大型公共建筑暖通空调系统设计评价研究

文／何清衡 湖南核三力技术工程有限公司 湖南衡阳 421000

蒋仁娇 湖南华侨城文旅投资有限公司 湖南衡阳 421000

引言：

随着城市化进程推进，城市中的大型公共建筑物数量不断增加。大型建筑物的特点是占地面积大、空间分布复杂、建筑内外空气流通阻塞和室内温度普遍偏高等，若要保障建筑内部温度的稳定性，需使用温度控制装置进行温度调节。在空调技术非常先进的今天，暖通空调系统在大型建筑物温度控制过程中扮演着重要的角色。而如何科学合理地设计暖通空调系统成为建筑暖通行业面临的重要问题，在确保最低能耗的基础上能够保障建筑内部温度的稳定性是建筑暖通系统设计的核心要素，研究建筑暖通系统设计具体方法非常关键。

1、建筑暖通空调系统概述

建筑暖通空调系统是一种综合性的温度控制系统，主要包括制热、制冷、空气交换等功能，对于调节建筑内外空间温度和空气质量有着重要意义。现代暖通空调系统主要通过智能化的软件进行控制，安装在室内的温度传感器和空气质量检测装置能够对建筑室内的温度和空气质量进行检测，检测到的数据经过通讯系统传输到暖通空调的控制系统，控制系统结合温度和空气质量特点启动相应的控制功能，从而实现温度调节和空气交换。暖通空调的优点是能够对建筑内部温度和空气条件进行实时的监测和调节，这种自动化控制的方法能够最大限度提升人们的体验度，缺点是能耗过大，需消耗大量电能。目前行业人员正在研究节能降耗的方法，通过改进温度调节方法和设计方法有望实现节能降耗的目标。

2、公共建筑暖通空调系统设计原则

暖通空调系统为建筑提供了稳定和可靠的温度控制方法，实现了大型公共建筑室内空间温度的集中化控制，从而最大限度满足人们生活和工作的要求。暖通空调系统设计需要遵循整体性、节能性、安全性和舒适性等原则，只有切实地按照这些设计原则进行设计，才能有效发挥暖通空调系统的作用，为人民提供更多优质的温度控制服务。

2.1 整体性原则

整体性原则必须考虑到建筑的整体布局，结合建筑物内部结构和特定空间的功能进行设计，从而确保暖通空调作用得以有效发挥。大型公共建筑物内部空间非常大，不同空间有着不同功能，应结合建筑空间功能设计暖通系统的分布方案。例如，在一些购物中心，地下空间往往被设计为超市，地上空间1层至3层经营餐饮，4层以上经营服装和化妆品，地下空间的通风性相对于地上空间较差，所以设计时应增加通风换气结构，使地下空间的空气质量得到保障，人们吃饭时身体温度容易上升，所以应尽量降低温度，在服装层为避免人们着凉应适当提升温度。所以在设计暖通空调系统时，应结合建筑物的整体特征和建筑内部空间功能合理地进行设计，这样才能保障建筑各部分空间都具备稳定的温度和空气控制功能。整体性原则的核心是能够发挥出暖通空调的核心作用，通过一体化的控制方法实现对建筑内部空间的综合性控制，从而更好地为人们提供优质的温度调节服务。

2.2 节能性原则

暖通空调系统的缺点是能耗过大，长时间工作需消耗大量电能。随着节能降耗理念深入人心，建筑暖通行业也在积极地研究更多节能降耗的新技术，而在建筑暖通节能降耗研究方法中，优化设计方案是重要的一项内容。大型公共建筑物的营业时间基本都在8h以上，这意味着暖通空调系统需要不间断地运行至少8h，长时间的运转带来大量的电能消耗，不利于节能降耗政策的落实。因此，在设计暖通空调系统时，应将节能降耗理念考虑在内，通过改进系统运行模式和应用智能化的调节软件实现对能耗的控制。实际上，能耗问题与系统运行模式存在着直接的联系，如系统在进行稳定调节时若未能考虑部分区域的温度变化特点对整个建筑物内部温度都进行调节，必然产生过大的能耗。因此，在设计过程中应深度考虑到系统能耗问题。节能性原则是暖通空调性能优化的重要方向，市场上的用户对于节能指标的要求相对较高。

