高大空間建筑暖通空調設計研究

孫銀行

【摘要】建筑行業近年來發展迅猛，高大空間建筑數量越來越多，暖通空調設計作為建筑設計的重要組成部分，高大空間建筑暖通空調設計一直是設計的重點和難點，對設計人員的專業技能有較高的要求。設計人員要結合建筑特點，在保證暖通空調功能性的同時，還要注重節能和環保。本文將重點對暖通空調設計的相關理念展開進一步研究，以便提高暖通空調的設計水平。

【關鍵詞】高大空間;暖通空調;設計研究

高大空間建筑具有多元化的特點，可以滿足不同人群的使用需求，同時也更加符合現代人的理念。針對高大空間建筑的設計，暖通空調設計一直是其中最主要的內容之一，應受到高度關注。通過空調設計可以有效調節建筑內部溫度和濕度，改善空氣質量，提升空間的舒適度。因此，相關部門要加大研究的力度，不斷提高暖通空調的設計質量。

1、高大空間建筑特點

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，樣式復雜等特點[1]。投入使用后人員短期聚集，使用時間相對集中，對室內環境要求較高。

高大空間建筑的空調設計難度較大，在空調設計過程中易受多種因素的影響。主要表現在隨著經濟水平的提高，人們對使用空間的舒適度要求越來越高。暖通空調在建筑中發揮至關重要的作用，必須要滿足多元化的用戶需求，但同時又受到建筑空間布局的制約。暖通空調的設計要結合各種因素綜合考慮，在實際項目設計中，暖通空調設計方案一般要經過多次的修改和完善，從而保障暖通空調效果，減少成本投入。因此，加大暖通空調設計的研究力度，對提高空調系統能效起到至關重要的作用。

2、暖通空調設計難點

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、熱風供暖等。其中散熱器供暖是比較傳統的一種方式，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，造價相對低廉。但是在冬季，由于熱空氣的比重較輕，會大量聚集并且漂浮在空間上部，造成熱量浪費[2];同時在跨度較大的空間布置散熱器存在一定的困難，尤其是當建筑外墻設有幕墻時，散熱器供暖的難度會顯著提升。散熱器供暖的原理主要是依靠對流散熱，通過這樣的方式進行供暖容易產生溫度梯度大的問題，在10m以上的空間內溫度可以突破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，不宜單獨采用對流型散熱器。

2.2優化氣流組織設計

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

空調房間的氣流組織不僅直接影響房間的空調效果，也影響空調系統的能耗量。高大空間建筑特別是冬季空調送風時，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區感覺不到熱風，舒適感不佳且浪費能量。因此在空調系統設計時，優化氣流組織設計，正確選用送風口形式，合理布置空調送回風口位置。氣流組織根據建筑用途對空調房間的溫濕度參數、允許風速、空氣質量、溫度梯度及空氣分布特性指標的要求，結合房間幾何形狀、內部裝修、工藝或家具布置等確定。

2.3防排煙系統的影響

由于高大空間建筑自身的特殊性，一旦發生火災，和普通建筑相比，救火難度更大。主要是因為高大空間建筑的人員相對比較密集，可燃物比較多，在其空間內部很難設置防煙分隔設施，火災產生的有毒氣體蔓延快，很難及時排出，容易引發重大火災事故，造成不必要的人員傷亡和經濟損失。在《建筑防煙排煙系統技術標準》實施后，對高大空間建筑的防排煙系統設計提出了更高的要求，相較于普通建筑，高大空間建筑排煙量更大，排煙機房及排煙管道占據更多的建筑空間，對于空調系統的設置有一定的影響，需合理布置。

3、暖通空調設計優化策略

3.1空調負荷特點

針對高大空間建筑的空調冷熱負荷計算，空調負荷有效區域占整個空間的比例很低，并且外墻面積與地板面積較大，導致外界對室內的自然對流影響較大，存在明顯的周邊負荷區。由于一次性容納的人數比較多，對新風量和送風量都有較大的需求，但人均占有體積大，所以可以適當降低新風量標準，采用較低的空調換氣次數。值得注意的是，冬季熱負荷的計算要按照全室采暖的標準進行，在計算熱負荷時，要充分考慮溫度梯度的影響。高大空間民用建筑冬季室內計算溫度可參照層高大于4m的工業建筑計算。

案例：某生產廠房占地面積1500m2，層高10m，采用的是空間網架結構。針對這種單層結構的建筑，應該分圍護結構類別選定冬季室內計算溫度，當計算地面耗熱量時采用工作區溫度tn=tg;計算屋面和天窗時采用屋頂下溫度 ;計算外墻、門窗等耗熱量時采用室內平均溫度;其中tn——冬季室內計算溫度;td——屋頂下溫度;tg——工作地點溫度;tnp——室內平均溫度;△th——溫度梯度;H——房間高度。

3.2比選冷熱源方案

冷熱源方案選擇應充分考慮高大空間建筑的特點，結合當地能源政策，從使用的經濟性和安全性加以分析比較，找出最佳方案。對于規模較小的建筑，受到使用面積的制約無冷熱源機房，可采用風冷式冷熱水機組;對于規模較大的建筑，無市政熱網時，冷熱源可采用水冷式冷水機組和鍋爐。一般建筑內部還設有一些像辦公場所和對外營業的場所等輔助房間，這類房間具有人員短期聚集的特點，輔助房間占地面積很小，但人員負荷和新風負荷卻占了總空調負荷量的一大部分，由于負荷量變化較大所以在選擇機組時要充分考慮各種因素，以便機組數可以滿足部分負荷的需求。

3.3合理劃分空調系統

空調系統形式、空調方式、系統服務范圍及劃分原則的不同，會帶來不同的建筑空調系統的能源消耗。在高大空間建筑中的輔助空間，因其在使用功能、時間以及環境要求的不同，并且也和高大空間的主體部位有所區別，需合理劃分空調系統，注意將建筑主體的空調系統與這些空間區分開，根據其使用功能、時間的不同來分別控制，從而達到空調優化和節能的效果。