大空間建筑空調設計與節能思路

梁潤斌

（廣東鏵建設計有限公司，廣東江門 529000）

0 引言

現代大型建筑物具有獨特的形狀和巨大的尺寸，并且它們的能源消耗是龐大的，因此，大型建筑中暖通空調的節能設計尤為重要。現代大空間建筑的主要特征是較高的內部空間和較大的面積，這與其他普通建筑物明顯不同。由于大空間中建筑結構的特殊性，供暖、通風和空調是主要問題。在暖通空調技術的支持下，我們需要進行有效的針對性設計，考慮節能問題，實現供暖、通風和空調的效果，降低運營成本并確保人們的生活和生產的舒適[1]。

1 大空間建筑概述

大空間建筑是現代建筑設計的藝術，是滿足現代社會生產和居民生活的建筑形式。例如，許多現代化的生產工廠、火車站、飛機場、購物中心和展覽廳等都屬于大空間建筑。從科學的角度來看，大空間建筑指的是較高、大尺寸且具有大室內面積的建筑結構系統，它可以滿足現代人的生活、生產和大空間的需求，但是更大的空間也就使得解決供暖、通風和空調問題變得更加困難。隨著生活物質水平的提高，人們越來越重視建筑室內空間的舒適性，建筑設計師在進行設計時要考慮好這個問題。大空間建筑的采暖、通風和空調在很大程度上依靠暖通空調設計，但是要做好科學的節能設計，這也是取得良好效果的前提。

2 大空間建筑的特征

2.1 空間尺度特征

大空間建筑的高度都比較高，就拿普通體育館和劇院等建筑來說，其高度也達到了10~20m，室內棒球場的高度更是達到了30~50m，更甚的是摩天大樓，其中庭高度甚至超過了100m。這也是在大空間建筑內形成溫度梯度的主要原因[2]。

2.2 居住特征

大型建筑物的高度和房間的體積比普通建筑物大得多，大型劇院的規模可以達到一萬到兩萬立方米，中等體育場的規模可以達到五萬到八萬立方米，大型體育場的規模可以達到十萬到數十萬立方米。室內人員相對密集，每平方米約有1~2人（不包括體育場館比賽場地），因此每人的容積明顯不同（健身房>10m3/人，劇院7～8m3/人）。在大空間的情況下，每人的體積大，衛生狀況好并且只需要低頻率的通風。

2.3 使用特點

大多數大空間建筑物對運動、雜技、音樂會和展覽等具有多功能要求，需要安裝很多設備，這些設備不僅給空調的安裝有了更多要求，設備的存在甚至還會影響到空調的安裝，對空調系統的控制要求非常靈活，這也就要求在空調安裝時充分考慮空調系統的負荷分布以及熱源和冷源的配置。

3 大空間建筑空調設計原則

3.1 大空間建筑特征對空調系統的影響

在大空間建筑中，其高度是產生溫度梯度的主要原因，另外，因為大空間建筑有著遠大于地板面積的外壁面積，這在一定程度上大大增加了室內外空間的自然對流。大空間建筑物的功能多種多樣，使用的對象也非常不同，空調系統需要適應不同的環境，并且靈活的進行控制。

3.2 空調設計基本原則

節能原則是大型建筑空調系統設計的基礎，熱舒適指數是節能設計過程中實際應用的指南。很多因素會對熱舒適指數產生影響，通常包括溫度、風速、空氣濕度、輻射溫度和勞動強度。進行空調設計時需要對以上的因素進行充分研究，并以適當的比例進行組合，以實現舒適性和節能之間的合理調整。此外，管道系統的設計需要簡化，以減少消耗品并節省成本[3]，空調系統原理如圖1所示。

圖1 空調系統原理

4 大空間建筑空調節能設計的難點

4.1 大空間建筑物的防火難度較大

大空間的建筑物，對防火、供暖、通風和空調系統有很高的要求。大型建筑物經常需要設置幾個危險空間，例如燃料或燃氣鍋爐房、設備齊全的發電機室、空調機房和車庫，這方面應內容需要反映在設計中。

4.2 熱源設置

大空間建筑的設計通常需要更多的考慮熱源設置，要適配對制冷、空氣調節、供暖和熱水的需要。由于土地使用比較緊張以及其他的一些原因，一些大型建筑物通常需要在地下室或頂層進行鍋爐房的設置。從當前的發展趨勢來看，這種設計方法應用的越來越多，使得大型建筑物的熱源設計更加復雜。

