高大空间暖通空调系统的设计与节能研究

【摘要】在高大空间暖通空调系统设计中存在着较大的难度。并且资源浪费问题较为严重，基于此，本文首先阐述了高大空间中暖通空调系统设计的特点，接着研究具体的设计措施以及节能方法，希望能给有关人员可供参考之处，提升暖通空调系统设计的质量水平。进高大空间暖通空调系统设计水平的提升。

【关键词】高大空间;暖通空调系统;系统设计;节能措施

1、引言

当前社会经济发展日益加快，城市化建设的脚步也逐渐深入，出现了越来越多的高大空间建筑结构。在这些建筑结构中设计暖通空调，不仅要具有室内的温度调节以及空气调节空能，还要尽可能的使能源消耗有所降低，满足当前对于节能发展的要求。因此要从高大空间中暖通空调系统设计的特点入手，结合实际情况来设计空调系统，制定最为适宜的设计方案，保证暖通空调系统的质量。

2、高大空间暖通空调系统设计特点

由于高大空间具有较大的建筑体量，因此暖通空调系统规模较大，具有一定难度，并且能耗较高。并且在系统实际运行过程中要满足各个不同空间中对于通风和供暖的要求。如果设计中存在问题，就无法有效的调节室内环境，并且进一步加剧能源浪费。具体来说，高大空间暖通空调系统设计主要有以下几方面的特点：第一，建筑内部空间具有较大的高度，因此温度会出现一定的梯度和分层，并且建筑的地面面积以及外墙面积较大，因此室内空气的流通受外界因素影响较大。第二，高大建筑结构中通常功能分区较多，在不同的功能分区中对于空调系统有着不同的要求，例如在剧场、影院等场所人员较为密集，需要较大的新风量。第三，建筑中不同功能分区有着不同的具体用途，例如展览厅和体育馆等地使用时间集中，要结合使用时间的低谷和高峰来采取节能措施。第四，在高大空间建筑中，冬季取暖存难度较大，热空气比重较低，并且会在空间的上部分聚集，因此在地面经常无法感受到热风，这样既达不到使用要求，也造成了能源的浪费，因此要对设计方式进行一定的改进。

3、高大空间暖通空调系统的设计和节能问题

3.1设计管理存在缺陷和不足

虽然高大空间中暖通空调系统节能设计有着十分重要的影响和作用，但是在实际中却往往无法获得相关部分的重视，通常来说，相比于其他工程，暖通空调施工建设周期较长，并且部分技术层面的问题还没有全面完善，在众多因素的影响下导致设计环节出现一定的问题和缺陷，造成了空调运行能耗过大的现状，在部分高大空间建筑中，暖通空调的能耗占比始终占据主体。除此之外，现阶段对于节能环保有了更高的要求和标准，同时也逐步提出了新的技术方案，但是每种方案都难以避免的存在一些缺点，因此在实际选择设计方案时，对于不同的考虑角度和方面，通常也会得到不同的各方面评价结果，甚至具有较大的差异，因此怎样在不同设计方案中选择最为适宜的方案是工程设计人员所致力研究的问题之一。

3.2暖通空调节能问题

在实际的暖通空调设计过程中，有时在完成设计后便放松警惕，认为任务已经完成，然而却忽视了暖通空调系统操作人员的教育以及培训，施工人员没有充分的掌握和了解暖通空调系统，并且也缺乏足够的意識，导致操作人员对于暖通空调部分基本的理论不熟悉，从而没有根据室外参数、人员变化等来实现暖通空调实际运行中的实时调节，虽然部分系统中涉及到调节方面的设计，但通常都是较为滞后的调节。就温度方面来说，根据高大空间中相关的设计要和规范，在冬季时，室内的空气计算温度要与当地的底层自然温度保持一致，但最低为12℃。然而在我国大部分城市中，冬季的温度明显高于这一标准，甚至部分城市冬季室内温度高于20℃，在这样的温度下一方面会导致人们在冬季服装下感到不适，另一方面也会导致能源的消耗大大增加。在一般情况下，对于一套相同的暖通空调系统来说，由于人员操作不同而导致的能耗差异是十分明显的，有时甚至会产生50%以上的差距。

4、高大空间暖通空调系统设计和节能方法

4.1局部空间设计

在建筑使用性能方面，暖通空调的设计首先要能够满足对于舒适度的要求，根据高大空间建筑中不同空间的具体功能，提供相应的充足冷量和热量。举例来说，在一座4层的建筑中，主要的功能区为中央玻璃展厅，在竖直方向上，短轴半径32m，纵向半径38m，在建筑中3层的中部处有一个高为28米的天桥横跨球体，外部为玻璃墙结构。由于建筑内部较为复杂，因此暖通空调的设计难度较大，天桥横跨球体仅能在天桥下部进行风道的设计，并且根据外立面中对于造型的设计要求，无法在外立面处留通风口。对于这种情况要通过局部空间设计方法，根据人流活动范围来设计风道。其中，中部球体是临时休息区，人流的主要活动范围是一层休息区和二层顶部天桥通道，可以将送风口顺着天桥在楼板下进行设计，同时安装风道，使空调系统能够在作用于人流范围，使其环境改善作用的以最大化，同时降低空调系统运行中所产生的能耗。

4.2分层空调设计

当前高大空间的暖通空调设计中通常采用分层设计方案。举例来说，在某剧中有51m×23m×32m的舞台，设计了三个高度分别为10.2m、14.2m、18.2m的人行天桥，除此之外还有一个22.7m高的葡萄架。由于需要将吊灯等设备安装在舞台上部，因此不能安装空调的风道，那么在实际空调设计过程中，结合舞台中灯光发生情况采用分层设计。在第一个天桥下进行送风道的设计，在侧面可以对其送风角度进行调整，符合季节的不同需求。同时在第二个天桥下进行送风道的设计，主要用来引入空气，并且将条缝式送风口设计在侧面。然后将排风设备设计在第三个天桥下，主要负责疏散灯光热量。除此之外还可以设置一定的循环系统，在下部空间引入上部的热空气，满足冬季时的温度需求，并且实现能源节约目的。

