高大空间暖通空调通风系统的设计探讨

文／何安良 江西省建筑设计研究总院集团有限公司 江西南昌 330000

引言：

随着城市化进程的加速和建筑技术的不断发展，高大空间建筑越来越多地出现在人们的生活中。这些建筑的特殊形态和功能对暖通空调通风系统的设计提出了特殊的要求。本文将详细探讨高大空间暖通空调通风系统的设计。

1.高大空间暖通空调通风系统设计概述

高大空间建筑的定义是指具有高大空间特点的建筑，如大型商场、体育场馆、会展中心等。这些建筑的共同特点是空间高度较高，面积较大，人员密集，需要保持适宜的温度和湿度，以及良好的空气品质。因此，其暖通空调通风系统的设计需要充分考虑这些因素。

2.高大空间暖通空调通风系统的设计原则

2.1 满足高大空间人员舒适性要求

暖通空调通风系统的设计还应着重考虑人员的舒适性要求。人员的舒适感受与空气的温度、湿度、清洁度等都密切相关。因此，系统的设计应通过合理的设计方案和技术措施，确保空气品质的优良，提供适宜的温湿度环境，并减少空气中污染物和有害物质的含量[1]。

公式1 表示了空气的湿度调节能力。其中C 为相对湿度变化率，T1 为初始温度下的湿度值，T2 为最终温度下的湿度值。通过这个公式，我们可以计算出在给定的温度变化下，空气湿度的变化百分比。这可以帮助我们更好地理解空气湿度调节的过程和影响因素。

2.2 高大空间暖通空调通风系统设计考虑因素

2.2.1 建筑结构类型与特点

高大空间建筑的结构类型和特点对暖通空调通风系统的设计具有重要影响。这些影响包括建筑物的热传导性能、保温性能、热负荷和风荷载等。因此，在设计暖通空调通风系统时，应充分了解并考虑建筑的结构类型和特点。

图1 暖通空调管道通风系统

2.2.2 气流组织设计

气流组织设计是高大空间暖通空调通风系统设计的关键。良好的气流组织可以有效地提高系统的效率并提高空间的舒适度。设计时，应根据建筑的结构类型和特点，结合使用功能需求，对送风口、回风口的位置和分布进行精心设计。

图2 暖通空调暖通实例图

2.2.3 能源利用与节能

在高大空间暖通空调通风系统的设计中，应充分考虑能源利用和节能措施。可以利用可再生能源如太阳能、地热能等，并采用各种节能设备和措施，如能源回收水箱、变频控制系统等，以降低系统的能源消耗。

2.2.4 噪音与振动控制

高大空间暖通空调通风系统的噪音和振动问题也不容忽视。应选择低噪音、低振动的设备，并采取有效的消音、减振措施，以减少系统运行时对环境的影响。

2.2.5 安全与可靠性

高大空间暖通空调通风系统的安全性和可靠性也是设计时需要考虑的重要因素。应确保系统在运行过程中的安全稳定，避免因设备故障等原因导致的不安全事件。为此，可采取一系列技术措施如冗余设计、自动监控等以提高系统的安全性和可靠性[2]。

2.2.6 经济性与可维护性

高大空间暖通空调通风系统的经济性和可维护性也是设计中应考虑的重要因素。应选用性价比高的设备、材料和技术方案，并考虑系统的可维护性和可扩展性，以便在系统运行过程中进行维护和升级。

2.3 合理选择暖通空调设备及布置方式

2.3.1 制冷设备的选择

高大空间暖通空调通风系统中的制冷设备应选用高效、低能耗、低噪音的设备。在设备选择时，应充分考虑其制冷量、能效比、噪音等级等因素，并根据建筑的实际需求进行选型。

2.3.2 热泵设备的选择

热泵是一种能够从外部环境中吸收热能并转化为有用能源的设备。在高大空间暖通空调通风系统中，热泵设备可以作为一种节能的方案。在选择热泵设备时，应考虑其制冷量、制热量、能效比、噪音等级等因素，并根据建筑的实际需求进行选型[3]。

2.3.3 通风设备的选择

高大空间暖通空调通风系统中的通风设备应选用高效、低噪音的设备。在设备选择时，应充分考虑其排风量、风压、噪音等级等因素，并根据建筑的实际需求进行选型。

2.3.4 空气处理设备的选择

高大空间暖通空调通风系统中的空气处理设备可以包括空气过滤器、加湿器、除湿器等。在设备选择时，应充分考虑其空气过滤效果、加湿或除湿效果等因素，并根据建筑的实际需求进行选型。

2.3.5 制冷设备的布置方式

制冷设备的布置应考虑到系统的制冷效果和能耗。在布置制冷设备时，应尽量将设备布置在建筑物的中部或上部，以减少制冷能量的损耗。此外，制冷设备的进风口应避免直接面对建筑物的出风口或大面积的玻璃窗，以避免热空气直接进入设备。

