大空間建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)與節(jié)能問題探討

姚景杰

（山東林李建筑設(shè)計(jì)有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

0 引言

節(jié)能是大型空間建筑的空調(diào)設(shè)計(jì)中需要注意的基本問題，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)引起高度重視，這主要是由于大型空間建筑物的空間大和面積大。為了體現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)的節(jié)能舒適性，有必要通過緊密集成大型空間建筑物的復(fù)雜結(jié)構(gòu)來加強(qiáng)設(shè)計(jì)，以下探討了在大型空間建筑空調(diào)工程中的設(shè)計(jì)實(shí)例[1]。

1 大空間建筑的特征

大空間建筑物由于其特殊的建筑結(jié)構(gòu)而不同于普通建筑物。我國(guó)目前的大型空間建筑在空間規(guī)模上主要表現(xiàn)出以下三個(gè)特征，在居住區(qū)域上表現(xiàn)出第二個(gè)特征，最后在用途上表現(xiàn)出以下三個(gè)特征：①就空間規(guī)模而言，大型建筑物的空間很大，高度很高，外墻和地板面積很寬。由于高度高，某些建筑物中的高度差可能會(huì)超過100米，這很容易引起溫度差。同時(shí)，大的外壁面積導(dǎo)致外界面自然對(duì)流，對(duì)室內(nèi)空間的影響更大氣流的影響。②對(duì)于住宅區(qū)，大空間建筑物通常指兩個(gè)方面：高度和面積。通常，大型劇院和體育館高約數(shù)十米，面積為10,000平方米，容納人數(shù)通常為10,000人，盡管人口非常密集，但由于空間較大，與常規(guī)建筑相比，大型空間建筑的人均面積仍然相對(duì)較大[2]。因此，對(duì)于大空間，每人的體積很大，從衛(wèi)生的角度來看這是具有優(yōu)勢(shì)的，并且可以使用少量的空氣交換。③在使用方面，大型空間建筑物一般是綜合性建筑物，其中大多數(shù)具有運(yùn)動(dòng)、健身、展覽等多功能要求，因此必須有臨時(shí)舞臺(tái)，活動(dòng)座椅等設(shè)備的設(shè)定，這樣不僅給空調(diào)帶來了各種環(huán)境要求，而且影響了空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)置。

2 大空間建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的基本前提

2.1 安全至上

在大型空間建筑的HVAC設(shè)計(jì)中，必須始終將安全作為前提；為此，大型空間建筑的HVAC設(shè)計(jì)人員必須在設(shè)計(jì)之前加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)并緊密集成安全需求，以有效地優(yōu)化大型空間HVAC。應(yīng)盡可能合理地優(yōu)化設(shè)計(jì)圖紙的內(nèi)容，例如太空建筑物內(nèi)的天然氣、通信管道、供電管道等，并應(yīng)使各種類型的工作完全交匯。基于此，有必要提高大型空間建筑HVAC設(shè)計(jì)方案的實(shí)用性和安全性，以有效提高大型空間建筑HVAC系統(tǒng)的安全性。這主要是因?yàn)榇笮涂臻g建筑的HVAC系統(tǒng)復(fù)雜且設(shè)計(jì)內(nèi)容很多，因此必須做好現(xiàn)場(chǎng)檢查和監(jiān)督，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

2.2 節(jié)能環(huán)保

隨著當(dāng)今生態(tài)文明建設(shè)的日益重視，在考慮安全為先的基本前提下，節(jié)能環(huán)保應(yīng)被視為大型空間建筑的HVAC設(shè)計(jì)的前提，特別是大型HVAC設(shè)計(jì)方案。航天建筑注重節(jié)能環(huán)保，有效加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保材料的應(yīng)用，更好地滿足綠色智能建筑的需求。例如，對(duì)于在大型空間建筑物中由HVAC系統(tǒng)形成的廢水和廢氣的再循環(huán)，必須精心設(shè)計(jì)廢水和廢氣處理系統(tǒng)，并且必須將節(jié)能和環(huán)境保護(hù)的需求結(jié)合起來。應(yīng)更加重視經(jīng)濟(jì)和科學(xué)方面的考慮，從而有效降低大型空間建筑中暖通空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)成本。

3 大空間暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)

（1）由于在建筑物的居住環(huán)境中加熱是必不可少的，因此必須使用單獨(dú)的熱源來滿足各種需求。同時(shí)，由于空間的狹窄分配，有必要在屋頂或地下室上建一個(gè)鍋爐房，因此需要仔細(xì)考慮建筑環(huán)境中熱源的布置。（2）在通常情況下，大型空間建筑物對(duì)高度有很高的要求，這使得加熱系統(tǒng)的垂直設(shè)計(jì)變得困難。另外，由于整個(gè)供熱系統(tǒng)不同于多層建筑的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的靜水壓力更大，并且需要重新布置室外管網(wǎng)的構(gòu)造設(shè)計(jì)[3]。（3）空間大由于建筑物空間大，室內(nèi)上下空氣之間的溫差較大，應(yīng)結(jié)合建筑物的裝修布置，風(fēng)速和風(fēng)量合理設(shè)計(jì)供氣方式速度。必須調(diào)節(jié)空調(diào)的供氣量，以使其適合室溫。

