大空间建筑空调设计与节能思路

梁润斌

（广东铧建设计有限公司，广东江门 529000）

0 引言

现代大型建筑物具有独特的形状和巨大的尺寸，并且它们的能源消耗是庞大的，因此，大型建筑中暖通空调的节能设计尤为重要。现代大空间建筑的主要特征是较高的内部空间和较大的面积，这与其他普通建筑物明显不同。由于大空间中建筑结构的特殊性，供暖、通风和空调是主要问题。在暖通空调技术的支持下，我们需要进行有效的针对性设计，考虑节能问题，实现供暖、通风和空调的效果，降低运营成本并确保人们的生活和生产的舒适[1]。

1 大空间建筑概述

大空间建筑是现代建筑设计的艺术，是满足现代社会生产和居民生活的建筑形式。例如，许多现代化的生产工厂、火车站、飞机场、购物中心和展览厅等都属于大空间建筑。从科学的角度来看，大空间建筑指的是较高、大尺寸且具有大室内面积的建筑结构系统，它可以满足现代人的生活、生产和大空间的需求，但是更大的空间也就使得解决供暖、通风和空调问题变得更加困难。随着生活物质水平的提高，人们越来越重视建筑室内空间的舒适性，建筑设计师在进行设计时要考虑好这个问题。大空间建筑的采暖、通风和空调在很大程度上依靠暖通空调设计，但是要做好科学的节能设计，这也是取得良好效果的前提。

2 大空间建筑的特征

2.1 空间尺度特征

大空间建筑的高度都比较高，就拿普通体育馆和剧院等建筑来说，其高度也达到了10~20m，室内棒球场的高度更是达到了30~50m，更甚的是摩天大楼，其中庭高度甚至超过了100m。这也是在大空间建筑内形成温度梯度的主要原因[2]。

2.2 居住特征

大型建筑物的高度和房间的体积比普通建筑物大得多，大型剧院的规模可以达到一万到两万立方米，中等体育场的规模可以达到五万到八万立方米，大型体育场的规模可以达到十万到数十万立方米。室内人员相对密集，每平方米约有1~2人（不包括体育场馆比赛场地），因此每人的容积明显不同（健身房>10m3/人，剧院7～8m3/人）。在大空间的情况下，每人的体积大，卫生状况好并且只需要低频率的通风。

2.3 使用特点

大多数大空间建筑物对运动、杂技、音乐会和展览等具有多功能要求，需要安装很多设备，这些设备不仅给空调的安装有了更多要求，设备的存在甚至还会影响到空调的安装，对空调系统的控制要求非常灵活，这也就要求在空调安装时充分考虑空调系统的负荷分布以及热源和冷源的配置。

3 大空间建筑空调设计原则

3.1 大空间建筑特征对空调系统的影响

在大空间建筑中，其高度是产生温度梯度的主要原因，另外，因为大空间建筑有着远大于地板面积的外壁面积，这在一定程度上大大增加了室内外空间的自然对流。大空间建筑物的功能多种多样，使用的对象也非常不同，空调系统需要适应不同的环境，并且灵活的进行控制。

3.2 空调设计基本原则

节能原则是大型建筑空调系统设计的基础，热舒适指数是节能设计过程中实际应用的指南。很多因素会对热舒适指数产生影响，通常包括温度、风速、空气湿度、辐射温度和劳动强度。进行空调设计时需要对以上的因素进行充分研究，并以适当的比例进行组合，以实现舒适性和节能之间的合理调整。此外，管道系统的设计需要简化，以减少消耗品并节省成本[3]，空调系统原理如图1所示。

图1 空调系统原理

4 大空间建筑空调节能设计的难点

4.1 大空间建筑物的防火难度较大

大空间的建筑物，对防火、供暖、通风和空调系统有很高的要求。大型建筑物经常需要设置几个危险空间，例如燃料或燃气锅炉房、设备齐全的发电机室、空调机房和车库，这方面应内容需要反映在设计中。

4.2 热源设置

大空间建筑的设计通常需要更多的考虑热源设置，要适配对制冷、空气调节、供暖和热水的需要。由于土地使用比较紧张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顶层进行锅炉房的设置。从当前的发展趋势来看，这种设计方法应用的越来越多，使得大型建筑物的热源设计更加复杂。

