浅谈大空间暖通空调设计

杨家明

摘 要：随着我国现代化进程的不断深入，建筑领域发展迅速，其中的大空间建筑更是得到了空前的发展。本文通过总结在工程设计中积累的经验，从大空间建筑的特征分析、冷热源选取、热负荷特性、空调气流组织方式、防排烟、能源的有效利用等角度，浅谈大空间暖通空调的设计概况。

关键词：大空间；暖通空调设计

引 言：大空间空调设计对于暖通设计领域是较为重要的一项内容。笔者作为广大暖通空调设计人中的一员，结合自身多年的工程设计经验，简要的介绍大空间空调设计的情况；主要目的是对自己多年设计经验总结，并在此基础上不断进步，为暖通空调专业作出更多贡献。

1.大空间

1.1大空间概述

随着我国现代化进程的不断深入，建筑领域发展迅速，其中的大空间建筑更是得到了空前的发展。在工业建筑中的高大厂房、公用民用建筑中的影剧院、音乐厅、展览馆、体育馆等类大空间建筑的设计上已经积累了很丰富的经验，足以供新的高大空间建筑设计借鉴。但随着现代建筑设计思想的发展，设计手段也应该不断的进步，利用先进的计算机模拟技术对建筑设计进行计算机模拟，例如通过室内送回风气流分布模拟、室内温湿度场模拟，将不可预知的内容通过科学的手段表述出来，并据此对暖通空调设计进行优化，使暖通空调设计水平达到新的高度。

1.2大空间建筑特征分析

大空间建筑的特征之一是高度高，比如剧场、体育馆建筑高度一般为 10—30m ，有些高层建筑中庭高度甚至达百米以上，较大的建筑高差造成了室内的温度和湿度呈现出一个梯度变化的状态。其次，大空间建筑墙地面积比较大，有些大空间可能为1比1，在此情况下室内空间的自然对流将对室内温度环境产生较大影响，尤其是冬季易在室内空间四周产生下降冷空气。再次，大空间建筑使用面积大，室内长时间停留人员较多，人员密度大，对室内空气卫生条件、防火防烟设施也有较高要求。

2.大空间暖通空调设计要点

2.1冷热源

冷热源市场品种繁多，常规的冷热源有燃气、燃油或电力型制冷机组、吸收式制冷机组、热泵、蓄冷、燃气机直接驱动热泵、复合能源、区域冷热源等。影响冷热源选取的因素也很多，如当地法律法规政策、当地的能源现状、经济条件、运营管理因素都可能对冷热源的选取起决定性作用。大空间建筑设计往往需要有单独的冷热源，以满足空调、采暖、制冷、热水供应等各方面的需求。由于用地紧张和其他一些原因，很多大空间建筑需要在地下室或屋顶上设置锅炉房，这使得大空间建筑的热源设计变得更为复杂。因此，在大空间建筑空调设计工作中，冷热源的选择即要结合建筑本身存在的相关特点，又要结合以上各影响因素进行经济、运营分析和方案比选。

2.2热负荷特性和设计参数选取

大空间建筑种类较多，影响各类大空间建筑的热负荷因素所占比重各有不同。例如，工业建筑中的高大厂房主要负荷为维护结构负荷和生产工艺负荷；公用民用建筑中的剧场、音乐厅、比赛场馆的观众区等人员密度较大的区域主要为人体热负荷和新风负荷；影剧院、音乐厅的舞台部分主要为照明负荷；机场候机厅、商场等人员出入频率高的建筑除上述负荷外还要考虑风渗透负荷等。

空调系统能耗的数量主要取决于当地的气候条件、建筑物的围护结构条件、室内湿度设计标准、室内温度设计标准以及室内发热散湿量等。暖通空调设计必须选取合理的设计参数，这样才能确定准确的供暖系统，做到耗能低、环保的要求。其中，温度、湿度参数是选取的重点，不能出现冬季过高、夏季过低的情况。温度、湿度标准的确定在很大程度上决定了节能的成败。此外，在整个系统中，往往需要引进新风来满足人们对空气品质的要求和利用新风维持部分工艺空调所需维持的室内外压差。在空调负荷中，新风负荷经常占到总负荷的20—40%，可见新风设计也是节能要关注的重点环节。

