梁潤(rùn)斌

（廣東鏵建設(shè)計(jì)有限公司，廣東江門(mén) 529000）

0 引言

現(xiàn)代大型建筑物具有獨(dú)特的形狀和巨大的尺寸，并且它們的能源消耗是龐大的，因此，大型建筑中暖通空調(diào)的節(jié)能設(shè)計(jì)尤為重要?，F(xiàn)代大空間建筑的主要特征是較高的內(nèi)部空間和較大的面積，這與其他普通建筑物明顯不同。由于大空間中建筑結(jié)構(gòu)的特殊性，供暖、通風(fēng)和空調(diào)是主要問(wèn)題。在暖通空調(diào)技術(shù)的支持下，我們需要進(jìn)行有效的針對(duì)性設(shè)計(jì)，考慮節(jié)能問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)供暖、通風(fēng)和空調(diào)的效果，降低運(yùn)營(yíng)成本并確保人們的生活和生產(chǎn)的舒適[1]。

1 大空間建筑概述

大空間建筑是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的藝術(shù)，是滿(mǎn)足現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)和居民生活的建筑形式。例如，許多現(xiàn)代化的生產(chǎn)工廠、火車(chē)站、飛機(jī)場(chǎng)、購(gòu)物中心和展覽廳等都屬于大空間建筑。從科學(xué)的角度來(lái)看，大空間建筑指的是較高、大尺寸且具有大室內(nèi)面積的建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，它可以滿(mǎn)足現(xiàn)代人的生活、生產(chǎn)和大空間的需求，但是更大的空間也就使得解決供暖、通風(fēng)和空調(diào)問(wèn)題變得更加困難。隨著生活物質(zhì)水平的提高，人們?cè)絹?lái)越重視建筑室內(nèi)空間的舒適性，建筑設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要考慮好這個(gè)問(wèn)題。大空間建筑的采暖、通風(fēng)和空調(diào)在很大程度上依靠暖通空調(diào)設(shè)計(jì)，但是要做好科學(xué)的節(jié)能設(shè)計(jì)，這也是取得良好效果的前提。

2 大空間建筑的特征

2.1 空間尺度特征

大空間建筑的高度都比較高，就拿普通體育館和劇院等建筑來(lái)說(shuō)，其高度也達(dá)到了10~20m，室內(nèi)棒球場(chǎng)的高度更是達(dá)到了30~50m，更甚的是摩天大樓，其中庭高度甚至超過(guò)了100m。這也是在大空間建筑內(nèi)形成溫度梯度的主要原因[2]。

2.2 居住特征

大型建筑物的高度和房間的體積比普通建筑物大得多，大型劇院的規(guī)?？梢赃_(dá)到一萬(wàn)到兩萬(wàn)立方米，中等體育場(chǎng)的規(guī)?？梢赃_(dá)到五萬(wàn)到八萬(wàn)立方米，大型體育場(chǎng)的規(guī)?？梢赃_(dá)到十萬(wàn)到數(shù)十萬(wàn)立方米。室內(nèi)人員相對(duì)密集，每平方米約有1~2人（不包括體育場(chǎng)館比賽場(chǎng)地），因此每人的容積明顯不同（健身房>10m3/人，劇院7～8m3/人）。在大空間的情況下，每人的體積大，衛(wèi)生狀況好并且只需要低頻率的通風(fēng)。

2.3 使用特點(diǎn)

大多數(shù)大空間建筑物對(duì)運(yùn)動(dòng)、雜技、音樂(lè)會(huì)和展覽等具有多功能要求，需要安裝很多設(shè)備，這些設(shè)備不僅給空調(diào)的安裝有了更多要求，設(shè)備的存在甚至還會(huì)影響到空調(diào)的安裝，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的控制要求非常靈活，這也就要求在空調(diào)安裝時(shí)充分考慮空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷分布以及熱源和冷源的配置。

3 大空間建筑空調(diào)設(shè)計(jì)原則

3.1 大空間建筑特征對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的影響

在大空間建筑中，其高度是產(chǎn)生溫度梯度的主要原因，另外，因?yàn)榇罂臻g建筑有著遠(yuǎn)大于地板面積的外壁面積，這在一定程度上大大增加了室內(nèi)外空間的自然對(duì)流。大空間建筑物的功能多種多樣，使用的對(duì)象也非常不同，空調(diào)系統(tǒng)需要適應(yīng)不同的環(huán)境，并且靈活的進(jìn)行控制。

