浅析高大空间建筑空调系统设计

摘要：随着社会的发展，我国大空间建筑越来越多，建筑趋向大空间，给暖通空调设计带来了巨大的挑战。因此加强高大空间建筑空调系统设计的研究非常有必要，从而能够进一步合理确定空调系统形式，为人们提供更为舒适的公共建筑空间。基于此本文分析了高大空间建筑空调系统设计的相关方面。

关键词：高大空间；建筑空调；系统设计

中图分类号：TB657 文献标识码： A

1、大空间建筑特征对空调系统的影响

大空间建筑特征对空调系统具有以下影响：

1）大空间建筑高度高，这是形成温度梯度的主要原因；

2）大空间建筑外墙面积与地板面积之比大，这造成了外界界面对室内空间的自然对流影响很大，冬季易在四周造成下降气流；

3）大空间建筑的功能多样，使用对象差异大，要求空调系统能够满足多种环境，且控制灵活。

2、工程概况

3、高大空间建筑空调系统设计原则

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1、基本原则

大空间建筑空调系统设计最基本的原则就是节能，在节能设计过程中，热舒适指标是实际应用的指导。对于热舒适指标的影响因素主要是：温度、空气湿度、风速、劳动强度以及辐射温度。对上述因素进行合适比例的探索和组合，对舒适和节能进行现实协调。此外，在设计管路系统时需要简化，以争取减少耗材量，并节约投资。

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2、控制室内空气品质

通风量大是暖通节能空调的设计趋势，解决空气质量是最重要的问题。因此，对室内气流进行合理的组织，可以有效地提高室内空气品质，增强通风的利用效率的同时，也达到了节能目的。

4、空调系统设计要点

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1、西入口大厅空调系统设计

图 1 西入口大厅空间实景

博物馆西入口长达 260m的艺术长廊作为建筑体的中央交通连接贯通南北，长廊中部扩展为主入口大厅。这个面积达8840m2，空间高度超过26m的巨大中轴长廊连接了整座博物馆近2万m2的公共空间。

如此高大空间室内气流存在明显分层现象，且垂直方向温度梯度很大。对于这样的空间，如果要进行全室空调，其空调的耗能非常巨大。其实，在这种高大空间中，需要空调的部位一般仅为下部距离地面2～3m 高的工作区域，应采用分层空调方式，在空调区内利用合理的气流组织对其进行空气调节，达到设计需要的温湿度。空调区以上空间为非空调区，此区域内不设置空调。为避免上部热空气滞留，以热辐射形式对空间下部人员活动区热舒适性产生影响，采取可开启天窗和机械通风等措施，改善上部空间的通风条件，缓解上部热空气层滞留问题。通过 CFD对大厅进行了温度场、气流速度场的模拟得知，竖向温度梯度达到12℃。为节省大厅的空调运行能耗，设计采用分层空调和地板盘管辐射空调结合的方式。

西入口大厅所有空调措施和送回风的气流组织都设置在距地面 6m 高的范围内，利用合理的气流组织保证距离地面 2～3m高的工作区域达到设计需要的温湿度。主要空调措施如下：

1）入口大厅中部四个核心筒之间形成 49m×60m区域：在地下 -1.75m标高处空调机房内设置 4台空调机组，利用观光电梯井道两侧核心筒侧壁内竖向排列的鼓形风口，负担此区域空调送风，在观光电梯后部地面设置格栅回风口。低位送风，地面回风的气流组织确保人员活动区域空调效果。

3）入口大厅两侧各 80m×20m 长廊：在西入口大厅南北长廊东墙上约6m高处，均匀设置鼓形风口。并通过电梯厅吊顶回风口集中回风。长廊西侧为 26m高幕墙，沿西大楼梯两侧幕墙设置地面送风口，在西大楼梯平台下设置集中回风口。夏季当27m高的顶部区域空气温度高于室温通风温度时，可以利用屋顶的自动窗实现自然通风或利用与消防合用的风机实现机械通风，从而在不增加空调系统冷负荷的条件下，消除顶部余热。

4）采用地板辐射供暖供冷：为满足室内典雅庄重的设计风格，室内可以设置风口的位置非常有限，因此设计中考虑冷 /热辐射地板承担主要冬季热负荷和一定的夏季冷负荷。地板盘管系统覆盖了西大厅中部、西大厅北部、西大厅南部、西大厅北侧通廊、西大厅南侧通廊及主题大厅前厅总计约6700m2的面积（图2）。

图 2 西入口大厅地板辐射供暖/供冷区域

从以上分析可以看出，冬季地暖可满足主要供热负荷，空调机组提供室内新风和辅助供热；夏季，冷辐射地板与空调系统结合供冷，可以使人员活动区域的温度分布更均匀，室温波动小，减小吹风感和噪声，比常规空调系统更优越。

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2、空调绿色节能措施

1）空调冷源采用水蓄冷方式

该方式减少本工程的空调配电容量，转移和消减空调系统的用电高峰，缓解夏季用电紧张，平衡城市电网峰谷供电。在节省工程空调系统运行费用的同时，实现社会效益。 2）空调系统采用一次泵变流量的方式

空调冷冻水系统负荷侧采用一次泵变流量的系统形式，冷冻水负荷侧、空调热水系统的负荷侧采用变频变流量水泵；冷水机组侧所对应的水泵为定流量水泵，负荷侧采用压差旁通阀以满足负荷侧的变流量要求。该方式通过监测空调负荷的需求，改变空调系统的水流量，从而减少空调水泵电耗，实现节能运行。

3）增大空调冷冻水供回水温差

采用6/12℃的大温差空调冷冻水系统，增加夏季空调的除湿能力，减少空调冷冻水系统流量，减小空调冷冻水配管的管径和空调冷水泵的配电，从而实现节省空调冷冻水泵运行费用的目的。

4）能量回收系统

在采用风机盘管机组与新风系统结合的区域，采用带有热回收功能的转轮热回收装置，以减少新风冬夏季的能耗。

5）空调冷却塔的节能运行

空调冷却塔除设置以负荷控制的台数调节外，冷却塔采用变频风机。根据冷却塔的回水温度控制冷却塔风机的运转台数和风机的转速，在空调系统部分负荷时节省冷却塔风机的运行电耗。

6）变水量自动控制系统

在现代化的暖通空调系统中，变频技术将逐渐成为未来的发展趋势。通过使用变频技术，不仅可以解决传统空调系统的工艺问题，而且还可以节省能源的消耗量，减少废气的排放量，在一定程度上减少运行成本，提高经济效益。结合空调的实际负荷状况，如果将风流量或者水流量进行适当的改变的话，就可以实现节能减排的目标。如果将变频技术应用于空调水系统的话，就可能形成变水量系统。在空调系统的水系统中，它的工作原理是通过控制水量，从而来调节温度。随着我国工业化的进程变频器的推广与使用，通过优化调节风量、水量及主机等，就可以实现与空调负荷的匹配运行，进而发挥良好的节能效益。采用变频技术的原因还有：一个是设计者在选择设备时，通常留有一定的设计余量，实际上设备也极少会在全负荷工况下运行，甚至从来没有在全负荷情况下运行过。另一个就是建筑物的实际负荷会随着室外气候的变化而呈现出有一定的波动。

总之，为了能够充分地发挥高大空间建筑的功能，为空间创造更好的室内环境，合理设置暖通空调系统，对改善大空间建筑内部环境起着至关重要的作用，需要引起我们的重视。