4 大空間建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中存在的問題

4.1 大空間建筑防火難度較大

對(duì)于大空間建筑物，防火有些困難，并且對(duì)加熱，通風(fēng)和冷卻的基本要求非常高。例如，大型空間建筑物需要適當(dāng)安裝干線或講臺(tái)，例如空間危險(xiǎn)較大的燃?xì)忮仩t房，自備發(fā)電機(jī)室等。

4.2 大空間建筑高度問題棘手

這是因?yàn)榕c普通建筑物相比，大型空間建筑物的高度問題非常嚴(yán)重，加熱系統(tǒng)會(huì)發(fā)生垂直不平衡，并且系統(tǒng)的靜水壓力會(huì)影響室外管網(wǎng)的水力狀況。系統(tǒng)的形式，室外管道的網(wǎng)絡(luò)以及多層建筑物的連接都非常不同。

4.3 要求具備單獨(dú)的熱源

大空間建筑物在設(shè)計(jì)過程中必須具有單獨(dú)的熱源，這是相對(duì)明顯的特征之一，但是要滿足空調(diào)和暖氣等各個(gè)方面的

實(shí)際需求，這也是一個(gè)難題。一些受土地短缺影響的大型建筑物對(duì)大型建筑物構(gòu)成安全風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)殄仩t房必須安裝在地下或屋頂上方。結(jié)合當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)世界分析，設(shè)計(jì)方法顯示出各種趨勢(shì)，并且大型空間建筑物的熱源設(shè)計(jì)變得非常復(fù)雜[4]。

4.4 氣流組織溫度梯度大

由于大型空間建筑物的空氣分配溫度梯度較大，因此應(yīng)合理選擇供氣方式，采用從上至下引導(dǎo)空氣的方法，并通過天花板將空氣引導(dǎo)至下方的通風(fēng)系統(tǒng)。當(dāng)前的項(xiàng)目通常采用可調(diào)節(jié)的風(fēng)量和出風(fēng)口范圍以增加實(shí)際情況。在側(cè)送底返回模式下，出風(fēng)口的高度通常最高為3m。為了更好地維護(hù)和準(zhǔn)確維護(hù)室內(nèi)環(huán)境，必須與建筑裝飾設(shè)計(jì)和布局位置仔細(xì)結(jié)合，以科學(xué)的方式計(jì)算空調(diào)的氣流結(jié)構(gòu)。

5 大空間建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)與節(jié)能對(duì)策

5.1 大空間建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

（1）選擇合理的設(shè)計(jì)參數(shù)。空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)中需要注意的參數(shù)包括溫度、濕度和新鮮空氣量。空調(diào)系統(tǒng)的能耗與房間設(shè)計(jì)的溫度和濕度標(biāo)準(zhǔn)直接相關(guān)。在夏天將室溫提高而又不影響生產(chǎn)過程和人體健康的情況下，可將熱負(fù)荷降低11度，并節(jié)省大量資金。根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算，只需將夏季室內(nèi)空氣的設(shè)計(jì)溫度提高1°，即可降低總體初始值。空調(diào)投資減少約6%，成本減少約8%。新鮮空氣的負(fù)荷約占空調(diào)器總負(fù)荷的20%至40%，其大小直接決定了空調(diào)器的負(fù)荷，進(jìn)而影響主機(jī)、水泵和冷卻塔的消耗。風(fēng)機(jī)盤管及其他結(jié)構(gòu)電氣狀況的空調(diào)系統(tǒng)。濕度值也應(yīng)合理設(shè)置和優(yōu)化，在對(duì)風(fēng)量有較高要求的地方，應(yīng)適當(dāng)增加濕度值，反之亦然。這樣可以減輕負(fù)荷，達(dá)到節(jié)能的目的[5]。

（2）解決措施。確定空調(diào)的負(fù)荷是HVAC節(jié)能的關(guān)鍵部分，因?yàn)镠VAC的大部分能耗都取決于空調(diào)的供暖和制冷負(fù)荷以及系統(tǒng)配置。為了解決該問題，建筑物，內(nèi)墻，門窗等的位置必須很好地放置在包括建筑材料在內(nèi)的大空間建筑物中。同時(shí)，改善了建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱性能，并從整體上考慮了建筑物及其周圍環(huán)境。空調(diào)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)應(yīng)簡(jiǎn)單科學(xué)，減少材料損失，從而有效提高空調(diào)系統(tǒng)的性能。

