浅谈大空间建筑暖通空调节能设计

刘春晖

（甘肃省建筑设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

在功能性建筑需求量不断增加的情况下，大空间建筑得到了更多的发展机遇，也面临着更加严苛的施工要求。暖通空调系统作为大空间建筑的重要系统之一，其设计质量和节能效果将直接影响建筑建成后的使用效果，因而扎实做好大空间建筑暖通空调设计，尤其是节能方面的设计至关重要。基于此，本文介绍了大空间建筑的特点，分析了大空间建筑暖通空调节能设计的目的和需要遵循的理念，最后从冷热水系统与风系统应用设计、清洁能源应用设计以及变频系统应用设计三方面探讨了大空间建筑暖通空调节能设计，以供参考。

1 大空间建筑的特点

与常规建筑相比，大空间建筑具有以下显著特点：第一，大空间建筑的内部通常拥有较高的高度和较大的空间，可以在室内形成一定的温度差异梯度，模拟外部的风速变化等，这些都会对建筑室内的温度和空气流通产生影响。第二，由于大空间建筑在使用阶段会出现人员数量较多且较为集中的情况，尤其是大型的体育场馆、音乐厅、剧院等，其进出通道会较多，因此大空间建筑的暖通空调系统运行负荷也会相应集中，要根据实际情况做好制冷、供暖、通风，以上均对大空间建筑的节能设计提出了更为严苛的要求[1]。第三，大空间建筑的不同功能分区较多，其暖通空调系统的需求也不尽相同，比如剧场的外立面通常比较小，为了保证通风必须采用暖通空调加强新鲜空气集中供给，因而针对暖通空调的新风系统要求会较高。

2 大空间建筑暖通空调节能设计目的

2.1 减少能源浪费，提高设计水平

目前，在建设环境友好型社会和贯彻落实环境保护的背景下，对多项能源使用标准和节能设计指标提出了新的要求。对于大空间建筑的暖通空调系统节能设计而言，作为建筑中不可或缺的重要组成部分，在满足供暖、通风需求方面发挥着关键作用[2]。但是，在暖通空调系统的实际设计中，会不可避免地消耗一定量的能源并形成一些温室气体，这与现阶段要求的节能型城市发展理念并不相符。倘若在大空间暖通空调设计中融入节能和绿色环保，优化系统设计，科学选用施工技术，就能够降低暖通空调系统实际应用中产生的能源消耗，从而促进大空间建筑的设计水平。如表1所示，加强大空间建筑暖通空调系统节能设计，可以在多环节减少能源消耗。

表1 某大空间建筑暖通空调节能设计应用效果数据

2.2 做到可持续发展，符合社会发展趋势

现代社会发展迅速，对功能性建筑的节能设计也提出了更高要求，加之建筑行业在新型施工技术和施工理念方面取得了一定的成果，因而针对大空间建筑暖通空调系统的节能设计受到了社会各界的广泛关注。借助暖通空调系统节能设计，可以改善建筑室内的空气质量、长期保持建筑室内的温度和湿度，保障人们使用大空间建筑的舒适度。但随着暖通空调系统使用频率的不断增加，环境污染问题也随之而来。对此，为落实可持续发展理念，符合社会发展趋势，提高能源实际利用效率，加强暖通空调系统节能设计就成为了大空间建筑设计的关键内容之一，这对于建筑行业真正实现可持续发展具有重要影响。只有具备节能、绿色、环保效果的大空间建筑暖通空调系统，才能满足可持续发展理念的社会需求。

3 大空间建筑暖通空调节能设计理念

3.1 低碳设计理念

目前，大空间建筑暖通空调节能设计中最为常见的问题之一就是碳排放过量。为有效解决此类问题，在最大限度上减少建筑碳排放，要在实际的大空间建筑暖通空调设计工作中严格遵循低碳设计理念。低碳设计主要是通过持续减少大空间建筑的暖通空调能耗使用量，在避免环境污染问题的同时实现节能的目的，并且使周围环境与大空间建筑更加和谐。另外，遵循低碳设计理念可以针对大空间暖通空调系统的节能设计起到相应的约束作用，一旦违反此项理念或是在节能设计中未能有效遵循该理念，则可能出现不满足大空间建筑节能管理要求的情况。因此，为确保大空间建筑节能设计能够取得良好效果，在设计阶段要对材料选用、施工技术选用等给予更多重视，在后续的工作中要始终遵循低碳理念。

3.2 可循环设计理念

在大空间建筑的暖通空调系统节能设计阶段，要从多方面、多角度考虑和分析施工阶段可能使用的多种材料，并且注重施工材料浪费及施工材料剩余等情况。倘若针对剩余的施工材料未能加强合理性设计与利用，不仅会增加设计和施工建造的多环节成本，严重时甚至会产生程度不一的污染问题。据此，大空间建筑的暖通空调系统设计人员要在工作期间遵循可循环设计理念，以实现不同施工材料、不同能源的可循环利用，从源头上减少材料和能源的浪费[3]。