2.3.6 热泵设备的布置方式

热泵设备的布置应考虑到系统的制热效果和能耗。在布置热泵设备时，应尽量将设备布置在建筑物的中部或上部，以减少制热能量的损耗。此外，热泵设备的进风口应避免直接面对建筑物的出风口或大面积的玻璃窗，以避免冷空气直接进入设备[4]。

2.3.7 通风设备的布置方式

通风设备的布置应考虑到系统的通风效果和能耗。在布置通风设备时，应尽量将设备布置在建筑物的下部分层或吊顶内，以避免扰乱气流并降低噪音。此外，通风设备的出风口应避免正对人员活动区域或主要出入口，以避免影响人员舒适度和气流分布。

2.3.8 空气处理设备的布置方式

空气处理设备的布置应考虑到系统的空气处理效果和能耗。在布置空气处理设备时，应尽量将设备布置在建筑物的中部或上部，以减少能量的损耗。此外，空气处理设备的进风口应避免直接面对建筑物的出风口或大面积的玻璃窗，以避免空气直冲。

2.4 优化控制系统，提高能源利用效率

2.4.1 能量管理

能量管理是优化控制系统的关键，其目的是实现能源的合理分配和有效利用。在高大空间暖通空调通风系统中，需要精确控制制冷和制热量，以及湿度的调节，以达到节能减排的目的。

2.4.2 空气流动控制

空气流动控制是保证室内空气品质的重要手段。通过合理控制送风和排风的比例和速度，可以有效地改善室内空气质量，同时减少能源的浪费[5]。

2.4.3 人体舒适度调节

人体舒适度调节是高大空间暖通空调通风系统的重要功能之一。通过调节温度、湿度、空气流动等参数，可以满足不同人员的舒适度需求，减少不必要的能源消耗。

2.4.4 室内空气品质控制

室内空气品质控制是高大空间暖通空调通风系统的核心要求之一。除了保证空气的新鲜度和流通性外，还需要对空气中的细菌、病毒等有害物质进行过滤和清除，以保障人员的健康和舒适。

2.5 考虑设备和系统的安全性和维护便利性

2.5.1 设备选型

设备选型是高大空间暖通空调通风系统设计的关键环节之一，需要充分考虑设备的安全性和维护便利性。在选择设备时，需要考虑设备的性能、可靠性、安全性以及维护保养的难易程度等因素。此外，还需要根据实际需求进行设备的定制和选配，以满足特定场景的需求。

2.5.2 系统布局

系统布局是高大空间暖通空调通风系统设计的核心环节之一，需要考虑设备和系统的安全性和维护便利性。在布局系统时，需要合理安排设备的安装位置和线路的走向，以减少设备的运行风险和提高维护便利性。此外，还需要根据实际需求进行系统结构和控制方式的定制和选配，以满足特定场景的需求。

2.5.3 控制策略

控制策略是高大空间暖通空调通风系统设计的关键环节之一，需要充分考虑设备和系统的安全性和维护便利性。在制定控制策略时，需要选用具有智能控制功能的设备并合理的应用智能控制技术对整个暖通空调通风系统进行优化调控。

2.5.4 维护保养

维护保养是高大空间暖通空调通风系统的重要组成部分之一，需要充分考虑系统和设备的安全性和维护便利性。在制定维护保养计划时，需要定期对设备进行检查、清理、维护和保养，以保证设备的正常运行和使用寿命。此外，还需要建立完善的维护保养记录和故障处理机制，以便及时发现和处理问题。

3.高大空间暖通空调通风系统设计要点

3.1 负荷计算与设备选型

在设计初期，我们需要根据建筑的使用功能、空间布局等因素，对暖通空调负荷进行详细计算。在此基础上，选择合适的设备型号，确保系统在满负荷和部分负荷工况下都能高效运行。

对于高大空间的暖通空调系统，我们应特别关注以下几点：

（1）人员密度和分布情况对冷热负荷的影响；

（2）高大空间的外墙和屋顶的热传导系数；

（3）高大空间内设备和照明产生的热量。

根据以上三点，我们可以得出以下公式：

其中，Q 为冷热负荷（W），q 为人员密度（人/m2），t 为时间（h），a 为建筑面积（m2），ARV 为空调区域的空气体积（m3）。此公式可以用于估算高大空间暖通空调的冷热负荷。

3.2 气流组织与温度控制

高大空间的气流组织设计是暖通空调通风系统的关键。我们应根据空间的形状、尺寸和使用情况，制定合理的送排风口位置和尺寸，以及选择适合的通风方式。

对于温度控制，我们通常采用分层空调的方式，将空调区域划分为不同的高度区间，分别进行温度控制。这样可以有效降低能源浪费，提高系统的能效比。具体来说，我们可以用以下公式来计算分层空调时各区间的温度：

