高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間：2021-09-25 發(fā)布人：總管理員
近年來(lái)，隨著生活水平的提高，公用建筑的規(guī)模趨于龐大，大而高的建筑越來(lái)越多。為了使這些建筑的功能完美發(fā)揮，創(chuàng)造更加優(yōu)美的室內(nèi)環(huán)境，設(shè)計(jì)更合適的暖通空調(diào)系統(tǒng)，改善建筑內(nèi)部環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1、高大空間暖通空調(diào)系統(tǒng)
現(xiàn)在很多大型的建筑一般具有高度高、體積大等顯著特點(diǎn)。一般的大型建筑高度都在10m 以上，有一些體育場(chǎng)館的高度更高，達(dá)到30m 以上。這些大型建筑具有如下特點(diǎn)：
（1）高度較高，在空間上形成溫差梯度。建筑外墻面積與地面面積比差異大，室內(nèi)氣流易受外界影響。
（2）人員聚集，使用時(shí)間集中，諸如影劇院、多功能會(huì)議中心等對(duì)舒適度提出了較高要求，空調(diào)冷、熱負(fù)荷分布不均勻。
（3）具有多個(gè)功能區(qū)域，對(duì)于不同功能區(qū)域的環(huán)境空調(diào)負(fù)荷要求不一。例如，劇場(chǎng)舞臺(tái)外墻上外窗少，夏季圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷相對(duì)小，觀眾廳密集，新風(fēng)量大，導(dǎo)致冷負(fù)荷較大；而舞臺(tái)區(qū)域人相對(duì)不多，冷負(fù)荷主要來(lái)自電氣設(shè)備發(fā)熱、燈光照明；劇場(chǎng)辦公、休息區(qū)域等與一般辦公樓一樣，采用一般的空調(diào)系統(tǒng)即可。又如，體育場(chǎng)館人員、燈光照明、設(shè)備等散熱量占總冷負(fù)荷約70%，新風(fēng)冷負(fù)荷約20%，其余為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)功能不同劃分不同區(qū)域，分別計(jì)算其制冷負(fù)荷，選擇更加合理的空調(diào)系統(tǒng)。
2、冷熱源的選擇
由于高大空間空調(diào)系統(tǒng)的特殊性，所以要獨(dú)立設(shè)置冷、熱源。如果區(qū)域內(nèi)設(shè)置有區(qū)域供冷、供熱站時(shí)，為了合理利用資源，要多利用區(qū)域供冷、供熱站。對(duì)冷熱源的選擇，可以采用常規(guī)的電動(dòng)壓縮式制冷機(jī)組、直燃式制冷制熱機(jī)組、集中式換熱站和鍋爐房，且風(fēng)冷熱泵機(jī)組可以做為輔助熱源來(lái)使用。近幾年，經(jīng)濟(jì)較好的地方也開(kāi)始使用新型技術(shù)來(lái)節(jié)省能源、保護(hù)環(huán)境，如冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)、地源/水源熱泵系統(tǒng)等。
3、分析現(xiàn)狀
3.1、上送下回全空氣空調(diào)系統(tǒng)
在這套系統(tǒng)內(nèi)，在上方的網(wǎng)架空間內(nèi)或在頂棚安裝有送風(fēng)口，在側(cè)墻或者下方座椅旁邊設(shè)置回風(fēng)口，可以從上到下把氣流輸送到人員區(qū)域內(nèi)，并由回風(fēng)系統(tǒng)將其排出。
機(jī)械集中的排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)放置在舞臺(tái)空間的頂部或上部。設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意，熱、冷源需在距離地面大概2m 的人員停留區(qū)域，氣流的平均風(fēng)速為0.2 ～ 0.5m/s，而送風(fēng)口的風(fēng)速一定要小于等于10m/s。旋流風(fēng)口或噴口是上送風(fēng)系統(tǒng)中的主要適用風(fēng)口，主要特點(diǎn)是大風(fēng)量、低噪音、風(fēng)速可控、射程遠(yuǎn)、穩(wěn)定的阻力特性，所以很多空間很大的建筑會(huì)使用旋流風(fēng)口。該風(fēng)口不僅可以安裝在如會(huì)議室等層數(shù)較低的樓層，而且也可安裝在體育館、廠房、機(jī)場(chǎng)等層高很高的地方。空氣處理完后會(huì)被上送風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)送到各個(gè)不同的地方，以滿足各種不同的需求。然而，有利就有弊，該套系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相比會(huì)消耗更多資源，且由于熱空氣的進(jìn)入會(huì)使人員區(qū)域內(nèi)的空氣質(zhì)量相對(duì)較差，不利于健康。所以，設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要考慮環(huán)保，更要在環(huán)保的基礎(chǔ)上選擇性價(jià)比較高的系統(tǒng)。
3.2、輔助房間內(nèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
