某學校報告廳空調系統設計應用研究

顧艷麗

上海聯創設計集團股份有限公司 上海 200000

學校報告廳是供學校舉辦各種大型活動、演講、講座和報告等的場所。它通常具備較大的空間和適當的設施，以容納大量的聽眾。隨著素質教育的推行，報告廳的功能不斷被強化，不僅要滿足傳統的會議、報告的功能，還要滿足學校多媒體教學、視頻會議、頒獎儀式等綜合性功能[1]。空調系統為報告廳提供舒適的環境和優質的空氣品質，為活動的開展提供保障。

1 工程概況

本工程位于湖州市南太湖新區。總建筑面積為：74853.72m2（含保溫），容積率為：0.69。建筑地上4層，地下1層，建筑高度19.30m。為二類多層民用公共建筑。主要功能有：食堂、報告廳、風雨操場、教學樓、辦公室等。其中報告廳面積約為1千平，3層通高。

2 室內設計參數

報告廳人均使用面積1.3平/人，人均新風量12CMH；夏季室內溫度26℃，相對濕度40~65%；冬季室內溫度20℃，照明及設備負荷指標取30 W/平米。

3 學校空調系統設計

3.1 空調負荷計算

根據室內外設計參數及建筑維護結構熱工計算參數對報告廳進行全年逐時冷熱負荷計算。本工程報告廳夏季總冷負荷247kw，冬季總熱負荷126kw。

3.2 空調系統的選型

學校建筑一般采用分體空調，考慮到報告廳屬于高大空間，分體空調很難滿足報告廳送風距離及舒適度要求，且報告廳一般不設置外窗等自然通風方式，為滿足其舒適性及新風要求，一般采用獨立的小型中央空調系統。可考慮的空調形式有多聯機空調系統、模塊化風冷熱泵系統及直膨式屋頂空調系統等[2]。

本項目設計過程中針對報告廳空調形式進行了對比：

1）風冷熱泵系統初投資約為30萬，末端選擇較多，可采用風機盤管、地板送風、空調箱。且運行費用較高、水系統相對而言較為復雜，以及占地面積大。

2）直膨式屋頂機初投資20萬左右、運行費用較低，系統簡單且占地面積小。缺點是末端選擇有限，僅用于全空氣系統。

3）多聯機空調系統控制靈活，滿足不同工況的使用需求，且安裝空間小。但是機外靜壓小，送風距離短，冬季舒適性差，不適合高大空間。

通過對比可以看出，方案一在投資方面不占優勢，且系統較為復雜不利于維護，方案三大空間送風舒適性較差，機型多為非標機型，故本項目報告廳采用方案二，直膨式屋頂機。為了節能考慮，本項目采用直膨式熱回收（熱管）屋頂機，通過回收廢熱并利用其進行加熱或制冷，可以減少對其他能源的需求，從而實現能源的節約。

3.3 空調風系統送風選擇

報告廳內人員密度較大，故其熱、濕負荷和污染物散發量較大。合理的氣流組織設計可以使報告廳的溫、濕度及分布滿足人員需要，且實現降低空調系統能耗的效果。本項目報告廳采用一次回風定風量系統，經焓濕圖計算確定報告廳總送風量為45000m3/h（送風溫差按8℃計算），其中空調季新風量為6000m3/h，講臺區送風量取10000m3/h，觀眾區送風量取35000m3/h。

送風方案比選

常見的適用于報告廳的全空氣系統送風形式選擇：頂送側回和座椅送風。

結合本項目采用直膨式熱回收（熱管）全空氣系統，下面對全空氣系統的兩種送風形式頂送側回及座椅送風進行對比[3]。

方案一：頂送側回。本報告廳空間高度較高，考慮使用旋流風口送風，旋流風口是一種常用的送風設備，通過特殊的設計可以實現空氣的旋轉，從而改善送風效果和室內空氣混合。旋流風口的送風方式可以使空氣均勻分布，減少死角和冷熱風的差異，提高室內舒適度，使室內溫度和濕度分布更均勻。適合報告廳這種高大空間；回風口選用單層百葉風口。

結合末端風口布置，對旋流風口進行了設計選型，詳見表1：

表1 頂送旋流風口選型報告a

表2 座椅送風風口選型報告a

表3 造價預算表

方案二：觀眾區設置座椅送風系統，講臺區保留旋流風口頂送的方式。結合報告廳座椅布置，每個座椅下方設置座椅送風口。座椅送風屬于下部送風方式，利用地板（階梯）靜壓層，將處理后的空氣經由座椅送風口，以低風速小溫差送到人員活動區。

