大空間建筑供暖管路系統的設計與解析

姚 芬

(蘭州有色冶金設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

隨著第十四個五年規劃的進行，老百姓對于自己的居住環境、生活品質等方面都給予了更多的重視，提出了更高的要求，繼而也推動著建筑業如火如荼的發展。隨著社會經濟高速發展，更多的新型建筑，比如城市綜合體、奧體中心等應運而生，但建筑體量大、圍護結構復雜帶來的冷熱負荷大、供暖范圍廣的問題，這些問題給高大建筑的供暖帶來了難題。對此，本文下面以大空間建筑的供暖系統管道設計做進一步的探討。

1 大空間建筑的含義

體育館、展覽館、酒店大堂等都稱為大空間建筑，這類建筑都有幾個顯著的特點，即空間之高大，視野之寬敞通透，圍護結構之復雜，因其空間之富麗豪華、實用功能之豐富，人們對大空間建筑環境的舒適性十分關注。這樣的建筑空間對供暖設計就提出了更高的要求。散熱器和空調熱風供暖都是供暖設備中重要的部分，散熱量大，速度快，熱利用率高，所以散熱器和空調熱風供暖在大空間建筑中獲得了廣泛的應用。在大空間建筑供暖系統中，供暖系統的管路設計主要是把散熱末端與熱源通過供暖管道采用合理的系統形式連接起來，供暖管路設計的合理性、高效性與能否真正的節能運行之間有著緊密的聯系，所以管路設計是供暖設計中最關鍵的部分之一，相關人員必須本著認真負責的態度進行專業的設計。

空調采暖的實際情況：其一，中央空調。針對美觀度層面，選取隱蔽化的安裝形式，可實現室內空間釋放目的，確保中央空調以及室內裝修風格結合起來，呈現出美觀的效果；針對舒適度層面，最大化的控制空調直接吹向人群，氣流組織相對順利，讓建筑物內存在于空調微正壓狀態下，保障建筑物的舒適性；針對安裝費用方面，中央空調在具體安裝階段，要在空調吊頂操作之前制定設計方案，和室內裝修聯系緊密，安裝時間相對長一些，費用較高；針對能源消耗方面，中央空調的能源消耗重點是室內機,和普通空調進行對比更為節約電能；針對壽命方面，中央空調的壽命大于等于15年，若保養足夠恰當能夠運用到20年左右。

其二，普通形式的冷暖空調。針對美觀度層面，普通形式的冷暖空調要占取墻壁裝飾空間，還會占據地面部分空間，體現出室內機以及室外機冷媒管道外露的現象，安裝部位存在于室外機的安裝范圍內；針對舒適度層面，不能夠調整出風口以及回風口的具體部位，采暖實踐中，時常會使得空調直接吹到的地區會相對暖和，間接吹到的地區會溫度低一些，不能保障人們居住的良好體驗；針對安裝費用，不需要額外引進裝修操作，安裝工程時間不長，費用相對低一些；針對能源消耗，普通形式的壁掛機和柜機空調，選取室外機和室內機銜接的操作，任何空調能夠單一化管理，能源消耗不會備受其他類型空調影響；針對壽命層面，柜機空調的運用時間大約是十年，使用壽命不長。其三，可移動空調。針對美觀度，此種空調不涉及外機，不需要引進專業化安裝過程，采取整體形式制定安裝方案，全部匯集壓縮機蒸發器以及冷凝器，可移動空調不再作為半成品，能夠體現小巧美觀的特征；針對舒適度，移動優勢顯著，取暖的成效高，可難免出現直接吹的區域溫度高且非直接吹到的區域溫度低的結果；針對安裝費用，設置萬象腳輪，移動空調能夠控制好多個房間的溫度，在一定程度上節約采購空調的成本；針對能源消耗，能源消耗量相對低一些，省電與省錢優勢明顯；針對壽命層面，市場發展還不夠成熟，時常對此種空調進行移動，壽命要短于中央空調以及普通形式的家庭空調。

