高大空间建筑暖通空调设计研究

孙银行

【摘要】建筑行业近年来发展迅猛，高大空间建筑数量越来越多，暖通空调设计作为建筑设计的重要组成部分，高大空间建筑暖通空调设计一直是设计的重点和难点，对设计人员的专业技能有较高的要求。设计人员要结合建筑特点，在保证暖通空调功能性的同时，还要注重节能和环保。本文将重点对暖通空调设计的相关理念展开进一步研究，以便提高暖通空调的设计水平。

【关键词】高大空间;暖通空调;设计研究

高大空间建筑具有多元化的特点，可以满足不同人群的使用需求，同时也更加符合现代人的理念。针对高大空间建筑的设计，暖通空调设计一直是其中最主要的内容之一，应受到高度关注。通过空调设计可以有效调节建筑内部温度和湿度，改善空气质量，提升空间的舒适度。因此，相关部门要加大研究的力度，不断提高暖通空调的设计质量。

1、高大空间建筑特点

高大空间（高度大于10m且体积大于10000m3）建筑与普通建筑相比，具有层高更高，跨度更大，功能繁多，样式复杂等特点[1]。投入使用后人员短期聚集，使用时间相对集中，对室内环境要求较高。

高大空间建筑的空调设计难度较大，在空调设计过程中易受多种因素的影响。主要表现在随着经济水平的提高，人们对使用空间的舒适度要求越来越高。暖通空调在建筑中发挥至关重要的作用，必须要满足多元化的用户需求，但同时又受到建筑空间布局的制约。暖通空调的设计要结合各种因素综合考虑，在实际项目设计中，暖通空调设计方案一般要经过多次的修改和完善，从而保障暖通空调效果，减少成本投入。因此，加大暖通空调设计的研究力度，对提高空调系统能效起到至关重要的作用。

2、暖通空调设计难点

2.1供暖方式的选择

高大空间建筑的冬季供暖方式有多种，例如：散热器供暖、辐射供暖、热风供暖等。其中散热器供暖是比较传统的一种方式，高大空间建筑若采用散热器供暖的方式可以有效降低供暖成本，造价相对低廉。但是在冬季，由于热空气的比重较轻，会大量聚集并且漂浮在空间上部，造成热量浪费[2];同时在跨度较大的空间布置散热器存在一定的困难，尤其是当建筑外墙设有幕墙时，散热器供暖的难度会显著提升。散热器供暖的原理主要是依靠对流散热，通过这样的方式进行供暖容易产生温度梯度大的问题，在10m以上的空间内温度可以突破30℃，但是在2m以下的空间气温可能只有3-5℃，气温分布存在明显差异。因此，高大空间建筑冬季供暖，不宜单独采用对流型散热器。

2.2优化气流组织设计

高大空间建筑因其层高高，体积大，在空间上会形成温度差异，温度梯度会出现递增或递减，并且高大空间建筑外墙的面积和地面的面积比值较大，因此外界环境因素容易影响室内气流。

空调房间的气流组织不仅直接影响房间的空调效果，也影响空调系统的能耗量。高大空间建筑特别是冬季空调送风时，由于热空气的比重较轻，易于漂浮并积聚在高大空间上部，而空间下部人员活动区感觉不到热风，舒适感不佳且浪费能量。因此在空调系统设计时，优化气流组织设计，正确选用送风口形式，合理布置空调送回风口位置。气流组织根据建筑用途对空调房间的温湿度参数、允许风速、空气质量、温度梯度及空气分布特性指标的要求，结合房间几何形状、内部装修、工艺或家具布置等确定。

2.3防排烟系统的影响

由于高大空间建筑自身的特殊性，一旦发生火灾，和普通建筑相比，救火难度更大。主要是因为高大空间建筑的人员相对比较密集，可燃物比较多，在其空间内部很难设置防烟分隔设施，火灾产生的有毒气体蔓延快，很难及时排出，容易引发重大火灾事故，造成不必要的人员伤亡和经济损失。在《建筑防烟排烟系统技术标准》实施后，对高大空间建筑的防排烟系统设计提出了更高的要求，相较于普通建筑，高大空间建筑排烟量更大，排烟机房及排烟管道占据更多的建筑空间，对于空调系统的设置有一定的影响，需合理布置。

3、暖通空调设计优化策略

3.1空调负荷特点

针对高大空间建筑的空调冷热负荷计算，空调负荷有效区域占整个空间的比例很低，并且外墙面积与地板面积较大，导致外界对室内的自然对流影响较大，存在明显的周边负荷区。由于一次性容纳的人数比较多，对新风量和送风量都有较大的需求，但人均占有体积大，所以可以适当降低新风量标准，采用较低的空调换气次数。值得注意的是，冬季热负荷的计算要按照全室采暖的标准进行，在计算热负荷时，要充分考虑温度梯度的影响。高大空间民用建筑冬季室内计算温度可参照层高大于4m的工业建筑计算。

案例：某生产厂房占地面积1500m2，层高10m，采用的是空间网架结构。针对这种单层结构的建筑，应该分围护结构类别选定冬季室内计算温度，当计算地面耗热量时采用工作区温度tn=tg;计算屋面和天窗时采用屋顶下温度 ;計算外墙、门窗等耗热量时采用室内平均温度;其中tn——冬季室内计算温度;td——屋顶下温度;tg——工作地点温度;tnp——室内平均温度;△th——温度梯度;H——房间高度。

3.2比选冷热源方案

冷热源方案选择应充分考虑高大空间建筑的特点，结合当地能源政策，从使用的经济性和安全性加以分析比较，找出最佳方案。对于规模较小的建筑，受到使用面积的制约无冷热源机房，可采用风冷式冷热水机组;对于规模较大的建筑，无市政热网时，冷热源可采用水冷式冷水机组和锅炉。一般建筑内部还设有一些像办公场所和对外营业的场所等辅助房间，这类房间具有人员短期聚集的特点，辅助房间占地面积很小，但人员负荷和新风负荷却占了总空调负荷量的一大部分，由于负荷量变化较大所以在选择机组时要充分考虑各种因素，以便机组数可以满足部分负荷的需求。

3.3合理划分空调系统

空调系统形式、空调方式、系统服务范围及划分原则的不同，会带来不同的建筑空调系统的能源消耗。在高大空间建筑中的辅助空间，因其在使用功能、时间以及环境要求的不同，并且也和高大空间的主体部位有所区别，需合理划分空调系统，注意将建筑主体的空调系统与这些空间区分开，根据其使用功能、时间的不同来分别控制，从而达到空调优化和节能的效果。