中小学校报告厅空调系统设计分析

2020-08-05彭亚美深圳市建筑设计研究总院有限公司合肥分院安徽合肥230088

安徽建筑 2020年7期

彭亚美（深圳市建筑设计研究总院有限公司合肥分院，安徽合肥 230088）

0 前言

中小学校的报告厅是举办年级大会、学术交流、讲座、演讲及小型简易表演等公共活动的场所。近年来，随着学校规模的扩大和教育设施的不断完善，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]，是每个中小学校不可缺少的配套用房。报告厅的空调系统创造舒适的环境和良好的室内空气品质，为各类活动的顺利开展提供保障，其重要性不言而喻。

1 中小学报告厅空调系统设计的重难点

中小学校的报告厅根据建设者的需求和学校的规模不同，设置的形式也繁简不一。

有些建筑面积紧张的学校，无法设置单独的报告厅时，一般将其与室内篮球场结合设置。这类报告厅平时为篮球场，通过搭建移动的舞台和座椅转换为报告厅，层高一般9m以上，跨度一般约24～28m，周边看台区域通常设置夹层，下层为球场休息区，上层设置设备间、储藏室等辅助用房。其空调系统设计的重难点在于：需要满足篮球场和办公厅两种使用状态下对室内空气温、湿度的不同要求；高度较高，如气流组织设计不佳，冬季送风热气流可能因上浮而无法到达地面，造成空调效果差；风管的布置不得影响篮球场平时使用。

建筑面积充裕的学校一般会设置单独的报告厅，这类型报告厅类似于小型的影剧院，但功能较为单一，一般有舞台区、观众区及控制室组成，层高一般为5～7m，跨度一般为18～24m。其空调系统设计的重难点在于：噪音控制较为严格；对舒适度要求较高；空调通风系统需结合精装修的造型布置；观众区为阶梯座椅，房间净高前后变化较大，宜根据不同的净高选择适宜的风口形式。

2 中小学报告厅的空调系统方案

中小学校一般不设置集中空调冷热源，教学楼、实验室、办公室等教辅用房均采用分体空调，但报告厅因为空间高进深大，普通的分体空调难以满足其舒适度要求，一般采用独立的小型中央空调系统。适用中小学报告厅的空调系统形式有模块化风冷热泵系统、多联机系统、屋顶式空调系统。

2.1 模块化风冷热泵系统

模块化风冷热泵系统由模块化风冷热泵主机、输配系统及末端组成。模块化风冷热泵主机是以空气为冷（热）源，以水为供冷（热）介质，集制冷、制热功能于一体的设备，机组无需设置专用机房，但需放置于室外通风散热处。输配系统主要为水泵和定压补水设备，可与模块化风冷热泵主机集成在一起。末端可以是风机盘管或空气处理机组。该系统的优点在于主机与末端设备之间没有高差和距离限制，主机的摆放位置更加灵活；末端为水系统，换热温差小、风量大，室内舒适度更高；末端形式多样，能满足不同形式、不同高度报告厅的要求；末端可采用全空气系统时，机组在专用机房内，便于设置消声减震措施，噪音对报告厅的干扰较小。该系统的缺点在于水系统施工较为复杂；主机和末端设备需要分别开启，使用较为不便；水系统惰性较大、升温较慢，报告厅使用时需要提前较长时间开启空调系统。该系统适用于报告厅附近无合适的位置放置室外机、高度很高、施工及专业管理能力较强的项目。

2.2 多联机系统

多联机系统由室外机和室内机组，类似于分体空调，但一台室外机可以连接一组室内机。室外机和室内机直接通过冷媒管道连接，以制冷剂为输送介质，通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入各个室内机的制冷剂流量，适时地满足室内冷热负荷要求。室外机也需要放置于通风散热处，与室内机之间的管长不宜超过70m，高差不宜大于40m[2]。室内机的形式有落地式、壁挂式、风管式、嵌入式等多种样式。该系统的优点在于系统简单，安装方便；自动控制灵活，末端可以方便地进行温度控制和风速调节；冷媒管管径小，对建筑层高影响小。该系统的缺点在于末端为氟系统，大温差换热，舒适性交差；室外机和室内机之间的管长和距离有限，室外机的摆放位置较为受限；室内机分散设置在报告厅吊顶内，层高较高时检修不便；用于高大的报告厅时舒适性较差；室内机较多且直接设置在报告厅内，噪音较大。该系统适用于报告厅附近有合适的位置放置室外机、层高较低或施工及专业管理能力不强的项目。

