论文部分内容阅读
摘要：随着我国的大型建筑的发展，而大型建筑物内的空气需要保持一定的温度湿度、清洁度。所以对大型建筑物内通风、空调设备的设置要求较高。暖通空调系统的节能占建筑节能的主要部分，暖通空调的节能设计对于降低建筑物的能耗有着重要的作用。
关键词：大空间；建筑；暖通空调；设计；节能
Abstract: with the development of large buildings in our country, and large structures within the air need to keep a certain temperature humidity, cleanness. So for large buildings ventilation, air conditioning equipment Settings required is higher. The energy saving of hvac system of the main part of the building energy efficiency, energy saving of the hvac design for reducing the energy consumption of the building has an important role.
Keywords: big space; Architecture; Hvac; Design; Energy saving
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言
随着社会的进步，人民对生活质量的追求使得大空间建筑越来越多，对于这些大空间建筑的环境设备也要求在健康、舒适，以及能源有效利用等方面更趋合理，并不断完善。现代建筑的必要组成部分暖通空调领域也已经受到这种趋势的影响，暖通空调系统中的节能正引起暖通空调设计者的注意，研究大空间暖通空调系统的设计与节能，具有很强的现实意义。
1、大空间建筑暖通空调系统的难点
1.1 高大空间建筑防火难度大，对采暖、通风和空调系统的要求更高。例如，大空间建筑往往需要在主体建筑或裙房内布置一些象燃油或燃汽锅炉房、自备发电机房、空调机房和汽车库等一些危险性较大的空间。这方面应在设计中有所体现。
1.2 大空间建筑往往高度较大，这将加重采暖系统的垂向失调，同时由于系统水静压力较大，直接影响到室外管网的水力工况，其系统的形式及与室外管网的连接与多层建筑有较大差异。
1.3 是高大空间建筑设计往往需要有单独的热源，以满足空调、采暖、制冷、热水供应等方面的需求。由于用地紧张和其他一些原因，有些大空间建筑需要在地下室内或屋顶上设置锅炉房。从目前发展趋热来看，这种设计方式越來越多，这使得大空间建筑的热源设计变得更为复杂。
1.4 大空间建筑的空调设计气流组织因温度梯度较大，需采用合理的送风方式。上送下回方式为从顶棚送风下部回风，现工程多采用可调节风量和射程的风口，提高冬季的送风风速；侧送下回方式送风口高度大多在3米左右，需要结合建筑装修设计布置风口位置以达到室内美观，同时需要精确的空调气流组织计算。
大空间建筑的特征
2.1 使用特征
现今大空间建筑，除古典音乐厅、大剧院、会堂等只具备有限的功能外，都有多功能要求，如体育运动、杂技、演剧、音乐会、展示会，因而要设置临时舞台、活动座椅等装备。不仅对空调带来多种环境要求，而且由于这些装备的存在也影响空调系统的设置。此外对空调系统的控制要求有相当的灵活性。这就使得应对空调系统负荷的分配以及冷热源的配置都作相应的考虑。
2.2空间尺度的特征
2.2.1大空间的特征之一是高度高。普通体育馆、音乐厅、剧场高度为10～20m之间；室内棒球场为 30～50m；高层建筑的中庭高度达 100m 以上。这是形成温度梯度的主要原因。
2.2.2大空间的外墙面积与地板面积之比较大；办公楼建筑标准层为 0.2～0.3m2/m2，而大空间可能为 1m2/m2，这就形成了外界界面对室内空间的自然对流影响较大，冬季易在四周造成下降冷气流。
2.3 居留区的特征
由于大空间建筑高度大，室内体积亦远较正常建筑为大，大型剧场体积可能为1～2 万m3，中型体育场可能为 5～8 万m3，大型体育场可能为十几万到数十万m3。而其室内人员比较密集，每 m2约 1～2 人（除体育馆中心比赛场地），因而人均体积（气积注）显然就不相同（体育馆>10m3/人，剧场 7～8m3/人），当然不同于办公楼的标准层（人员密度为 0.1～0.2人/m2）。人均体积大，从卫生角度看是好的，可采用较小的换气次数。
3、节能空调系统设计思路
3.1 方案设计
现在非常流行的空调设计方案是：在低能耗，高室内环境品质的前提下，风量可调的置换式送风系统、冷辐射吊顶系统、结合冰蓄冷的低温送风系统以及去湿空调系统。为了平衡高层办公楼中设备、照明等主要热源形成的辐射热量采用辐射形式供冷。冷辐射吊项应结合置换式送风，将新风采用下送风方式送入室内，既保证室内空气品质，又保证良好的室内热环境。而采用空调去湿方案，首先可以保证室内空气品质；其次采用去湿保证了绿色建筑对室内湿度控制在 60%以下的要求。
3.2 蒸发冷却技术