3.2 空調(diào)設(shè)計(jì)基本原則

節(jié)能原則是大型建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，熱舒適指數(shù)是節(jié)能設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)際應(yīng)用的指南。很多因素會(huì)對(duì)熱舒適指數(shù)產(chǎn)生影響，通常包括溫度、風(fēng)速、空氣濕度、輻射溫度和勞動(dòng)強(qiáng)度。進(jìn)行空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)以上的因素進(jìn)行充分研究，并以適當(dāng)?shù)谋壤M(jìn)行組合，以實(shí)現(xiàn)舒適性和節(jié)能之間的合理調(diào)整。此外，管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要簡(jiǎn)化，以減少消耗品并節(jié)省成本[3]，空調(diào)系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 空調(diào)系統(tǒng)原理

4 大空間建筑空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)的難點(diǎn)

4.1 大空間建筑物的防火難度較大

大空間的建筑物，對(duì)防火、供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)有很高的要求。大型建筑物經(jīng)常需要設(shè)置幾個(gè)危險(xiǎn)空間，例如燃料或燃?xì)忮仩t房、設(shè)備齊全的發(fā)電機(jī)室、空調(diào)機(jī)房和車(chē)庫(kù)，這方面應(yīng)內(nèi)容需要反映在設(shè)計(jì)中。

4.2 熱源設(shè)置

大空間建筑的設(shè)計(jì)通常需要更多的考慮熱源設(shè)置，要適配對(duì)制冷、空氣調(diào)節(jié)、供暖和熱水的需要。由于土地使用比較緊張以及其他的一些原因，一些大型建筑物通常需要在地下室或頂層進(jìn)行鍋爐房的設(shè)置。從當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，這種設(shè)計(jì)方法應(yīng)用的越來(lái)越多，使得大型建筑物的熱源設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。

4.3 溫度梯度的問(wèn)題

由于大的溫度梯度的存在，使得大空間建筑物的氣流設(shè)計(jì)需要合理的送風(fēng)方式，從頂部送風(fēng)，并且底部返回。如今，大多數(shù)項(xiàng)目都使用可調(diào)節(jié)的風(fēng)量和范圍封口，來(lái)加強(qiáng)冬季送風(fēng)的風(fēng)速。裝飾設(shè)計(jì)需要考慮到調(diào)節(jié)空調(diào)的氣流組成，同時(shí)調(diào)節(jié)出風(fēng)口的位置，以實(shí)現(xiàn)美觀的室內(nèi)裝飾[4]。

5 大空間建筑空調(diào)設(shè)計(jì)的節(jié)能途徑

5.1 合理的氣流設(shè)計(jì)

在大空間建筑中使用分層空調(diào)，只需要確保人類(lèi)活動(dòng)區(qū)域的溫度和濕度要求，來(lái)減少空調(diào)系統(tǒng)的能耗。側(cè)面供氣使用出風(fēng)口的中心作為接口，將整個(gè)多功能孔垂直分為兩個(gè)區(qū)域，下部是空調(diào)區(qū)域，上部是非空調(diào)區(qū)域，必須保持在空調(diào)區(qū)域中的溫度和濕度。地板供氣由室內(nèi)熱源產(chǎn)生的浮力驅(qū)動(dòng)，從而形成自下而上的氣流模式。溫度也從底部到頂部垂直升高，并且控制界面可以放置在頂部區(qū)域。

5.2 有效設(shè)計(jì)水力平衡

在大型空間建筑項(xiàng)目的空調(diào)設(shè)計(jì)中，水力平衡設(shè)計(jì)是節(jié)省能源的主要方法，因此，在設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)之前必須做好水力平衡的計(jì)算。按照水力平衡的要求，以及大空間建筑供應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的要求，選擇并匹配平衡閥、節(jié)流閥和許多其他水力平衡裝置，同時(shí)，每個(gè)回路中的水和空氣量必須能夠有效滿(mǎn)足壓力的特定需求。如果壓力不足，可以添加局部壓力泵以補(bǔ)償所需的壓力，在確保大型建筑空調(diào)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上減少能耗[5]。

