某学校报告厅空调系统设计应用研究

顾艳丽

上海联创设计集团股份有限公司 上海 200000

学校报告厅是供学校举办各种大型活动、演讲、讲座和报告等的场所。它通常具备较大的空间和适当的设施，以容纳大量的听众。随着素质教育的推行，报告厅的功能不断被强化，不仅要满足传统的会议、报告的功能，还要满足学校多媒体教学、视频会议、颁奖仪式等综合性功能[1]。空调系统为报告厅提供舒适的环境和优质的空气品质，为活动的开展提供保障。

1 工程概况

本工程位于湖州市南太湖新区。总建筑面积为：74853.72m2（含保温），容积率为：0.69。建筑地上4层，地下1层，建筑高度19.30m。为二类多层民用公共建筑。主要功能有：食堂、报告厅、风雨操场、教学楼、办公室等。其中报告厅面积约为1千平，3层通高。

2 室内设计参数

报告厅人均使用面积1.3平/人，人均新风量12CMH；夏季室内温度26℃，相对湿度40~65%；冬季室内温度20℃，照明及设备负荷指标取30 W/平米。

3 学校空调系统设计

3.1 空调负荷计算

根据室内外设计参数及建筑维护结构热工计算参数对报告厅进行全年逐时冷热负荷计算。本工程报告厅夏季总冷负荷247kw，冬季总热负荷126kw。

3.2 空调系统的选型

学校建筑一般采用分体空调，考虑到报告厅属于高大空间，分体空调很难满足报告厅送风距离及舒适度要求，且报告厅一般不设置外窗等自然通风方式，为满足其舒适性及新风要求，一般采用独立的小型中央空调系统。可考虑的空调形式有多联机空调系统、模块化风冷热泵系统及直膨式屋顶空调系统等[2]。

本项目设计过程中针对报告厅空调形式进行了对比：

1）风冷热泵系统初投资约为30万，末端选择较多，可采用风机盘管、地板送风、空调箱。且运行费用较高、水系统相对而言较为复杂，以及占地面积大。

2）直膨式屋顶机初投资20万左右、运行费用较低，系统简单且占地面积小。缺点是末端选择有限，仅用于全空气系统。

3）多联机空调系统控制灵活，满足不同工况的使用需求，且安装空间小。但是机外静压小，送风距离短，冬季舒适性差，不适合高大空间。

通过对比可以看出，方案一在投资方面不占优势，且系统较为复杂不利于维护，方案三大空间送风舒适性较差，机型多为非标机型，故本项目报告厅采用方案二，直膨式屋顶机。为了节能考虑，本项目采用直膨式热回收（热管）屋顶机，通过回收废热并利用其进行加热或制冷，可以减少对其他能源的需求，从而实现能源的节约。

3.3 空调风系统送风选择

报告厅内人员密度较大，故其热、湿负荷和污染物散发量较大。合理的气流组织设计可以使报告厅的温、湿度及分布满足人员需要，且实现降低空调系统能耗的效果。本项目报告厅采用一次回风定风量系统，经焓湿图计算确定报告厅总送风量为45000m3/h（送风温差按8℃计算），其中空调季新风量为6000m3/h，讲台区送风量取10000m3/h，观众区送风量取35000m3/h。

送风方案比选

常见的适用于报告厅的全空气系统送风形式选择：顶送侧回和座椅送风。

结合本项目采用直膨式热回收（热管）全空气系统，下面对全空气系统的两种送风形式顶送侧回及座椅送风进行对比[3]。

方案一：顶送侧回。本报告厅空间高度较高，考虑使用旋流风口送风，旋流风口是一种常用的送风设备，通过特殊的设计可以实现空气的旋转，从而改善送风效果和室内空气混合。旋流风口的送风方式可以使空气均匀分布，减少死角和冷热风的差异，提高室内舒适度，使室内温度和湿度分布更均匀。适合报告厅这种高大空间；回风口选用单层百叶风口。

结合末端风口布置，对旋流风口进行了设计选型，详见表1：

表1 顶送旋流风口选型报告a

表2 座椅送风风口选型报告a

表3 造价预算表

方案二：观众区设置座椅送风系统，讲台区保留旋流风口顶送的方式。结合报告厅座椅布置，每个座椅下方设置座椅送风口。座椅送风属于下部送风方式，利用地板（阶梯）静压层，将处理后的空气经由座椅送风口，以低风速小温差送到人员活动区。