其中，T1 为各区间的温度（℃），T0 为基准温度（℃），ΔT 为各区间与基准温度的差值（℃），a1 为各区间的面积（m2），a0 为基准区域的面积（m2）。此公式可以用于计算分层空调时各区间的温度。

3.3 节能技术与智能调控

随着技术的发展，越来越多的节能技术被应用到高大空间的暖通空调系统中。例如，地源热泵技术利用地球表面的热能，提供冷热源；太阳能利用技术通过太阳能集热器提供热水或热能等。这些技术的应用可以大大降低系统的能耗。

同时，智能调控技术如自适应控制、模糊控制等也被应用到暖通空调通风系统中。通过实时监测室内外环境参数（如温度、湿度、空气质量等），自动调整设备的运行状态和参数，实现系统的优化运行。

在此可以引出另一个重要的公式：

其中E 为单位时间能耗（W），ΔQ 为单位时间内的冷热负荷变化（W），Δt 为时间间隔（h）。该公式用于计算高大空间暖通空调通风系统的能耗。通过对比不同节能技术下的能耗情况，我们可以评估各种节能技术的应用效果。同时，智能调控技术通过实时监测E 值的变化并自动调整设备的运行状态和参数（如改变空气流量或改变加热/冷却设备的功率），可以优化系统的运行状态并减少能源浪费。

4.高大空间暖通空调通风系统设计的关键技术

4.1 气流组织设计

气流组织设计是高大空间暖通空调通风系统设计的关键之一。良好的气流组织可以有效地提高系统的效率并提高空间的舒适度。设计时，应根据建筑的结构类型和特点，结合使用功能需求，对送风口、回风口的位置和分布进行精心设计。同时需要考虑到风速、风量、温度分布等参数以及室内人员的舒适度和健康需求。在设计中可以通过对气流组织的模拟和分析来优化设计方案并提高系统的效率。常用的气流组织模拟软件包括Fluent、CFX 等。这些软件可以模拟流体流动、传热传质等过程并可以对模拟结果进行分析和优化。

4.2 全空气系统与空气-水系统选择

高大空间暖通空调通风系统可采用全空气系统或空气-水系统。全空气系统指制冷剂直接蒸发制冷，适用于大空间低负荷场所而空气水系统指制冷剂通过载冷剂（水或乙二醇等）制冷，适用于负荷较高使用功能较复杂的场所因此在设计中应根据实际需求进行选择全空气系统具有简单稳定性高的优点，但同时也存在能耗较高的问题。空气-水系统虽然复杂度较高，但能够更好地满足复杂的功能需求，并且具有较低的能耗。在选择系统类型时，应根据实际需求进行综合考虑。

4.3 一次回风与二次回风系统

高大空间暖通空调通风系统可采用一次回风或二次回风系统。一次回风系统指新风与部分排风混合后直接送入室内，适用于小空间、负荷较轻的场所二次回风系统指新风与部分排风混合后再与室内空气混合然后再送入室内，适用于大空间、负荷较高的场所。在设计时。一次回风系统具有较低的投资成本和运行费用，但同时也存在新风量不足的问题。二次回风系统能够更好地满足大空间的需求，但同时也增加了系统的复杂性。在选择系统形式时，应根据实际情况进行综合考虑[6]。

4.4 补风与排风系统

补风与排风系统是高大空间暖通空调通风系统的核心组成部分。对于补风系统而言，其主要目的是在保证空调区域微环境空气质量的同时，防止空调区域的空气气压波动，确保工作区的空气流通。高大空间的暖通空调通风系统的补风量一般要大于排风量，这样既能保证空间内的空气流通，又能避免因冷热不均造成的能源浪费。

在排风系统中，为防止倒灌和交叉感染等问题，高大空间的暖通空调通风系统应设置排风罩，并确保排风罩的吸入口低于室内排风口，同时需在排风口附近设置温度传感器，以便实时监控室内温度[7]。

4.5 热回收与节能措施

热回收与节能措施是高大空间暖通空调通风系统设计的重要环节。采用热回收技术可以有效降低空调能耗，提高能源利用率。常用的热回收设备有热回收环、热回收盘管等。这些设备能够将排风中的热量回收，再利用，从而减少新风的加热量，达到节能的目的。

在节能措施方面，除了选择能效高的空调设备外，还可以考虑使用可再生能源，如太阳能、地源热泵等。同时，通过合理的气流组织设计，优化温度和湿度的控制策略，以及采用自动控制系统等手段，都可以实现节能减排的目标。

结语：

通过本文的撰写，旨在为设计师和技术人员提供一些实用的参考资料，同时，也希望通过我们的工作，能激发他们的创新思维，进一步优化高大空间暖通空调通风系统的设计。