在許多大型的公共建筑內(nèi)部，通常會(huì)有一部分輔助房間，如會(huì)議室、貴賓休息室、機(jī)房、器材室等。這些輔助房間的功能、構(gòu)造、部位、環(huán)境、使用條件與主體部位不一樣，所以對(duì)輔助房間的空調(diào)系統(tǒng)要單獨(dú)設(shè)置節(jié)約能源。
輔助房間的系統(tǒng)有加新風(fēng)系統(tǒng)、恒溫恒濕系統(tǒng)、多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)等可以選擇。選擇好之后，要按照房間的使用時(shí)間和功能的不同來(lái)區(qū)分控制，同時(shí)也要與主系統(tǒng)區(qū)分，以節(jié)約能源，達(dá)到最好的效果。
3.3、采暖系統(tǒng)
現(xiàn)在的高大空間公共建筑使用的次數(shù)一般較少，大部分時(shí)間都在閑置中。相對(duì)來(lái)說(shuō)，更為寒冷的北方的大型建筑在冬季一般會(huì)采用以空調(diào)采暖為主、地暖或者散熱器等其他采暖方式為輔的采暖方式。建造時(shí)，幾種不同的采暖系統(tǒng)不能設(shè)計(jì)在一起。建筑在平時(shí)不使用時(shí)，關(guān)閉主系統(tǒng)，只使用輔助取暖，輔助取暖的溫度一般為5 ～ 10℃。開(kāi)始使用后，同時(shí)開(kāi)啟兩種系統(tǒng)共同采暖。地暖也就是地板輻射采暖的原理是利用熱輻射來(lái)達(dá)到采暖的目的，相對(duì)比較舒適。所以，在一些需要高溫度的場(chǎng)所采用地暖系統(tǒng)更為合適。地暖系統(tǒng)中，供回水的溫度不高，約45 ～ 55℃。地暖在建造時(shí)，為了達(dá)到最好的效果，從中間到外圍應(yīng)該逐漸增大管道的距離。
3.4、下送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)
在大型建筑的大廳內(nèi)，因?yàn)槭褂妙l率低、空間大且人多，對(duì)噪聲的要求很嚴(yán)格。這種類型的大廳一般要使用下送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。送風(fēng)口建造在座椅下面，頂棚會(huì)建造回風(fēng)口。為了使使用者更加舒服，送風(fēng)口送的風(fēng)溫差小于5℃，以4℃為宜。在送風(fēng)口旁另設(shè)送風(fēng)道，并有一定的防火措施和降低噪音的措施等。采用該系統(tǒng)，大廳溫度會(huì)從下到上逐漸提高，各方面的指標(biāo)都很好，非常適合電影院的觀眾廳。
不過(guò)要注意，送風(fēng)口距離前面觀眾手肘處的距離在1m 之內(nèi)，從舒適度方面考慮，一定要嚴(yán)格控制觀眾所在區(qū)域的溫度和空氣流速。首先，送風(fēng)口的風(fēng)溫以4℃為宜；其次，送風(fēng)口風(fēng)速要小于1.8m/s。只有小于1.8m/s，風(fēng)到達(dá)觀眾腿部的風(fēng)速才會(huì)不大于0.2m/s，才能使觀眾擁有最好的體驗(yàn)。
3.5、分層空調(diào)系統(tǒng)
特點(diǎn)：該系統(tǒng)是利用更為合適的氣流對(duì)建筑的工作區(qū)域、非工作區(qū)域除外，進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚诳臻g的中部設(shè)置高速噴口來(lái)作為工作區(qū)和非工作區(qū)的分界線。該系統(tǒng)的回風(fēng)口在送風(fēng)口的一側(cè)靠下位置，比其他系統(tǒng)更加節(jié)省能源，降低了20% ～ 40% 的能耗。
該系統(tǒng)的氣流組織：惻送下回是使用最多的方式。在建筑周圍的墻上設(shè)置送風(fēng)口，按照一定角度開(kāi)始送風(fēng)，初始風(fēng)速為6 ～ 12m/s、送風(fēng)溫差為8 ～ 12℃。當(dāng)射流落下時(shí)，低速通過(guò)工作區(qū)域，此時(shí)風(fēng)速為0．2 ～ 0.5m/s 左右。
為避免其他的物體檔風(fēng)，應(yīng)在4m 之上的高度設(shè)置送風(fēng)口。設(shè)計(jì)時(shí)的注意要點(diǎn)：
（1）因?yàn)樗惋L(fēng)口的設(shè)置點(diǎn)比工作區(qū)域高得多，噴口噴出的氣流正常情況不可能到達(dá)工作區(qū)域。為了使回流風(fēng)到達(dá)工作區(qū)域，需要在噴口的同一側(cè)面設(shè)置回風(fēng)口，使系統(tǒng)能夠達(dá)到使用的需要。
（2）由于高大空間建筑的空間跨度較大，應(yīng)該使用兩側(cè)送風(fēng)回風(fēng)或者單側(cè)送風(fēng)回風(fēng)等形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。
（3）計(jì)算冷負(fù)荷時(shí)，一定要注意到非工作區(qū)域?qū)ぷ鲄^(qū)域的熱對(duì)流以及熱輻射所產(chǎn)生的冷負(fù)荷，并采用分層計(jì)算的方法計(jì)算冷負(fù)荷。分界層的高度越高，下層的空調(diào)區(qū)域就越大，所以冷負(fù)荷就會(huì)越大。對(duì)熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)該使用全空間計(jì)算的方法。