蒸发冷却空调技术是一种绿色仿生空调技术，包括间接蒸发冷却（IEC）和直接蒸发冷却（DEC）。该系统采用水作为制冷剂，实现空调运行对环境无污染，另外，蒸发冷却系统的COP 值比机械制冷大得多，且它的制冷不消耗压缩功能，它是一种节能环保型绿色空调技术。
3.3 具备良好的通风系统
新风的作用某些建筑由于装修材料含有挥发性有害物质造成室内空气污染。因此，绿色建筑中的暖通空调应该具备良好的通风系统，实现合理的自然通风，因为新风在室内的流动对健康是必不可少的。
3.4 免费供冷空调系统
免费供冷（FREE COOLING）技术通过水系统来利用自然冷源。它也称冷却塔供冷，是一种节能降耗的系统形式。免费供冷的实现方式是：当室外空气湿度温度下降到某值以下时关闭冷水机组， 以流经冷却塔的循环冷却水直接或间接向空调系统供冷，提供建筑空调所需要的冷负荷。在空调系统中，冷水机组的能耗占有极高的比例，如用冷却塔供冷技术可少开或不开冷水机组，其节能效率将会是显著的。
3.5 地源热泵空调系统
地源热泵空调系统是利用土壤、地下水或江河湖水作为冷热源的一种高效空调方式。土壤是一种很适宜的热源，其温度适宜、稳定，蓄热性能好且到处都有。地源热泵全年运行工况稳定，不需要其他辅助热源及冷却设备即可实现冬季供热夏季供冷。地源热泵的 COP 值可达 4.0 以上。对于采用深井回灌方式的水源热泵，由于地下水抽出后经过换热器回灌至地下，属全封闭方式。因此不使用任何水资源，也不会污染地下水源。
36 冷热源及空调水系统
常规的冷热源，电力型或热力型（如燃气）的压缩式制冷机（或热泵）、吸收式制冷机、直燃式冷热水机组均可用于大空间建筑。从供冷供热的角度出发应该考虑：当所在地区已有足够规模的区域供冷供热设施时，可利用其装置提供冷热量；在供冷供热的基本方式上应尽可能采用热泵和蓄冷蓄热技术；在有些场合燃气机热泵也是十分合理的能源方式。
4、空调自动控制系统
4.1 制冷机房控制
自动检测冷却水供回水温度：自动检测制冷机、冷却塔的运行状态、故障报警并根据测量值计算系统冷负荷，以实现制冷机运行台数的最优控制。根据冷水供回水压力，自动调节冷水供回水管间旁通阀的开度，以保证管网的压差和流量平衡。
4.2 空气调节系统
自动检测各机组回风口（新风）温度，各机組盘管回水管上的回水温度，实现防冻保护：各机组防火阀的状态，并实现与送风机连锁：各机组送风机前后压差状态，实现风机故障报警。根据送风温度及设定值，自动调节各机组管回水阀开度，以保证房间温度达到设定值。
5、回风系统
一般采用一次回风系统，即在集中处理空气过程中，室内回风和室外新风混合后，经过表冷器冷却降湿后，直接送入建筑内部或加热后再送入建筑内部。在教堂底下一层设有两台排风排烟风机， 总排风排烟量为80000m3/h。根据《建筑设计防火规范》GB50015-2006，内部的的排烟量以 60m3/h·m2换气标准计算，折合 12 次/h 换气标准计算。设两台排烟风机其中一台为变频，平时可根据季节变化，选择开启台数。发生火灾需要排烟时，两台风机全部切换到最大排烟状态。
6、水管固定支架的受力计算
从热源出来的空调冷热水总环管直径大、长度长，局部区域的水平长度达到
100m，故需考虑补偿措施，通过计算，在该直管道上需设置补偿量为 70mm 的波纹补偿器，并在其两端设置固定支架和导向支架。由于总环管均需安装在地下室梁下，所以需详细计算固定支架受力，然后提交给结构专业，对安装固定支架的梁进行校核。固定支架所受水平荷载中，仅内压产生的推力就相当大，在此工程中，系统工作压力为 1.0MPa，以 DN60的水平干管为例，经计算内压所产生的推力为 441026N，再加上活动支架的摩擦反力、补偿器的弹性反力，固定支架总的受力约为531000N。
7、结束语
随着社会的进步，人民对生活质量的追求使得大空间建筑越来越多，对于这些大空间建筑的环境设备也要求在健康、舒适，以及能源有效利用等方面更趋合理，并不断完善。因此，暖通空调设备如何适应这种需要也是现代大空间建筑暖通空调设计中值得注意和探讨的问题。此外，由于暖通空调系统的节能占建筑节能的主要部分，所以进行暖通空调的节能设计对于降低建筑物的能耗有着重要的作用。此外这还关系到国家能源安全、资源消耗和环境污染是关系国计民生和国家可持续发展的重要行业，因此，暖通空调设计的从业人员应给予足够的重视。
关键词：大空间；建筑；暖通空调；设计；节能
Abstract: with the development of large buildings in our country, and large structures within the air need to keep a certain temperature humidity, cleanness. So for large buildings ventilation, air conditioning equipment Settings required is higher. The energy saving of hvac system of the main part of the building energy efficiency, energy saving of the hvac design for reducing the energy consumption of the building has an important role.