2.3 安全性原则

暖通空调系统属于建筑电气系统，设计时必须考虑到系统安全问题。暖通空调系统运行时需要消耗电能，制冷或制热装置长时间运行导致机器产生大量的热量，从而可能导致机器出现起火。因此设计时必须将机器温度检测传感器安装，通过实时检测机器温度对机器进行控制，这样能够避免机器发生火灾。在安全性方面，也要注重各类线路的安装工作，如线路不能出现裸露的情况、应将线路规定在特定的区域避免发生脱落或使用特定的绝缘管线进行安全防护等。线路安全问题不仅可能导致人员生命安全受到影响，而且也会影响建筑温度和空气调节，如通讯系统线路发生短路，传感器的数据信息无法传输到控制中心，系统无法对特定区域的温度和空气进行调节，从而影响人们的体验。安全性原则是暖通空调设计过程中最为关键的内容，确保其安全稳定运行不仅能够为人们提供稳定的温度调节服务，而且也能降低系统故障概率，提升系统运行的稳定性，使建筑内部的环境控制效果变得更加理想。

2.4 舒适性原则

公共建筑物温度控制难度较大，如果温度控制效果较差，可能影响人们的体验。舒适性原则的核心在于根据建筑功能和人们的需求动态调节温度和空气，使人们能够在稳定的温度和清新的空气环境下生活和工作。在公共的空间内暖通空调系统能够自动地调节温度，一些分割的空间内人们可以按照自己的需求调节温度和空气，这样能够满足不同人群的不同需求。例如，在建筑的火锅店内人们饮食过程中体温不断升高，那么人们可以通过控制开关控制温度，适当地降低温度，这样能够更好地进行饮食。暖通空调的主要作用是调节建筑温度和空气，最终目的是服务于人，只有人们能够获得足够高的体验，才能证明暖通空调的作用得到了有效地发挥。舒适性原则是暖通空调的硬性设计原则，只有符合人们的使用需求才能更好地为人们服务，所以设计过程中应该将这一原则深度地落实到具体环节中，通过暖通空调为人们提供良好的建筑环境，进而提升人们的使用体验感。

3、公共建筑暖通空调系统设计评价

暖通空调系统设计是一项非常复杂的工作，不仅要合理选择暖通空调系统的参数，还需要合理设计系统电路和优化系统各项功能。暖通空调运行时可能出现大量噪声、消耗大量能耗和存在安全问题，所以在设计阶段应该将这些问题考虑在内，制定有效的措施对相关问题进行合理控制。

3.1 室内环境指标评价

建筑室内环境质量对人们的体验度有着重要的影响，因此设计阶段应该着重思考暖通空调运行对建筑环境优化的作用。建筑室内环境指标包括温度、湿度、空气清新度、通风情况、噪声情况等，良好的室内环境指标应该是温度控制在18℃至30℃之间、湿度达到30%-60%之间、空气API小于50、通风30m3/h、噪声等级应小于30dB。除了需要考虑到这些影响的环境指标之外，还需要考虑室内细菌群落数量，经过换气和通风并做好消毒工作能够有效地减少细菌，而换气和通风效果受到暖通空调系统运行情况影响而呈现不同的结果。总体而言环境指标达到要求对于改善建筑室内环境指标有着重要的意义，这也是暖通空调系统设计的重要内容。室内环境指标评价是暖通空调设计的重要基础，对室内环境指标的判断能够为设计人员提供可靠的参考依据，从而更好地将暖通空调的功能实现，使建筑内部环境变得更能满足人们的使用体验需求，从而更好为人们服务。