（4）當(dāng)該系統(tǒng)使用側(cè)送風(fēng)時(shí)，因?yàn)榭照{(diào)所動(dòng)的風(fēng)射程較遠(yuǎn)、所送氣流溫差較大等原因，會(huì)造成該系統(tǒng)制熱過(guò)程中熱空氣的抬升及該系統(tǒng)在制冷時(shí)內(nèi)部冷空氣的下降等現(xiàn)象明顯。解決的方法有換送風(fēng)噴口，選擇一種可以根據(jù)要求隨時(shí)調(diào)節(jié)的噴口，在該系統(tǒng)使用的不同時(shí)間段內(nèi)，按照不同的要求調(diào)整噴口的送風(fēng)位置，同時(shí)噴口的筏形應(yīng)該使用可以自配風(fēng)量的類型，按照使用時(shí)間的不同和對(duì)風(fēng)速要求的不同，不斷調(diào)整風(fēng)量，達(dá)到任何時(shí)間都能滿足人員需要的要求。
（5）當(dāng)該系統(tǒng)的覆蓋范圍大于30m 時(shí)，可以在不同的高度位置上設(shè)置多個(gè)噴口來(lái)滿足需要。較高位置的噴口可以把風(fēng)送到更遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)，位置較低的噴口可以負(fù)責(zé)近處的區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)區(qū)域的覆蓋。
（6）將排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在非工作區(qū)域的上部分，以排出工作區(qū)域發(fā)散出來(lái)的多余熱量。同時(shí)，可以將上部分位置的溫度調(diào)解下來(lái)，減少非工作區(qū)域與工作區(qū)域的熱對(duì)流以及熱輻射所造成的不必要麻煩，從而保證該系統(tǒng)的順利工作，使其達(dá)到指定的環(huán)境要求，同時(shí)使其所在的建筑有一個(gè)良好的工作環(huán)境。分層空調(diào)系統(tǒng)具有很好的節(jié)能性、安全性、環(huán)保性，是一套相當(dāng)好的系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)用到更多的高大空間建筑。
3.6、新風(fēng)熱回收系統(tǒng)
對(duì)于人員密集、設(shè)備散熱量高的大型場(chǎng)所，如體育館、劇院、禮堂等，新風(fēng)熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用效果非常明顯。冬夏季節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行主要是啟動(dòng)空調(diào)機(jī)組、關(guān)閉排風(fēng)機(jī)，以確保室外新風(fēng)可以先在空氣熱交換機(jī)組內(nèi)和室內(nèi)排風(fēng)系統(tǒng)中得到充分的熱交換處理。后經(jīng)過(guò)空調(diào)機(jī)組處理運(yùn)輸至觀眾廳，使室內(nèi)排風(fēng)系統(tǒng)的余熱量充分利用，有效降低空調(diào)機(jī)組能耗。春秋季空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行主要是啟動(dòng)排風(fēng)機(jī)、關(guān)閉空調(diào)機(jī)組，室外新風(fēng)直達(dá)觀眾廳，開(kāi)啟全新風(fēng)模式可提高室內(nèi)新風(fēng)量，改善人體的舒適感，降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。
該系統(tǒng)提高了空調(diào)系統(tǒng)余熱量的利用率，降低了系統(tǒng)能耗。設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格防止冬季設(shè)備使用時(shí)被凍壞，嚴(yán)格控制排風(fēng)溫度不低于5℃。
4、結(jié)語(yǔ)
隨著人們對(duì)空調(diào)系統(tǒng)越來(lái)越高的要求，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分結(jié)合建筑工程實(shí)際情況，準(zhǔn)確計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)，以高經(jīng)濟(jì)性、低能耗為主要設(shè)計(jì)原則，通過(guò)多方對(duì)比選擇最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。此外，對(duì)于較高且空間較大的建筑結(jié)構(gòu)，供暖空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需充分結(jié)合水源熱泵技術(shù)、分層空調(diào)系統(tǒng)及消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)等，確保方案的有效性、安全性及環(huán)保性，以達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)要求。