2.3大空间空调方式和气流组织

在大空间建筑中，室内温度因为气压、高度的影响而存在着梯度变化，采用不同的空调方式和气流组织对室内环境和负荷都有较大影响。供冷时，受温度梯度影响较小；供热时，受温度梯度影响较大，宜与辐射供暖相结合或对送风进行诱导的方式。对于电影院、会议中心等高度有限的常规大空间场所，一般可采用常规的气流组织方式，辅以分层空调、利用回风等方式分隔上部非空调空间；对于音乐厅、会议厅等对噪音有控制要求的大空间场所，可采用低速风道下送风方式；对于比赛场馆，由于观众席较多，且看台多分层，可采用沿观众席分区、分层送风；对于多功能大空间场所，由于使用功能复杂、往往分阶段、时段采用不同的使用功能，顾在满足其主要功能的使用要求的前提下，宜采用与其他功能要求尽量匹配的送风方式。综上，对于功能复杂、规模较大的大空间建筑，应对空调送风方案进行比选和优化。有条件的情况下，尽量进行计算机送回风气流分布模拟，合理的布置空调送回风系统，使空调送回风达到预期的效果。

2.4防排烟

不同类型的大空间建筑往往人员密度较大、空间较大、功能则多种多样，因此不同类型的大空间建筑防火措施既有相同的特征、又有不同的防火要求。工业建筑中的高大厂房因生产工艺要求，往往有可燃、易燃材料，对防火防爆的要求较高；公共建筑中的剧场、音乐厅、比赛场馆的观众区因人员较多，需要有较大的排烟能力和烟气贮存的空间，在建筑设计上也必须严格保障疏散时间的要求，给人员足够的逃离时间；中庭建筑由于上下贯通多层空间，容易产生烟囱效应，若发生火灾，就会向各层扩散，因此防止烟气的传播和扩散对于中庭建筑最为重要。

2.5能源的有效利用

近年来，随着社会对环境保护、能源有效利用的重视，大力推行和实施建筑节能，建设资源节约型社会和环境友好型社会，在工程建设中进一步贯彻落实建筑节能设计，推动建筑节能工作的开展成为建筑设计中一项重要内容。

对于没有环境噪声干扰的大空间建筑，最大限度的利用自然通风改善室内环境和节约能源是最为合理的。对于体育馆等场地占地面积较大的大空间建筑，利用场内地下土壤作为蓄热材料蓄热则十分有利。对于能源欠缺的地区可以利用太阳能发电、制热。场馆的半下沉式可以在保溫、隔声、提高热稳定性等方面得到更好的效果。对于新风与排风之间设全热换热器回收热量，是减少冷热装置负荷的重要措施。即减小了装机容量、节约初投资，又可以降低运行费用。

2.6噪声处理

对于噪声有较高要求的大空间建筑可以采用低风速送风，利用土建风道较好的抗噪音能力，尽量将产生噪声的主要设备设置到距离大空间区域较远的位置，设置消声器、消声弯头、风管设置内衬等降低噪声方式。对于采用膜结构作为维护结构的大空间建筑，还要进行维护结构的噪声试验，选取能达到噪声控制要求的膜结构。

2.7防结露

对于游泳馆、溜冰场等需要防结露的大空间建筑可采用防止水蒸气渗透的建筑材料、维护结构设保温材料或采用热风送风、自然通风等方式。

结 语：伴随人类社会发展，大空间公共建筑越来越多，暖通空调设计往往比较复杂，需要针对其特殊性和难点，综合考虑多种因素，才能做到科学合理。

参考文献：

[1]公共建筑节能设计标准.中国建筑工业出版社，2005，5.

[2]陆耀庆.HVAC 暖通空调设计指南.中国建筑工业出版社，2006.