4.3下部送风设计

在高大建筑空间内部，由于存在着温度的分层，因此可以通过下部送风方法来改善空气质量，提高通风效率，满足室内环境需求。通常可采用地板送风，但是要避免送风口人员密集。举例来说，在某礼堂建暖通空调系统设计中采用了下部送风、上部回风方法。观众席中设置1200个作为，分为上下两层，根据座椅来设计下部送风口，将风量控制在50m3/h。同时为了避免影响观众，要将风速控制在0.2m/s以内。可以再吊顶处设计回风风管，灯光附近设置排风口，通过空调上升气流来降温灯管系统，提高通风利用率。这样能够满足礼堂设备需求以及人们舒适度需求。

4.4新风系统设计

在设计新风系统过程中可以利用外界空气来对室内温度进行调节，减少冷热源消耗，实现节能设计。特别是人员密集的建筑结（下转70页）（上接68页）构中对于新风的要求更高，因此可以采用全新风运行，更好的进行冷热调节。合理设计排风系统，避免出现室内正压过高的问题，因此可以在设计中要保证新风系统能够适应排风系统，以新风的需求量为基础来确定风口面积。同时考虑建筑结构设计要求，提前留好新风口。如果风道所需空间较大，也可以在室外进行空调系统的设计，协调各方面因素，发挥系统对室内的调节作用。

4.5合理選择冷热源

在对空调设备进行节能设计时，要充分考虑冷热源的合理选择。空调系统的冷热源是影响空调运行的一个重要因素，它不但关系着空调的运转效果，同时还影响着空调系统是否能够尽可能的节约能源。通常情况下技术人员会采用热泵方式、澳化铿吸收方式、水冷加锅炉方式和来配置冷热源。合理的选择和分配不同的方式，有益于空调的长时间运行和节能设计。

4.6采用变频应用系统

变频技术是一种现代的空调科学技术。变频技术不仅能够有针对性的改善空调运行质量，同时这项技术也能减少空调在运行过程中的能源消耗。相关设计和技术人员在挑选设备时，一般情况会留出适当的提前量，但实际上设备在全负荷的状态下运行的情况非常少见。也正是因为这一原因，这一项技术在空调的节能方面的地位越来越重要。通常情况下，如果室外的环境发生了一定的变化，室内也会随之发生相应的负荷方面的响应。在负荷充足时，空调会按照它的最大功率进行输出和运转。但是一旦出现负荷不足甚至过低的情况，如果空调没有做出相应调整而仍然按照之前的功率进行输出，这会造成大量不必要的能源损失。这时就需要空调能够根据负荷的变化而做出相应的输出变化，以免造成能源损失，而变频技术恰好能够做到这一点。除此之外还可以通过其他措施来降低能耗，例如负荷情况不同时，控制不同的风速和水速，这也是一种十分有效的方法。

5、节能技术的具体应用

在现阶段的空调技术中，一般情况都将天然气作为空调冷热源运转的主要能源，而电能作为次要能源，也就是要使用两台冷水机和三台冷热水机组。采用循环的四管制封闭方式来进行冷热水的转换，标准层一般情况下会被分成有规律的四块区域，这些区域被设置了热、冷水管、独立取暖系统和空调的其他设备例如空调箱。由于各种原因而产生的空调负荷不均匀和不平衡的现象，则采取了使各个区域单独进行调节的方式进行处理。除此之外还可以通过空调使用端的负荷变化要求来提供用户所需求的条件，从而最大限度的节约能源。空调的各个末端要设置可以自由选择的模式来进行工作，从而达到满足用户对于不同需求，能做到不同工作效果的目的。在现代空调技术中将空调的水系统分为了由低到高的三个系统，而水热交换器常常被放置在相对高的区域中的设备层。为了减小设备刚开始运行的投资和能源消耗，中区和低区在工作时受到的压力应该要小于1.0MPa。同时在空调内部设置一级换热器，一级换热器相比于一泵到顶的传统换热方法，大大减小了空调设备工作时产生的工作压力，与此同时还能够避免使用换热的二级层次，所产生的冷水品质经得住考验，从而避免了增加末端设备投资和规格，也分别减少了投资和能耗。且采用rokV专线独立的作为电制冷机组的工作电源，这种工作机制的电源与大型建筑的电压级别高精度吻合，不但能够减少制造电缆所消耗的线路，还能够节省使用变配电设备起始阶段的投资。如果想要减轻夏季对于电量需求量比较高的时段的供电压力，尽可能保证供电充足，就必须充分分析和平衡现有的能源结。空调设备的环保节能效果如果十分显著，城市安全不但能够得到很好的保证，同时还能产生良好的环境和社会效益。

结语：

总而言之，结合高大空间建筑的特点，综合考虑空调节能以及室内环境需求，合理的设置暖通空调系统，有效提高空调系统设计的经济效益和社会效益。在本文中主要结合几种较为常见的高大空间建筑，给出了暖通空调系统设计方法以及节能措施，希望为有关人员提供一定的参考。

参考文献：

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[2]曹利明，邱晓枫，姜新丰.高大空间公共建筑暖通空调系统设计分析[J].中华建设，2019（7）：112～113.

[3]王莉莉.建筑供暖通风空调工程的节能减排措施分析[J].中华建设，2019（6）：130～131.

作者简介：

彭也（1987-），汉族，湖南湘乡人，男，本科， 暖通工程师，主要从事暖通设计工作。