5.2 大空間建筑暖通節(jié)能途徑

（1）空調(diào)系統(tǒng)的合理優(yōu)化。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的逐步發(fā)展和高層建筑的不斷增加，人們?cè)絹碓街匾暯ㄖ照{(diào)系統(tǒng)的合理優(yōu)化。空調(diào)系統(tǒng)本身會(huì)產(chǎn)生大量熱量，如果熱量不能及時(shí)散掉，就會(huì)威脅到空調(diào)系統(tǒng)的合理運(yùn)行，必須進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高管理效率和后續(xù)維護(hù)，確保空調(diào)系統(tǒng)達(dá)到最佳性能。一般采用傳熱充分、成本低、散熱良好的水封式熱泵空調(diào)系統(tǒng)，主要由開放式系統(tǒng)和封閉式系統(tǒng)組成，開放式系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)水與外界環(huán)境直接接觸，這樣會(huì)造成大量的熱損失，成本較高，增加了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。封閉系統(tǒng)本質(zhì)上不與外部環(huán)境接觸，也不從外部散發(fā)任何能量。在設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)的時(shí)候，要全面分析兩者的優(yōu)劣，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。由于大空間本身的建筑面積較大，空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍廣，空調(diào)系統(tǒng)的管徑設(shè)計(jì)往往直接影響實(shí)際運(yùn)行成本。采用雙級(jí)泵系統(tǒng)可以及時(shí)減少系統(tǒng)本身的成本，有效降低能耗。

（2）空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的實(shí)施。在冬季，室內(nèi)外冷熱溫度差異較大。為了解決這個(gè)問題，需要將空調(diào)服務(wù)區(qū)合理劃分為制冷內(nèi)區(qū)和供熱周邊區(qū)。由于冬季室外溫度低，可以合理利用，作為冷源及時(shí)為內(nèi)區(qū)供冷，體現(xiàn)空調(diào)優(yōu)良的制冷效果，在一定程度上節(jié)約了成本和能源，提高了空調(diào)工作效率。根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，采用變頻風(fēng)機(jī)是有效減少能量損失的可行方案，全部打開變頻風(fēng)機(jī)的風(fēng)門，及時(shí)降低空調(diào)的運(yùn)行速度，減少高運(yùn)行速度對(duì)設(shè)備的負(fù)面影響。在節(jié)約電費(fèi)的同時(shí)，還要注意妥善控制空調(diào)損耗和維修費(fèi)用。合理使用變頻風(fēng)機(jī)可以及時(shí)滿足空調(diào)設(shè)備的基本要求，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的高穩(wěn)定性和安全性，提高設(shè)備的使用壽命。

（3）冷、熱源方案。在確定冷熱源計(jì)劃時(shí)，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源的特點(diǎn)，并從經(jīng)濟(jì)和安全角度進(jìn)行示范。大型項(xiàng)目應(yīng)采用水冷裝置。由于這些建筑物在短期內(nèi)是密集的，因此子房間面積僅占總建筑物面積的一小部分。人員負(fù)荷，照明負(fù)荷和新鮮空氣負(fù)荷占空調(diào)和冷卻負(fù)荷的大部分。在選擇設(shè)備數(shù)量時(shí)，必須考慮以下兩個(gè)因素，以滿足負(fù)載變化要求，在沒有活動(dòng)的情況下，少數(shù)輔助房間（例如室外工作場(chǎng)所和辦公室）需要供暖和制冷。當(dāng)員工人數(shù)發(fā)生了顯著變化，新鮮空氣的負(fù)荷也發(fā)生了顯著變化。必須充分結(jié)合建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使冷熱源的選擇能夠體現(xiàn)最基本的安全性，因?yàn)槔淇諝夂蜔嵩吹慕ㄔO(shè)不會(huì)威脅到建筑物本身的結(jié)構(gòu)。對(duì)于空間較小的建筑，冷熱源本質(zhì)上是風(fēng)冷熱泵冷卻器，在建筑面積相對(duì)較小的情況下，保證了相應(yīng)的采暖和制冷質(zhì)量。

6 結(jié)語

在設(shè)計(jì)空間較大的建筑物時(shí)，應(yīng)注意合理選擇節(jié)能解決方案。暖通空調(diào)系統(tǒng)項(xiàng)目，真正的目標(biāo)只有綠色生態(tài)和節(jié)能減排，建設(shè)項(xiàng)目的支柱和每個(gè)環(huán)節(jié)都必須嚴(yán)格執(zhí)行。這一過程促進(jìn)了節(jié)能項(xiàng)目的嚴(yán)格執(zhí)行，促進(jìn)了建筑項(xiàng)目的穩(wěn)定發(fā)展，并灌輸了現(xiàn)代管理理念以充分體現(xiàn)其重要性。暖通空調(diào)項(xiàng)目是相對(duì)長(zhǎng)期的項(xiàng)目之一，將直接影響社會(huì)的整體發(fā)展進(jìn)程。