空調系統設計的特點入手，結合實際情況來設計空調系統，制定最為適宜的設計方案，保證暖通空調系統的質量。

2、高大空間暖通空調系統設計特點

由于高大空間具有較大的建筑體量，因此暖通空調系統規模較大，具有一定難度，并且能耗較高。并且在系統實際運行過程中要滿足各個不同空間中對于通風和供暖的要求。如果設計中存在問題，就無法有效的調節室內環境，并且進一步加劇能源浪費。具體來說，高大空間暖通空調系統設計主要有以下幾方面的特點：第一，建筑內部空間具有較大的高度，因此溫度會出現一定的梯度和分層，并且建筑的地面面積以及外墻面積較大，因此室內空氣的流通受外界因素影響較大。第二，高大建筑結構中通常功能分區較多，在不同的功能分區中對于空調系統有著不同的要求，例如在劇場、影院等場所人員較為密集，需要較大的新風量。第三，建筑中不同功能分區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，要結合使用時間的低谷和高峰來采取節能措施。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，因此在地面經常無法感受到熱風，這樣既達不到使用要求，也造成了能源的浪費，因此要對設計方式進行一定的改進。

3、高大空間暖通空調系統的設計和節能問題

3.1設計管理存在缺陷和不足

雖然高大空間中暖通空調系統節能設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部分的重視，通常來說，相比于其他工程，暖通空調施工建設周期較長，并且部分技術層面的問題還沒有全面完善，在眾多因素的影響下導致設計環節出現一定的問題和缺陷，造成了空調運行能耗過大的現狀，在部分高大空間建筑中，暖通空調的能耗占比始終占據主體。除此之外，現階段對于節能環保有了更高的要求和標準，同時也逐步提出了新的技術方案，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果，甚至具有較大的差異，因此怎樣在不同設計方案中選擇最為適宜的方案是工程設計人員所致力研究的問題之一。

3.2暖通空調節能問題

在實際的暖通空調設計過程中，有時在完成設計后便放松警惕，認為任務已經完成，然而卻忽視了暖通空調系統操作人員的教育以及培訓，施工人員沒有充分的掌握和了解暖通空調系統，并且也缺乏足夠的意識，導致操作人員對于暖通空調部分基本的理論不熟悉，從而沒有根據室外參數、人員變化等來實現暖通空調實際運行中的實時調節，雖然部分系統中涉及到調節方面的設計，但通常都是較為滯后的調節。就溫度方面來說，根據高大空間中相關的設計要和規范，在冬季時，室內的空氣計算溫度要與當地的底層自然溫度保持一致，但最低為12℃。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溫度高于20℃，在這樣的溫度下一方面會導致人們在冬季服裝下感到不適，另一方面也會導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系統來說，由于人員操作不同而導致的能耗差異是十分明顯的，有時甚至會產生50%以上的差距。

4、高大空間暖通空調系統設計和節能方法

4.1局部空間設計

在建筑使用性能方面，暖通空調的設計首先要能夠滿足對于舒適度的要求，根據高大空間建筑中不同空間的具體功能，提供相應的充足冷量和熱量。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，外部為玻璃墻結構。由于建筑內部較為復雜，因此暖通空調的設計難度較大，天橋橫跨球體僅能在天橋下部進行風道的設計，并且根據外立面中對于造型的設計要求，無法在外立面處留通風口。對于這種情況要通過局部空間設計方法，根據人流活動范圍來設計風道。其中，中部球體是臨時休息區，人流的主要活動范圍是一層休息區和二層頂部天橋通道，可以將送風口順著天橋在樓板下進行設計，同時安裝風道，使空調系統能夠在作用于人流范圍，使其環境改善作用的以最大化，同時降低空調系統運行中所產生的能耗。

4.2分層空調設計

當前高大空間的暖通空調設計中通常采用分層設計方案。舉例來說，在某劇中有51m×23m×32m的舞臺，設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備安裝在舞臺上部，因此不能安裝空調的風道，那么在實際空調設計過程中，結合舞臺中燈光發生情況采用分層設計。在第一個天橋下進行送風道的設計，在側面可以對其送風角度進行調整，符合季節的不同需求。同時在第二個天橋下進行送風道的設計，主要用來引入空氣，并且將條縫式送風口設計在側面。然后將排風設備設計在第三個天橋下，主要負責疏散燈光熱量。除此之外還可以設置一定的循環系統，在下部空間引入上部的熱空氣，滿足冬季時的溫度需求，并且實現能源節約目的。

