大空間暖通空調設計問題分析研究

【摘 要】我國的大型建筑隨著社會化進程的加快，也加速自身的建造速度。其中很多大型空間內的空氣需要保持一定的溫度濕度、清潔度，許多大空間建筑內需要設置較為完善的通風、空調設備。大空間建筑的發展，大大促進了建筑技術的發展，同進也為采暖、通風空調系統的設計提出了新的課題。本就此提出了一些個人的觀點，可供同行參考借鑒。

【關鍵詞】大空間；暖通空調設計；大空間建筑特征

前言

隨著我國經濟的不斷發展，大空間建筑不斷增加，使得大空間空調的設計范圍日趨擴大化。而我國建筑能源消耗占社會總能耗的比例較大，建筑節能是建筑發展的基本趨勢，也是當代建筑科學技術的一個新的生長點?，F代建筑的必要組成部分暖通空調領域也已經受到這種趨勢的影響，暖通空調系統中的節能正引起暖通空調設計者的注意，并且針對不同國家、地區的能源特點和不同建筑的采暖、通風、空調要求發展著相關的節能技術。研究大空間暖通空調系統的設計與節能，具有很強的現實意義。

1 大空間建筑的特征分析

1.1 空間尺度的特征：①大空間的特征之一是高度高。普通體育館、音樂廳、劇場高度為10～20m 之間；室內棒球場為 30～50m；高層建筑的中庭高度達 100m 以上。這是形成溫度梯度的主要原因。②大空間的外墻面積與地板面積之比較大；辦公樓建筑標準層為0.2～0.3m2/m2，而大空間可能為1m2/m2，這就形成了外界界面對室內空間的自然對流影響較大，冬季易在四周造成下降冷氣流。

1.2 居留區的特征。由于大空間建筑高度大，室內體積亦遠較正常建筑為大，大型劇場體積可能為1～2 萬 m3，中型體育場可能為5～8萬m3，大型體育場可能為十幾萬到數十萬m3。而其室內人員比較密集，每m2約1～2人（除體育館中心比賽場地），因而人均體積（氣積注）顯然就不相同（體育館 >10m3/人，劇場7～8m3/ 人），當然不同于辦公樓的標準層（人員密度為 0.1～0.2 人/m2）。人均體積大，從衛生角度看是好的，可采用較小的換氣次數。

1.3 使用特征?，F今大空間建筑，除古典音樂廳、大劇院、會堂等只具備有限的功能外，都有多功能要求，如體育運動、雜技、演劇、音樂會、展示會，因而要設置臨時舞臺、活動座椅等裝備。不僅對空調帶來多種環境要求，而且由于這些裝備的存在也影響空調系統的設置。此外對空調系統的控制要求有相當的靈活性。這就使得應對空調系統負荷的分配以及冷熱源的配置都作相應的考慮。

2 大空間建筑暖通空調系統的特點分析

2.1 高大空間建筑防火難度大，對采暖、通風和空調系統的要求更高。例如，大空間建筑往往需要在主體建筑或裙房內布置一些象燃油或燃汽鍋爐房、自備發電機房、空調機房和汽車庫等一些危險性較大的空間。這方面應在設計中有所體現。

2.2 高大空間建筑設計往往需要有單獨的熱源，以滿足空調、采暖、制冷、熱水供應等方面的需求。由于用地緊張和其他一些原因，有些大空間建筑需要在地下室內或屋頂上設置鍋爐房。從目前發展趨熱來看，這種設計方式越來越多，這使得大空間建筑的熱源設計變得更為復雜。

2.3 大空間建筑的空調設計氣流組織因溫度梯度較大，需采用合理的送風方式。上送下回方式為從頂棚送風下部回風，現工程多采用可調節風量和射程的風口，提高冬季的送風風速；側送下回方式送風口高度大多在3 米左右，需要結合建筑裝修設計布置風口位置以達到室內美觀，同時需要精確的空調氣流組織計算。

2.4 大空間建筑往往高度較大，這將加重采暖系統的垂向失調，同時由于系統水靜壓力較大，直接影響到室外管網的水力工況，其系統的形式及與室外管網的連接與多層建筑有較大差異。