座椅送风口布置图如图1所示。

图1 报告厅剖面图

根据以上选型报告，做出经济性对比，见下表：

方案一的投资较小，系统简单，施工难度较低，但是舒适性中等，同时需要较大的吊顶空间，对吊顶效果影响较大。方案二舒适性高、吊顶空间需求较小、对吊顶效果影响较小，但投资大，系统复杂，施工难度较高，同时需要占用座椅下部空间。综合两方案对比，最终选用采用方案一顶送侧回的空调形式。

3.4 CFD模拟验证

为保证顶送侧回送风方式的空调效果，本工程采用Airpak3.0.16对报告厅气流组织及温度场进行了模拟分析。

3.4.1 物理模型及边界条件

报告厅尺寸为33.0m（x）×11~7.5（z）×25.2（y）,东墙为内墙，南、北及西墙为外墙，建筑面积为849.58m2。送风温差选取8℃，旋流风口顶送，回风设置在东墙，选用2个单层百叶风口，风口尺寸为3.5m×0.8m，送风参数详见顶送旋流风口选型报告，报告厅共有470个座椅，为简化模型，考虑将人员发热量均匀布置在模型中，总发热量按40kw考虑，顶棚下共42台LED灯，简化后的模型如图2所示。

图2 报告厅几何模型示意图

夏季室内设计温度为26℃，室内冷负荷174KW，作为恒定热流条件，设置在报告厅的围护结构，回风口作为压力出口的边界条件。

冬季室内设计温度为20℃，冬季室内热负荷为55KW, 作为恒定热流条件，设置在报告厅的围护结构，回风口作为压力出口的边界条件。

3.4.2 夏季工况模拟结果

在夏季工况下，报告厅的温度场和速度场如图3所示：

图3 报告厅夏季温度场（左）速度场（右）模拟结果

根据以上夏季模拟结果可见，报告厅人员活动区的温度在25℃左右，风速控制在0.5m/s以下。满足《公共场所卫生指标及限值要求》（GB37488-2019）及《室内空气质量标准》（GB/T18883-2022）对室内空气品质标准值的要求，人体的舒适度较高。

3.4.3 冬季工况模拟结果

在冬季工况下，报告厅的温度场和速度场如图4所示：

图4 报告厅夏季温度场（左）速度场（右）模拟结果

根据以上冬季模拟结果可见，报告厅人员活动区的温度在21℃左右，但是温度分布不太均匀，出回风口附近位置温度较高，在冬季可以考虑加大舞台区风口风量，减小观众后区风口风量，以达到更好的舒适性。风速控制在0.3m/s以下。符合室内空气品质标准值的要求，人体的舒适度较高。

3.4.4 模拟结果判断

通过模拟分析结果可以看出，本项目报告厅使用顶送侧回送风方式满足空调要求。

3.5 室内噪音控制

报告厅的噪音控制是非常重要的设计考虑因素，良好的声学环境对于演讲、表演和听众舒适度至关重要。本工程在空调系统的噪音控制方面主要采取如下措施：

1）合理选择风口类型：选择低噪音的风口类型，具有良好的噪音控制性能。

2）使用吸音材料：在风管内部或风口周围使用吸音材料，如吸音棉、吸音板等，能够吸收噪音，减少传播和反射。

3）降低风速：适当减小风速可以降低噪音水平。

4）隔声设计：在风管和风口的设计中考虑隔声措施，如增加隔声板、隔声罩等，能够有效减少噪音传播。

5）避免共振和震动：在风管和风口的安装过程中，要确保其与周围结构的连接牢固，避免共振和震动产生噪音。本项目报告厅屋顶机采用隔振台座+弹簧减振器的形式对其进行减振，减少设备对报告厅的影响。

4 结束语

1）结合学校的特点，以经济性、舒适型等因素考虑，选用直膨式屋顶机，一定程度降低了施工及管理难度。

2）高大空间采用全空气系统，本工程利用CFD模拟对采用旋流风口顶送侧回的气流组织形式进行分析，通过调整风口布置、气流方向及风口风量来保证温度、风速满足人员舒适度的要求。

3）通过采用低噪音风口、降低风速、使用吸音隔声材料及减振等措施减少空调系统对报告厅噪声影响。