3.2 空调新风量指标评价

新风量是决定空气质量指标的关键要素，新风能够将空气中的细菌和有害气体带出，实现净化空气的目的。目前建筑行业使用的建筑材料本身就还有一些有害的化学物质，这些物质挥发到空气中使得空气质量降低，由于大型建筑物室内和室外空气交换效果较差，所以需要通过通风换气装置实现空气减缓，暖通空调新风量就是对空气交换效果进行衡量的一项指标。现阶段我国在暖通空调新风量方面并未确定较为明确的指标，一般评价时主要参考ASHRAE 62-1999标准，这项标准主要规定了建筑物内部空气污染物所占比例，建筑内部80%以上群体如果没有感觉到不舒适的感觉，则认为空气指标达到了要求。目前我国公共建筑物暖通空调新风指标相对较高，如办公室的新风标准是36m/h.p，人员密度标准为7人/100m，这项指标高于ASHRAE 62-1999标准，如果新风量标准较低，建筑内部空气质量必然较差，我国人口众多，公共建筑物内部人群数量相对较多，因此需要采取更严格的标准。新风量指标衡量的是建筑内外空气交换程度，良好的通风换气性能能够使建筑内部空气质量维持在稳定的状态下，使得人们在建筑内部更好地工作和生活。

3.3 气流运动指标评价

暖通空调不仅仅是制热和制冷的装置，也是空气交换的重要装置。大型公共建筑物内部空间大，自然状态下与外界环境隔离，内部缺少自然风，因此空气流动效果较差，如果空气中存在着一些有害物质，将会长时间存在于一个区域，从而对人们的身体健康造成影响。气流运动能够使得建筑内部空间的空气进行动态和循环流动，从而改善室内空气质量。气流运动主要由暖通空调的风系统实现，风系统能够向室内不同方向输送风，正常情况风的射流角都在40°以上，但是这种设计方法的缺陷是容易在送风口位置出现风短路现象，如果采用直流型的风散器，可以将射流角设置为小于40°，这样能够提升气流的流动效果。为进一步改进气流的运动效果，可以选择上送风下回风的送风方式，同时合理地选择风口的位置，这样能够在风的重力作用下有规律地运行，使得建筑室内空气形成与自然风类似的流动效果。

3.4 污染气体指标评价

暖通空调系统主要以电能为动力，在消耗电能的过程中会产生大量的污染气体。暖通空调制热消耗电能量远高于制冷消耗的电能量，在其运用的过程中还会出现噪声污染和热污染等问题。很多建筑的材质都是通过化工工艺进行生产，使用时化学物质挥发，这些污染气体被换气系统排放到空气中，使得外界空气受到污染。值得注意的是，在以往的技术条件下，暖通空调的制冷剂是CFC，这种物质中的含F物质能够与O发生反应，O是臭氧层的主要组分，随着含F物质排放量的增加，臭氧层破坏问题不断加重，导致大量的紫外线进入地球内部，对人、动物和植物造成影响。除了这些物质外，产生的二氧化碳也是导致全球变暖的主要物质。因此设计暖通空调时必须考虑到空调系统运行对空气造成的直接或间接影响。

3.5 制冷性能指标评价

制冷是暖通空调的主要功能之一，前文提到过传统的技术条件下制冷使用的制冷剂对环境的影响，本节将分析制冷带来的其他影响。制冷过程中会产生冷凝水、机械热和噪声等污染，对人们生活造成一定的影响。在处理冷凝水方面，一般都是通过特定的管道进行排放，如果管道所在位置缺乏合理性，冷凝水可能对建筑结构造成侵蚀，同时也会影响建筑外观。机械热问题也是制冷时常见的问题，暖通空调处于不间断运行的状态下机器容易产生大量的热量，这些热量会散发到空气中，对空气质量造成一定的污染。噪声污染主要是机械运动时产生的声音，主要以扫热装置为主。如果能够通过改善设计方法将制冷时产生的热、噪声和冷凝水处理，对于暖通空调运行效果的改善也产生了重要的影响。制冷指标的评价是实现暖通空调功能的重要内容，制冷的效果直接关系建筑内部温度调节情况，因此通过全面的制冷质保评价可以为设计人员提供良好的制冷服务，从而是建筑内部制冷效果得到增强。