3 大空間建筑暖通空調系統設計問題分析

3.1 冷熱源及空調水系統。常規的冷熱源，電力型或熱力型（如燃氣）的壓縮式制冷機（或熱泵）、吸收式制冷機、直燃式冷熱水機組均可用于大空間建筑。從供冷供熱的角度出發應該考慮：當所在地區已有足夠規模的區域供冷供熱設施時，可利用其裝置提供冷熱量；在供冷供熱的基本方式上應盡可能采用熱泵和蓄冷蓄熱技術；在有些場合燃氣機熱泵也是十分合理的能源方式。

3.2 空調自動控制系統：一是制冷機房控制。自動檢測冷卻水供回水溫度：自動檢測制冷機、冷卻塔的運行狀態、故障報警并根據測量值計算系統冷負荷，以實現制冷機運行臺數的最優控制。根據冷水供回水壓力，自動調節冷水供回水管間旁通閥的開度，以保證管網的壓差和流量平衡。二是空氣調節系統。自動檢測各機組回風口（新風）溫度，各機組盤管回水管上的回水溫度，實現防凍保護：各機組防火閥的狀態，并實現與送風機連鎖：各機組送風機前后壓差狀態，實現風機故障報警。根據送風溫度及設定值，自動調節各機組管回水閥開度，以保證房間溫度達到設定值。

4 空調風量和換氣次數

空調風量的確定因素可按：1.冷熱負荷的處理要求；2.室內清潔度的保持；3.換氣次數的確保；4.滿足法規的要求。1、2、3三者是通過常規計算可確定，但3項有時缺少實踐的經驗作依據。通過室內負荷計算及送風溫差所得的人均風量是相似的，相應的換氣次數一般在4~6次/之間，但對于體型復雜、空間大小不規則、居留密度偏高的場合，這些指標不一定能套用。

5 大空間建筑節能

80年代的大空間建筑在節能問題上只要著眼于節約能源和對舒適性方面的關心。進入90年代以后，除了以上的考慮外，更加關注空調建筑物對地球環境的影響。應充分利用自然能（太陽、風、雨、土等），以便最大限度的節約能源和資源，并減低對環境的負荷。傳統的行之有效的利用能源的手段對大空間建筑物仍然是適用的。在空調方面減少設計負荷（建筑設計上配合），采用居留區空調，合理確定送風量和新風量，減低空氣和水的輸送能耗、利用新風供冷、合理的能源組合、選用高效率的制冷設備和空氣末端裝置、蓄冷和低位熱源的利用等，都是重要的節能措施。在有條件的情況下，下面的方法可以采用：一是建筑采用覆土埋入式將體育館做成下沉式，即半地下化，周圍覆以土層，在隔聲、保溫、提高建筑物穩定性方面十分有利。二是利用自然通風對于沒有環境噪聲干擾的大空間建筑，最大限度地利用自然通風改善室內環境和節約能量消耗是最為合理的。三是土壤熱的利用建筑物占地面積大，利用其地下的土壤作為蓄熱材料蓄熱十分有利。例如在進廳地面下埋設盤管，利用夜間由廉價電力制冷（熱）水，由盤管將熱量蓄在土層，白天取出供空調用，同時由于地下蓄熱，使地板起輻射供冷（熱）的作用。此外，為了減低新風負荷，將新風流經專用的配管溝道進行預冷或預熱，間接利用了土壤的熱量（土壤與空氣換熱）。

6 結語

隨著社會的進步，人民對生活質量的追求，除物質生活之外，對精神、文化、各個方面的情趣有了越來越高的要求，為此人們期盼著有更多的功能合理的質量上乘的環境舒適的公共活動空間的建設。對于這些空間的環境設備也要求在健康、舒適、能源有效利用和地球環境保護方面有新的創造。同時作為大空間建筑的功能各國都在朝功能綜合化發展，以期社會資源的充分利用，亦有利于該類型建筑的經營，即在經濟上得以支撐。因此暖通空調設備如何適應這種需要（對多功能的靈活運行）也是現代大空間建筑設計、運行和管理等方面值得強調的問題。

參考文獻

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