2 大空間建筑供暖設計的需求分析

通過對大空間建筑供暖進行深入的剖析，主要包括兩個特點，第一是因大空間建筑的體積與普通供暖房間比要大很多，圍護結構比普通房間復雜的多，所以室內實際溫度對人體熱舒適會產生不同程度的影響，散熱設備的承壓能力須滿足供暖系統的要求；第二是因大空間建筑的特點，供暖管路需結合建筑本身的功能，合理的布置供暖管路，將供暖系統進行細致的分區、分環。圍繞這兩個特點，大空間建筑供暖系統管路的設計包括兩個方面，第一是在設計時，各類散熱末端設備的供暖承壓要與設計要求相符，且各類散熱末端設備要達到規定的節能要求；第二是在供暖系統設計時，管路要簡潔、易按需調節，降低其敷設長度，嚴格控制安裝造價、節約運行成本。

3 大空間建筑散熱器供暖系統管路設計的分析

由于大空間建筑所需散熱器數目多，加之其具體設置時的局限性，造成散熱器布置較分散，大空間建筑的供暖半徑大，系統管路也復雜，為了讓室內達到預期的供暖效果，無論是散熱器還是供暖管道的設置，都需要在管路設計時選定合理的系統，盡量減少干管的管線長度。

(1)散熱器的設置。大空間建筑中散熱器的設置并不是隨意的，而是按照采暖空間負荷的精準計算及具體墻體、外窗的位置進行科學的設置[1]。因大空間建筑外圍護結構非常大，在溫度極低的季節時，即使設有新風值班供暖，仍有很大的熱負荷。因此，在室內須設置較多的散熱末端才能達到規定的供暖溫度。從經濟性的角度分析，要對散熱器的數量進行嚴格控制，否則就會增加其投資。在具體工程設計時，可以把散熱器以集中的方式，設置在外墻、外窗附近，這樣會阻擋冷空氣的進入，提高散熱器的散熱效率，保證人體熱舒適感。

(2)供暖管道的設置。在大空間建筑里，供暖系統的干管一般于結構梁下按供暖環路敷設，再將干管與散熱器支管連接。首先，水平單管串聯式系統，即供水管把并排設置的散熱器串聯起來，熱水由供水干管輸送到支管，有順序地流經每組散熱器，再通過回水干管集中流回熱源。這種連接方式顯著特點是節約了散熱器上的放空氣閥，實現了連續排氣，減少了管材和安裝工程量，同時也可以避免系統的垂直失調。但該系統也有缺點，即局限性很強[2]，具體設計時須考慮水平管道的熱膨脹補償措施。其次，水平雙管異程式系統，(如下圖1)。該系統是供回水干管按最不利環路敷設到最末端的散熱器，若干組散熱器形成了多個并聯環路，每組散熱器通過供回水支管與供回水干管連接。這種連接會對回路的阻力產生不同作用，且每組散熱器進出口水溫的算術平均溫差相等，繼而散熱量達到了最大，效率最高。但也有一定的缺點，由于各組散熱器所在的并聯環路長度不同，各并聯環路的阻力不易平衡，易出現水平失調的情況。若要解決這一問題，在管道設計時，可采用同程式系統，也可對支干管的管徑進行合理調整，同時也要在分支環路上設置截止閥和調節閥，這樣能為后期解決水力失調打下好的基礎[3]。最后，水平雙管同程式系統，(如下圖2)。與水平雙管異程式系統相比，水平雙管同程式要多敷設一條回水干管，使每組散熱器所在并聯環路長度相等，沿程阻力也會達到均等。但也有不利方面，即散熱器底部空間有限，要同時布置供水干管和兩條回水干管，會顯得管路繁雜，而且對建筑物的整體美觀也會有影響。通過對供暖系統管道的敷設方式深入分析，發現各個系統形式都存在一些優缺點，因而在供暖系統管道設計時，要對供暖系統的效果、節能、經濟性等各方面進行必要權衡，之后再確定設計方案，為供暖系統的高效運行打下良好的基礎[4]。

圖1 水平雙管異程式系統

圖2 水平雙管同程式系統

4 熱風供暖風管的布置

大空間房屋采暖的基本工作流程如下：空氣在經過空調機組被加熱處理之后，會通過風管被輸送出來，之后會經過風口被輸送到大空間建筑中。在此期間，主要風管的安排布置以及風管管徑大小的確定直接影響到大空間建筑熱風采暖效果。