3.6 能源消耗指标评价

能源消耗问题一直都是暖通空调系统优化和发展过程中难以解决的问题。能源消耗带来的主要影响体现在两个重要的方面：经济效果和环境效益。能源消耗量大意味着用电成本增加，同时也意味着供电企业需要生产更多的电能。在经济效果方面，对于使用建筑物的企业或个人而言，最好能够尽可能地减少电能消耗，从而提升自身的经济效益。在环境效益方面，供电企业多采用火力发电的方法生产电能，火电原料以煤炭为主，生产过程中产生硫化物、氮化物和碳化物，这些物质不仅既有温室气体，也有污染气体，对环境造成的影响是持续性的。所以降低能耗非常关键，实现降耗需要从技术手段和系统设计方面入手：（1）通过改进技术的方法减少电能消耗，（2）通过优化设计的方法最大限度利用能源，实现节能降耗，无论何种方法都需要进一步得到完善。

3.7 系统安全指标评价

暖通空调系统属于典型的建筑电气系统，对于系统安全有着较高的规定。系统运行过程中容易发生的安全问题包括系统线路短路、电路漏电、通讯系统中断和送风系统终止运行等。电路安全问题带来的影响相对较大，如果电路与其系统短接，将会导致暖通空调的整体运行状态受到影响，所以必须在系统中安装接地系统，同时也要在各线路点设置防护层。通讯系统中断和送风系统终止运行带来的后果是建筑内温度控制和空气交换功能受到影响，例如室内温度持续降低或上升，使得人们出现身体不适的情况，如果长时间未进行气体交换，还会导致人们出现呼吸困难的问题。设计过程中必须将这些问题全面地考虑在设计方案中，严格地遵守设计安全标准，最大响度保障系统运行的安全性。此外，在安全指标方面，还需要关注系统制热和制冷时产生的冷风和热风不会对人体造成伤害，不应直接将送风口对准有人的位置进行送风。

3.8 维护保养指标评价

维护与保养对于延长暖通空调系统寿命有着重要的意义，在设计阶段应该考虑到后期暖通空调维护保养工作，能够留出足够的维护保养空间。维护保养工作的目的是确保暖通空调系统不会出现故障，能够为其创造稳定的运行环境。例如，维护保养时需要检测电力系统能否正常地运行，如果发现问题第一时间处理，避免电力系统出现故障导致暖通空调无法正常运行。设计维护保养指标时，也要关注维护保养环境是否良好，如是否为工作人员留出足够的维护保养空间、系统出现故障后是否能够启动备用线路、维护保养环境是否足够安全等，这些都是设计阶段需要深度考虑的内容。此外，在制定维护保养指标时也不能忽视了设备更换工作，如果设备因故障或其他因素无法正常运行需要更换设备，如果更换工作难度较大将会影响到暖通空调系统的维护工作。

4、公共建筑暖通空调系统设计优化措施

公共建筑是公众活动最为频繁的区域，保障建筑室内环境温度的稳定非常关键，因此设计阶段必须采取措施制定预防方案对施工作业进行控制。

（1）应详细地了解建筑的整体结构，结合建筑的结构特征设计暖通空调线路分布形式，在解决线路资源的同时能够保障线路运行环境足够稳定。

（2）应结合建筑内部空间功能配置各项功能，如地下空间对通风要求较高，因此必须配备更多通风换气装置，为地下空间提供更多空气交换的机会。

（3）选择节能环保的暖通空调材料，很多材料开采企业研究出各类节能环保的材料，施工时可以选择这些材料，这样能够减少污染问题，同时也能降低能耗。

（4）确保系统运行环境的安全性，如果系统运行环境缺乏足够的安全性，不仅可能对系统运行造成影响，同时也会影响到建筑内部环境，设计阶段应该制定完善的安全保障措施，最大限度保障系统运行环境的安全性。

（5）减少暖通空调运行过程中产生的污染，对于声污染问题应该在系统中加装消声器，对于热污染问题应使用冷却装置进行冷却，减少热能的散发，对于温室气体污染问题，应通过优化系统功能的方式减少温室气体的排放，同时最大限度地应用电能。

结语：

总而言之，公共建筑暖通空调系统设计过程中必须应遵守整体性、安全性、节能性和舒适性等原则，同时也要考虑到各项指标对系统运行效果的影响。公共建筑是公众活动非常频繁的区域，如果建筑内部环境无法满足人们的使用需求，将会影响到公共建筑作用的发挥，同时也不利于建筑暖通行业的发展，通过研究为设计人员提供技术改进评价指标能够更好提升暖通空调质量。