4.3 温度梯度的问题

由于大的温度梯度的存在，使得大空间建筑物的气流设计需要合理的送风方式，从顶部送风，并且底部返回。如今，大多数项目都使用可调节的风量和范围封口，来加强冬季送风的风速。装饰设计需要考虑到调节空调的气流组成，同时调节出风口的位置，以实现美观的室内装饰[4]。

5 大空间建筑空调设计的节能途径

5.1 合理的气流设计

在大空间建筑中使用分层空调，只需要确保人类活动区域的温度和湿度要求，来减少空调系统的能耗。侧面供气使用出风口的中心作为接口，将整个多功能孔垂直分为两个区域，下部是空调区域，上部是非空调区域，必须保持在空调区域中的温度和湿度。地板供气由室内热源产生的浮力驱动，从而形成自下而上的气流模式。温度也从底部到顶部垂直升高，并且控制界面可以放置在顶部区域。

5.2 有效设计水力平衡

在大型空间建筑项目的空调设计中，水力平衡设计是节省能源的主要方法，因此，在设计空调系统之前必须做好水力平衡的计算。按照水力平衡的要求，以及大空间建筑供应系统调节的要求，选择并匹配平衡阀、节流阀和许多其他水力平衡装置，同时，每个回路中的水和空气量必须能够有效满足压力的特定需求。如果压力不足，可以添加局部压力泵以补偿所需的压力，在确保大型建筑空调正常运行的基础上减少能耗[5]。

5.3 选择合理的外部能源

选择外部能源时，必须遵守当地的相关法律法规，考虑到经济性，选择地热热泵系统。根据某大空间建筑的实际情况选择三台热泵。夏季蒸发器的最大流量为690m3/h，这是冷水的特定流量。当剩余流量系数为1.1h，每个泵的流量计算为253m3/h。为了有效地提高空调的使用效率，并联安装四个循环水泵，其中三个泵处于待机状态。

5.4 合理选择设计参数

为大型建筑物合理选择空调设计参数，是节省能源、减少能耗、控制温度和湿度的主要途径。在空调的总负荷中，新鲜空气的负荷占空调总负荷的30%~50%。我们还可以发现，新鲜空气负荷设计参数的选择是空调设计成败的关键。引入新鲜空气的主要目的是满足人们的生活需求，并保持室内和室外之间的压力差。

5.5 合理设计设备的运行与控制方法

大型建筑物的空调设计需要科学合理地选择空调单元、热交换器、水泵和其他设备，并且根据大型建筑物的实际情况，选择相应的交换设备和编号。在有效调整的基础上，减少空调能耗，主要消除所有废热和残留湿气，全空调系统在过渡季节必须以可变的新鲜空气比率和新风比的模式运行，从而最大限度地利用室内和室外的自然冷却源。基于此，减少空调能耗的目标可以取得成就。所有热力车间都充分利用有组织的自然通风，以达到消除预热并减少由机器引起的能耗的目标。

5.6 选择高效节能的新产品和新设备

选择冷水机、水泵、热交换器、散热器和风扇等设备时，需要选择由国家或地方许可制造商制造的同一批组件设备，并选择高质量、高能效的产品，降低20%~30%空调运行的能耗，但同时，在机组选择过程中，有必要选择一个低温热泵机组和一个可以通过收集热量来降低能耗的设备，回收利用空气的余热。此外，设备和管道的隔热和冷却必须有效，以最大限度减少热量和冷却损失。

5.7 使用配备有能量回收装置的空调

在很多情况下，大空间建筑的空调设计会受到外界自然条件和空调设备安装条件的影响，因此有必要将其设计为直流系统，这导致空调排气口与室外之间的温差相对较大，但是排气口通常包含某些污染物，因此无法直接进入空调系统，此时，排气需要回收显热。当大空间建筑物的室内返回空气排放到外部时，必须首先通过显热回收装置与外部空气交换显热，回收能量，然后再次将其排放到外部。当新鲜空气通过显热回收单元时，它在夏天降温，在冬天变暖，并达到其回收目标。通常，将显热回收装置应用于空间较大的建筑物的空调设计时，可以回收50%~60%的能量，而完整的热回收装置可以回收80%~90%的能量。

6 结束语

大空间建筑已经成为现代建筑结构的一种非常重要的形式，人们的生活和生产对此有很大的需求。为了确保人们在大空间建筑中生活和生产的舒适度，我们必须做好暖通设计，在设计空调时，要注意节能和控制。