大空間建筑的熱風供暖設計時，設計者首先需要對空間功能進行合理的劃分，按照不同的需求進行供暖熱負荷的計算。其次，根據熱負荷結果確定所需熱源的臺數，以及風管的尺寸。最后，選定合理的氣流組織形式，根據每個區域需求的風量計算末端風口的尺寸。熱風供暖系統要保證人員活動區的溫度場、速度場均勻分布。在設計時，各個送風口的規格需保持一致，這樣系統的并聯管路阻力會得到平衡，也為后期的施工與調試創造良好的條件。同時，為了保證各個風口處理風量的均勻，在管道設計時，要保持各風口靜壓相等，以及增大風管中的靜壓與動壓之比、增大出流角度。不僅如此，還可以采用高效的送風末端，如，采用噴口或旋流風口。為了讓每個風口的風速近似，在風管系統設計時，還需要對風管的阻力損失以及供暖設備的風壓進行必要的校核計算[5]。

4.1 熱風采暖主風管的布置

大空間的房屋建筑的高度一般在7m以上，建筑上部分的空間不是工作區域。在此期間，考慮到熱空氣較強的浮升效應，結合分層空調的設計模式，需要根據熱風采暖主風管的形態特點來選擇適合的送風方式。在確定主要風管標準高的時候要綜合考慮風口的規格大小，具體實施所需要參考的因素如下：第一，熱空氣射流長度和降落的高度是否能夠完全覆蓋工作人員的活動區域。按照規范的標準要求，工作人員活動區域范圍內的風速不能夠超過每秒0.3m。第二，為了能夠體現分層送風的節能效果，主要風管敷設以及風口安裝高度不能太高，因為如果風管安裝較高就會無端導致一些熱量的損失。

4.2 熱風采暖主風管管徑

大空間建筑熱風采暖設計要充分考慮區域范圍內人們的熱舒適度要求，通過熱風采暖設計確保區域范圍內人員活動溫度場、速度場的分布均勻。在此期間，為了能夠方便施工人員的后期施工，實現建筑施工和周圍環境的適應，需要保證各個送風口的尺寸規格相同。也就是說在風管設計中要保證風口風量和出口速度接近。

第一，為了能夠確保各個風口的出力均勻，水平方向上的送風口要和主風管相垂直。在設計管徑大小的時候要適當的增加風口風速和主要風管的比值。為了能夠達到這個目標，在設計的時候可以巧妙的使用一些方法來進行送風，比如使用噴口或者旋流風口完成送風，在風口上設置導向葉片，在風口接入端安裝短管。第二，為了確保每個風口出口風速類似，在風管系統設計中需要精準的計算主風管靜壓。截面位置上的主風管靜壓=風口出口動壓+風口出口靜壓+風口局部阻力損失。在風口規格一定的時候，為了能夠確保每個風口送風量和出口的風速保持在一致的狀態，主風管在各個風口分支上的靜壓要保持在相似的狀態上。在對主風管空氣壓力進行計算的時候，需要遵循以下的計算規則，即3截面位置上的主風管靜壓+3截面位置上主風管動壓=4截面位置上的主風管靜壓+4截面位置上的主風管動壓+3截面到4截面位置上主風管壓力損失。按照這樣的計算規則，3截面位置上主風管靜壓=4截面位置上主風管靜壓+4截面位置上主風管動壓+3截面到4截面位置上主風管壓力損失-3截面主風管動壓。在具體實施操作的時候為了確保3斷面位置上靜壓和4斷面靜壓的相等，需要在3斷面位置上增加更多的動壓值，通過使用這個動壓值來實現其和兩邊氣流阻力損失的相互抵消。

5 結 語

總之，大空間建筑憑借著自身的先天優勢深受現在人們的偏愛，供暖管路作為供暖系統中至關重要的部分，要求設計人員在建筑物設計的過程中深思熟慮，探索更好的供暖方式，提出更優的設計方案。在設計的細節方面更需反復思考，與其他專業深入配合，不斷地突破與革新，從而使大空間建筑的溫度場真正實現均勻，系統的運行實現節能，降低建筑能耗，同時也能有效的控制投資運營成本。