2.3 屋顶式空调系统

屋顶式空调系统的原理与多联机相同，区别在于其将室外机、输配系统及室内机部分或全部集成在一起，因机组多安装于屋顶，故称屋顶式空调机组，是一种自带冷热源及空气处理系统的设备。屋顶式空调机组有整体式和分体式两种形式。整体式是将空气处理设备、压缩机、冷凝器等相关部件全部集中在一起，仅通过送、回风管将处理过的空气送至报告厅内。该机组必须放置在室外或屋顶通风散热处。分体式是将空气处理设备和压缩机集成在一起组成室内机，通过冷媒管与冷凝器连接，冷凝器必须放置在室外通风散热处，与室内机之间的高差不宜超过15m，管长不宜超过30m。该系统的优点在于系统简单、安装方便；室内为全空气系统，能够适应各种高度及跨度报告厅的送风要求，舒适度较高；机组一般标配控制面板，能够实现温度及风速的显示及控制，使用更加方便；整体式屋顶机一般放置于室外，分体式屋顶机一般会设置专用机房，噪音对报告厅影响较小。该系统的缺点在于机组需就近放置在报告厅附近，位置较为受限；能效比较低。该系统适用于层高较高或施工及专业管理能力较弱的项目。

3 中小学报告厅气流组织形式

气流组织是室内的气流流形以及温度、湿度、CO2浓度等物理量的分布情况。空气卫生情况、温度、湿度对主讲人及听众的影响很大，污浊的空气使人容易疲劳、困倦，温度太高使人烦躁。报告厅内人员密度大，热湿负荷及污染物散发量也大。设计合理的气流组织，不仅可以使报告厅内的空气温度、湿度及分布满足人员需要，还可以降低空调系统的能耗。适用于学校报告厅的空调系统主要有以下几种形式。

3.1 中间侧送下回、分层空调

与篮球场合用的报告厅，常采用这种气流组织形式。这类报告厅的高度高，垂直方向上温度梯度大。建筑外墙面积与地面积之比大，而且为了满足平时作为篮球场的采光要求，常布置大量外窗及采光天窗，冷热负荷大，如采用全室空调势必造成空调能耗高，宜采用分层空调的形式。分层空调是指仅对下部空间进行空气调节，而对上部较大非空调区进行通风排热的空气调节方式。典型的报告厅分层空调气流组织示意如图1，在报告厅中间部位设置喷口，送风气流以一定的角度或水平送出，多股相互搭接，隔断了空调区和非空调区，同时在顶部设置排风，及时带走上部热量，避免了热量从空调区向非空调区转移，回风口设置在送风口的同侧下部，使得人员活动区处于回流区。当报告厅的跨度超过18m时，也可采用双侧送风的形式[3]。当报告厅作为篮球场使用时，一般仅开启上部通风。作为办公厅使用时，则开启空调系统。这种气流组织的优点在于送风口构造简单，气流混合过程长，送风速度可控，与上送下回的形式相比初投资及运行费用均降低[4]。缺点在于送风温差大、射流长，可能造成冷风下降或热风上浮现象。

图1 中间侧送下回、分层空调气流组织示意图

图2 上送下回气流组织示意图

3.2 上送下回

单独设置的报告厅，高度较高且采用全空气系统时常采用这种形式。即送风口设置在顶部，均匀布置，回风口设置房间下部。典型的上送下回气流组织示意图如图2。送风口一般结合装饰设置，形式需根据报告厅的净高确定，净高小于4m时宜采用散流器，净高为4～6m时宜采用双层百叶，净高大于6m时宜采用旋流风口。回风口一般采用单层百叶，设在侧墙或后墙下部，也可结合装饰设置在舞台侧部，利用舞台下部空腔回风。这种气流组织的优点在于气流能够快速到达活动区，房间水平及垂直方向上气流分布均匀，卫生条件较好，风管容易隐藏。缺点在于空调负荷大，能耗大，空调造价及运行费用较高。

3.3 上（侧）送上回

单独设置的报告厅，高度不高且末端为风机盘管或多联机室内机时常采用这种形式。典型的上送下回气流组织示意图如图3。送回风口均设置在顶部，墙面上无需预留回风口，布置简单。这种送风方式冬季送热风时气流不宜到达人员活动区，一般仅在空间高度较小的报告厅中采用。如报告厅高度有限，顶部满布风管均匀送风对高度影响较大时，也可在报告厅两侧布置百叶或喷口侧送风，上部回风，如图4。