5.3 選擇合理的外部能源

選擇外部能源時(shí)，必須遵守當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)法律法規(guī)，考慮到經(jīng)濟(jì)性，選擇地?zé)釤岜孟到y(tǒng)。根據(jù)某大空間建筑的實(shí)際情況選擇三臺(tái)熱泵。夏季蒸發(fā)器的最大流量為690m3/h，這是冷水的特定流量。當(dāng)剩余流量系數(shù)為1.1h，每個(gè)泵的流量計(jì)算為253m3/h。為了有效地提高空調(diào)的使用效率，并聯(lián)安裝四個(gè)循環(huán)水泵，其中三個(gè)泵處于待機(jī)狀態(tài)。

5.4 合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù)

為大型建筑物合理選擇空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)，是節(jié)省能源、減少能耗、控制溫度和濕度的主要途徑。在空調(diào)的總負(fù)荷中，新鮮空氣的負(fù)荷占空調(diào)總負(fù)荷的30%~50%。我們還可以發(fā)現(xiàn)，新鮮空氣負(fù)荷設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇是空調(diào)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。引入新鮮空氣的主要目的是滿(mǎn)足人們的生活需求，并保持室內(nèi)和室外之間的壓力差。

5.5 合理設(shè)計(jì)設(shè)備的運(yùn)行與控制方法

大型建筑物的空調(diào)設(shè)計(jì)需要科學(xué)合理地選擇空調(diào)單元、熱交換器、水泵和其他設(shè)備，并且根據(jù)大型建筑物的實(shí)際情況，選擇相應(yīng)的交換設(shè)備和編號(hào)。在有效調(diào)整的基礎(chǔ)上，減少空調(diào)能耗，主要消除所有廢熱和殘留濕氣，全空調(diào)系統(tǒng)在過(guò)渡季節(jié)必須以可變的新鮮空氣比率和新風(fēng)比的模式運(yùn)行，從而最大限度地利用室內(nèi)和室外的自然冷卻源?；诖?，減少空調(diào)能耗的目標(biāo)可以取得成就。所有熱力車(chē)間都充分利用有組織的自然通風(fēng)，以達(dá)到消除預(yù)熱并減少由機(jī)器引起的能耗的目標(biāo)。

5.6 選擇高效節(jié)能的新產(chǎn)品和新設(shè)備

選擇冷水機(jī)、水泵、熱交換器、散熱器和風(fēng)扇等設(shè)備時(shí)，需要選擇由國(guó)家或地方許可制造商制造的同一批組件設(shè)備，并選擇高質(zhì)量、高能效的產(chǎn)品，降低20%~30%空調(diào)運(yùn)行的能耗，但同時(shí)，在機(jī)組選擇過(guò)程中，有必要選擇一個(gè)低溫?zé)岜脵C(jī)組和一個(gè)可以通過(guò)收集熱量來(lái)降低能耗的設(shè)備，回收利用空氣的余熱。此外，設(shè)備和管道的隔熱和冷卻必須有效，以最大限度減少熱量和冷卻損失。

5.7 使用配備有能量回收裝置的空調(diào)

在很多情況下，大空間建筑的空調(diào)設(shè)計(jì)會(huì)受到外界自然條件和空調(diào)設(shè)備安裝條件的影響，因此有必要將其設(shè)計(jì)為直流系統(tǒng)，這導(dǎo)致空調(diào)排氣口與室外之間的溫差相對(duì)較大，但是排氣口通常包含某些污染物，因此無(wú)法直接進(jìn)入空調(diào)系統(tǒng)，此時(shí)，排氣需要回收顯熱。當(dāng)大空間建筑物的室內(nèi)返回空氣排放到外部時(shí)，必須首先通過(guò)顯熱回收裝置與外部空氣交換顯熱，回收能量，然后再次將其排放到外部。當(dāng)新鮮空氣通過(guò)顯熱回收單元時(shí)，它在夏天降溫，在冬天變暖，并達(dá)到其回收目標(biāo)。通常，將顯熱回收裝置應(yīng)用于空間較大的建筑物的空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)，可以回收50%~60%的能量，而完整的熱回收裝置可以回收80%~90%的能量。

6 結(jié)束語(yǔ)

大空間建筑已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的一種非常重要的形式，人們的生活和生產(chǎn)對(duì)此有很大的需求。為了確保人們?cè)诖罂臻g建筑中生活和生產(chǎn)的舒適度，我們必須做好暖通設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)空調(diào)時(shí)，要注意節(jié)能和控制。