4.3 溫度梯度的問題

由于大的溫度梯度的存在，使得大空間建筑物的氣流設計需要合理的送風方式，從頂部送風，并且底部返回。如今，大多數項目都使用可調節的風量和范圍封口，來加強冬季送風的風速。裝飾設計需要考慮到調節空調的氣流組成，同時調節出風口的位置，以實現美觀的室內裝飾[4]。

5 大空間建筑空調設計的節能途徑

5.1 合理的氣流設計

在大空間建筑中使用分層空調，只需要確保人類活動區域的溫度和濕度要求，來減少空調系統的能耗。側面供氣使用出風口的中心作為接口，將整個多功能孔垂直分為兩個區域，下部是空調區域，上部是非空調區域，必須保持在空調區域中的溫度和濕度。地板供氣由室內熱源產生的浮力驅動，從而形成自下而上的氣流模式。溫度也從底部到頂部垂直升高，并且控制界面可以放置在頂部區域。

5.2 有效設計水力平衡

在大型空間建筑項目的空調設計中，水力平衡設計是節省能源的主要方法，因此，在設計空調系統之前必須做好水力平衡的計算。按照水力平衡的要求，以及大空間建筑供應系統調節的要求，選擇并匹配平衡閥、節流閥和許多其他水力平衡裝置，同時，每個回路中的水和空氣量必須能夠有效滿足壓力的特定需求。如果壓力不足，可以添加局部壓力泵以補償所需的壓力，在確保大型建筑空調正常運行的基礎上減少能耗[5]。

5.3 選擇合理的外部能源

選擇外部能源時，必須遵守當地的相關法律法規，考慮到經濟性，選擇地熱熱泵系統。根據某大空間建筑的實際情況選擇三臺熱泵。夏季蒸發器的最大流量為690m3/h，這是冷水的特定流量。當剩余流量系數為1.1h，每個泵的流量計算為253m3/h。為了有效地提高空調的使用效率，并聯安裝四個循環水泵，其中三個泵處于待機狀態。

5.4 合理選擇設計參數

為大型建筑物合理選擇空調設計參數，是節省能源、減少能耗、控制溫度和濕度的主要途徑。在空調的總負荷中，新鮮空氣的負荷占空調總負荷的30%~50%。我們還可以發現，新鮮空氣負荷設計參數的選擇是空調設計成敗的關鍵。引入新鮮空氣的主要目的是滿足人們的生活需求，并保持室內和室外之間的壓力差。

5.5 合理設計設備的運行與控制方法

大型建筑物的空調設計需要科學合理地選擇空調單元、熱交換器、水泵和其他設備，并且根據大型建筑物的實際情況，選擇相應的交換設備和編號。在有效調整的基礎上，減少空調能耗，主要消除所有廢熱和殘留濕氣，全空調系統在過渡季節必須以可變的新鮮空氣比率和新風比的模式運行，從而最大限度地利用室內和室外的自然冷卻源。基于此，減少空調能耗的目標可以取得成就。所有熱力車間都充分利用有組織的自然通風，以達到消除預熱并減少由機器引起的能耗的目標。

5.6 選擇高效節能的新產品和新設備

選擇冷水機、水泵、熱交換器、散熱器和風扇等設備時，需要選擇由國家或地方許可制造商制造的同一批組件設備，并選擇高質量、高能效的產品，降低20%~30%空調運行的能耗，但同時，在機組選擇過程中，有必要選擇一個低溫熱泵機組和一個可以通過收集熱量來降低能耗的設備，回收利用空氣的余熱。此外，設備和管道的隔熱和冷卻必須有效，以最大限度減少熱量和冷卻損失。

5.7 使用配備有能量回收裝置的空調

在很多情況下，大空間建筑的空調設計會受到外界自然條件和空調設備安裝條件的影響，因此有必要將其設計為直流系統，這導致空調排氣口與室外之間的溫差相對較大，但是排氣口通常包含某些污染物，因此無法直接進入空調系統，此時，排氣需要回收顯熱。當大空間建筑物的室內返回空氣排放到外部時，必須首先通過顯熱回收裝置與外部空氣交換顯熱，回收能量，然后再次將其排放到外部。當新鮮空氣通過顯熱回收單元時，它在夏天降溫，在冬天變暖，并達到其回收目標。通常，將顯熱回收裝置應用于空間較大的建筑物的空調設計時，可以回收50%~60%的能量，而完整的熱回收裝置可以回收80%~90%的能量。

6 結束語

大空間建筑已經成為現代建筑結構的一種非常重要的形式，人們的生活和生產對此有很大的需求。為了確保人們在大空間建筑中生活和生產的舒適度，我們必須做好暖通設計，在設計空調時，要注意節能和控制。