4.3下部送風設計

在高大建筑空間內部，由于存在著溫度的分層，因此可以通過下部送風方法來改善空氣質量，提高通風效率，滿足室內環境需求。通常可采用地板送風，但是要避免送風口人員密集。舉例來說，在某禮堂建暖通空調系統設計中采用了下部送風、上部回風方法。觀眾席中設置1200個作為，分為上下兩層，根據座椅來設計下部送風口，將風量控制在50m3/h。同時為了避免影響觀眾，要將風速控制在0.2m/s以內。可以再吊頂處設計回風風管，燈光附近設置排風口，通過空調上升氣流來降溫燈管系統，提高通風利用率。這樣能夠滿足禮堂設備需求以及人們舒適度需求。

4.4新風系統設計

在設計新風系統過程中可以利用外界空氣來對室內溫度進行調節，減少冷熱源消耗，實現節能設計。特別是人員密集的建筑結（下轉70頁）（上接68頁）構中對于新風的要求更高，因此可以采用全新風運行，更好的進行冷熱調節。合理設計排風系統，避免出現室內正壓過高的問題，因此可以在設計中要保證新風系統能夠適應排風系統，以新風的需求量為基礎來確定風口面積。同時考慮建筑結構設計要求，提前留好新風口。如果風道所需空間較大，也可以在室外進行空調系統的設計，協調各方面因素，發揮系統對室內的調節作用。

4.5合理選擇冷熱源

在對空調設備進行節能設計時，要充分考慮冷熱源的合理選擇。空調系統的冷熱源是影響空調運行的一個重要因素，它不但關系著空調的運轉效果，同時還影響著空調系統是否能夠盡可能的節約能源。通常情況下技術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，有益于空調的長時間運行和節能設計。

4.6采用變頻應用系統

變頻技術是一種現代的空調科學技術。變頻技術不僅能夠有針對性的改善空調運行質量，同時這項技術也能減少空調在運行過程中的能源消耗。相關設計和技術人員在挑選設備時，一般情況會留出適當的提前量，但實際上設備在全負荷的狀態下運行的情況非常少見。也正是因為這一原因，這一項技術在空調的節能方面的地位越來越重要。通常情況下，如果室外的環境發生了一定的變化，室內也會隨之發生相應的負荷方面的響應。在負荷充足時，空調會按照它的最大功率進行輸出和運轉。但是一旦出現負荷不足甚至過低的情況，如果空調沒有做出相應調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。這時就需要空調能夠根據負荷的變化而做出相應的輸出變化，以免造成能源損失，而變頻技術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，控制不同的風速和水速，這也是一種十分有效的方法。

5、節能技術的具體應用

在現階段的空調技術中，一般情況都將天然氣作為空調冷熱源運轉的主要能源，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。采用循環的四管制封閉方式來進行冷熱水的轉換，標準層一般情況下會被分成有規律的四塊區域，這些區域被設置了熱、冷水管、獨立取暖系統和空調的其他設備例如空調箱。由于各種原因而產生的空調負荷不均勻和不平衡的現象，則采取了使各個區域單獨進行調節的方式進行處理。除此之外還可以通過空調使用端的負荷變化要求來提供用戶所需求的條件，從而最大限度的節約能源。空調的各個末端要設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。在現代空調技術中將空調的水系統分為了由低到高的三個系統，而水熱交換器常常被放置在相對高的區域中的設備層。為了減小設備剛開始運行的投資和能源消耗，中區和低區在工作時受到的壓力應該要小于1.0MPa。同時在空調內部設置一級換熱器，一級換熱器相比于一泵到頂的傳統換熱方法，大大減小了空調設備工作時產生的工作壓力，與此同時還能夠避免使用換熱的二級層次，所產生的冷水品質經得住考驗，從而避免了增加末端設備投資和規格，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，還能夠節省使用變配電設備起始階段的投資。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有的能源結。空調設備的環保節能效果如果十分顯著，城市安全不但能夠得到很好的保證，同時還能產生良好的環境和社會效益。

結語：

總而言之，結合高大空間建筑的特點，綜合考慮空調節能以及室內環境需求，合理的設置暖通空調系統，有效提高空調系統設計的經濟效益和社會效益。在本文中主要結合幾種較為常見的高大空間建筑，給出了暖通空調系統設計方法以及節能措施，希望為有關人員提供一定的參考。

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作者簡介：

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