座椅送風口布置圖如圖1所示。

圖1 報告廳剖面圖

根據以上選型報告，做出經濟性對比，見下表：

方案一的投資較小，系統簡單，施工難度較低，但是舒適性中等，同時需要較大的吊頂空間，對吊頂效果影響較大。方案二舒適性高、吊頂空間需求較小、對吊頂效果影響較小，但投資大，系統復雜，施工難度較高，同時需要占用座椅下部空間。綜合兩方案對比，最終選用采用方案一頂送側回的空調形式。

3.4 CFD模擬驗證

為保證頂送側回送風方式的空調效果，本工程采用Airpak3.0.16對報告廳氣流組織及溫度場進行了模擬分析。

3.4.1 物理模型及邊界條件

報告廳尺寸為33.0m（x）×11~7.5（z）×25.2（y）,東墻為內墻，南、北及西墻為外墻，建筑面積為849.58m2。送風溫差選取8℃，旋流風口頂送，回風設置在東墻，選用2個單層百葉風口，風口尺寸為3.5m×0.8m，送風參數詳見頂送旋流風口選型報告，報告廳共有470個座椅，為簡化模型，考慮將人員發熱量均勻布置在模型中，總發熱量按40kw考慮，頂棚下共42臺LED燈，簡化后的模型如圖2所示。

圖2 報告廳幾何模型示意圖

夏季室內設計溫度為26℃，室內冷負荷174KW，作為恒定熱流條件，設置在報告廳的圍護結構，回風口作為壓力出口的邊界條件。

冬季室內設計溫度為20℃，冬季室內熱負荷為55KW, 作為恒定熱流條件，設置在報告廳的圍護結構，回風口作為壓力出口的邊界條件。

3.4.2 夏季工況模擬結果

在夏季工況下，報告廳的溫度場和速度場如圖3所示：

圖3 報告廳夏季溫度場（左）速度場（右）模擬結果

根據以上夏季模擬結果可見，報告廳人員活動區的溫度在25℃左右，風速控制在0.5m/s以下。滿足《公共場所衛生指標及限值要求》（GB37488-2019）及《室內空氣質量標準》（GB/T18883-2022）對室內空氣品質標準值的要求，人體的舒適度較高。

3.4.3 冬季工況模擬結果

在冬季工況下，報告廳的溫度場和速度場如圖4所示：

圖4 報告廳夏季溫度場（左）速度場（右）模擬結果

根據以上冬季模擬結果可見，報告廳人員活動區的溫度在21℃左右，但是溫度分布不太均勻，出回風口附近位置溫度較高，在冬季可以考慮加大舞臺區風口風量，減小觀眾后區風口風量，以達到更好的舒適性。風速控制在0.3m/s以下。符合室內空氣品質標準值的要求，人體的舒適度較高。

3.4.4 模擬結果判斷

通過模擬分析結果可以看出，本項目報告廳使用頂送側回送風方式滿足空調要求。

3.5 室內噪音控制

報告廳的噪音控制是非常重要的設計考慮因素，良好的聲學環境對于演講、表演和聽眾舒適度至關重要。本工程在空調系統的噪音控制方面主要采取如下措施：

1）合理選擇風口類型：選擇低噪音的風口類型，具有良好的噪音控制性能。

2）使用吸音材料：在風管內部或風口周圍使用吸音材料，如吸音棉、吸音板等，能夠吸收噪音，減少傳播和反射。

3）降低風速：適當減小風速可以降低噪音水平。

4）隔聲設計：在風管和風口的設計中考慮隔聲措施，如增加隔聲板、隔聲罩等，能夠有效減少噪音傳播。

5）避免共振和震動：在風管和風口的安裝過程中，要確保其與周圍結構的連接牢固，避免共振和震動產生噪音。本項目報告廳屋頂機采用隔振臺座+彈簧減振器的形式對其進行減振，減少設備對報告廳的影響。

4 結束語

1）結合學校的特點，以經濟性、舒適型等因素考慮，選用直膨式屋頂機，一定程度降低了施工及管理難度。

2）高大空間采用全空氣系統，本工程利用CFD模擬對采用旋流風口頂送側回的氣流組織形式進行分析，通過調整風口布置、氣流方向及風口風量來保證溫度、風速滿足人員舒適度的要求。

3）通過采用低噪音風口、降低風速、使用吸音隔聲材料及減振等措施減少空調系統對報告廳噪聲影響。