3.3 协调设计理念

从暖通空调系统的实际应用角度分析，在大空间建筑的暖通空调系统设计阶段，要以实际应用为出发点，遵循协调设计理念，即全面、系统分析暖通系统、通风系统、空气调节系统之间的协调设计效果。由于前述三个系统共同属于暖通空调系统节能设计的重点内容，在不同的实际情况下或是不同的应用场景中需要各自发挥应有的功能和作用，才能保证大空间建筑的整体使用效果。因此，节能设计阶段要对前述三个系统处于不同情况下的配置关系予以协调化处理，只有确保三个系统可以实现正常运行与相互协调支撑，才能为大空间建筑的暖通空调系统节能设计奠定良好基础，从而促使建筑节能设计水平实现全面提升。

4 大空间建筑暖通空调节能设计

4.1 冷热水系统与风系统应用设计

在设计大空间建筑的暖通空调系统过程中，冷热水系统和风系统的节能设计（见图1所示）十分关键。要想充分体现节能设计的良好效果，就必须加强冷热水系统的节能设计，使冷热水系统与风系统实现稳定、高效的协调支撑关系。对此，节能设计人员可以利用温度差，使温度差在供回水与冷冻水之间发挥节能作用，一方面能够保障暖通空调系统的运行效果，另一方面可以有效降低能源消耗，如图1所示。另外，节能设计人员可以尝试选用闭式循环模式，使冷热水系统与风系统在实际使用阶段缩减运行时间以降低能耗[4]。现阶段，在多数地区的大空间建筑暖通空调节能设计中，一般会选用一泵到底模式以优化暖通空调系统节能设计效果，能够有效缩减系统运行时产生能源消耗成本，从而确保暖通空调工程的综合使用成效。除此之外，节能设计要根据大空间建筑的所处地区情况，如地理条件、气候特征等组织展开合理性设计，以此保障冷热水系统与风系统在暖通空调系统中发挥应有的作用。

图1 冷热水系统与风系统的节能设计示意图

4.2 清洁能源应用设计

从节能设计的角度出发，以大空间建筑的暖通空调系统需求为核心，加强清洁能源，尤其是太阳能的节能设计应用，可以真正达成节能减排和环境保护的目标。对此，大空间建筑的暖通空调系统设计人员可以从两种形式出发，一种为主动式，另一种为被动式，以完成节能设计下的太阳能供暖系统，如图2所示。针对供冷系统的节能设计也可以使用两种方法，即利用太阳能作为驱动机械装置的能源，以此达到供冷循环驱动的节能设计目的，减少太阳能产生的热量损耗；或是直接利用太阳能的热量，实现吸收式制冷，并在实际应用中达到降低大空间建筑室内温度的节能设计目的。利用清洁能源完成供冷系统的节能设计，一方面不会消耗过多的其他能源，可以在源头上实现减少能源消耗量；另一方面供冷系统在实际运转阶段产生的噪音会较小，可以避免出现较大的噪声污染，不会影响人们正常使用大空间建筑[5]。此外，利用太阳能对大空间建筑的暖通空调系统进行供暖与供冷节能设计，还能够节约一定量的施工成本，有助于保障大空间建筑的经济效益。

图2 暖通系统太阳能节能设计示意图

4.3 变频系统应用设计

变频技术已经是大空间建筑暖通空调系统中不可或缺的关键技术，正是由于变频系统的高效运转，才能从全方位、多角度处理暖通空调系统的应用问题和满足大空间建筑的多样化使用需求，从源头上降低暖通空调系统的运行成本，避免能源消耗大幅提升。从暖通空调系统的常规使用情况可以看出，该系统内部的机械设备，如水泵供电装置，能源消耗量在大空间建筑的总体能源消耗量中占比20%左右，倘若没有加强节能设计，则容易由此加大能源消耗问题，不利于暖通空调系统实现节能减排的运转目标。为避免前述情况发生，节能设计中要合理化、科学化、高效化应用变频技术，改善能源消耗严重的实际问题。应用变频技术的过程中，设计人员要根据大空间建筑的暖通空调系统实际情况，优化变频系统运行机制、提高暖通空调系统的完整性，针对不同速率加强机械设备管理和控制。这样不但能够确保暖通空调系统的实际运行效能，还可以实现针对能源消耗严重问题的全面控制，从而满足大空间建筑的节能设计要求[6]。因此，在设计大空间建筑暖通空调系统的过程中，加强变频技术优化设计，对于保障暖通空调系统的实际应用效果和减少能源消耗有着不可忽视的重要作用。

5 结束语

总之，为保证大空间建筑的使用效果，满足节能减排和环境保护的相关要求，在设计阶段针对大空间建筑做好节能方面的管控意义重大。要想扎实做好节能设计，特别是大空间建筑暖通空调系统节能设计，必须要遵循低碳设计、可循环设计、协调设计等理念，科学、系统、全面分析大空间建筑节能设计的规范和标准，最大程度在实际运行中达到减少能源消耗的目的，在满足大空间建筑采暖、通风需求的同时，实现节能减排和降本增效的设计目标。因此，本文提出，要充分考虑大空间建筑的特点和暖通空调系统使用要求，加强冷热水系统与风系统、清洁能源、变频技术的应用设计，使节能理念和绿色环保理念体现在暖通空调系统设计上。