Keywords: big space; Architecture; Hvac; Design; Energy saving
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言
随着社会的进步，人民对生活质量的追求使得大空间建筑越来越多，对于这些大空间建筑的环境设备也要求在健康、舒适，以及能源有效利用等方面更趋合理，并不断完善。现代建筑的必要组成部分暖通空调领域也已经受到这种趋势的影响，暖通空调系统中的节能正引起暖通空调设计者的注意，研究大空间暖通空调系统的设计与节能，具有很强的现实意义。
1、大空间建筑暖通空调系统的难点
1.1 高大空间建筑防火难度大，对采暖、通风和空调系统的要求更高。例如，大空间建筑往往需要在主体建筑或裙房内布置一些象燃油或燃汽锅炉房、自备发电机房、空调机房和汽车库等一些危险性较大的空间。这方面应在设计中有所体现。
1.2 大空间建筑往往高度较大，这将加重采暖系统的垂向失调，同时由于系统水静压力较大，直接影响到室外管网的水力工况，其系统的形式及与室外管网的连接与多层建筑有较大差异。
1.3 是高大空间建筑设计往往需要有单独的热源，以满足空调、采暖、制冷、热水供应等方面的需求。由于用地紧张和其他一些原因，有些大空间建筑需要在地下室内或屋顶上设置锅炉房。从目前发展趋热来看，这种设计方式越來越多，这使得大空间建筑的热源设计变得更为复杂。
1.4 大空间建筑的空调设计气流组织因温度梯度较大，需采用合理的送风方式。上送下回方式为从顶棚送风下部回风，现工程多采用可调节风量和射程的风口，提高冬季的送风风速；侧送下回方式送风口高度大多在3米左右，需要结合建筑装修设计布置风口位置以达到室内美观，同时需要精确的空调气流组织计算。
大空间建筑的特征
2.1 使用特征
现今大空间建筑，除古典音乐厅、大剧院、会堂等只具备有限的功能外，都有多功能要求，如体育运动、杂技、演剧、音乐会、展示会，因而要设置临时舞台、活动座椅等装备。不仅对空调带来多种环境要求，而且由于这些装备的存在也影响空调系统的设置。此外对空调系统的控制要求有相当的灵活性。这就使得应对空调系统负荷的分配以及冷热源的配置都作相应的考虑。
2.2空间尺度的特征
2.2.1大空间的特征之一是高度高。普通体育馆、音乐厅、剧场高度为10～20m之间；室内棒球场为 30～50m；高层建筑的中庭高度达 100m 以上。这是形成温度梯度的主要原因。
2.2.2大空间的外墙面积与地板面积之比较大；办公楼建筑标准层为 0.2～0.3m2/m2，而大空间可能为 1m2/m2，这就形成了外界界面对室内空间的自然对流影响较大，冬季易在四周造成下降冷气流。
2.3 居留区的特征
由于大空间建筑高度大，室内体积亦远较正常建筑为大，大型剧场体积可能为1～2 万m3，中型体育场可能为 5～8 万m3，大型体育场可能为十几万到数十万m3。而其室内人员比较密集，每 m2约 1～2 人（除体育馆中心比赛场地），因而人均体积（气积注）显然就不相同（体育馆>10m3/人，剧场 7～8m3/人），当然不同于办公楼的标准层（人员密度为 0.1～0.2人/m2）。人均体积大，从卫生角度看是好的，可采用较小的换气次数。
3、节能空调系统设计思路
3.1 方案设计
现在非常流行的空调设计方案是：在低能耗，高室内环境品质的前提下，风量可调的置换式送风系统、冷辐射吊顶系统、结合冰蓄冷的低温送风系统以及去湿空调系统。为了平衡高层办公楼中设备、照明等主要热源形成的辐射热量采用辐射形式供冷。冷辐射吊项应结合置换式送风，将新风采用下送风方式送入室内，既保证室内空气品质，又保证良好的室内热环境。而采用空调去湿方案，首先可以保证室内空气品质；其次采用去湿保证了绿色建筑对室内湿度控制在 60%以下的要求。
3.2 蒸发冷却技术
蒸发冷却空调技术是一种绿色仿生空调技术，包括间接蒸发冷却（IEC）和直接蒸发冷却（DEC）。该系统采用水作为制冷剂，实现空调运行对环境无污染，另外，蒸发冷却系统的COP 值比机械制冷大得多，且它的制冷不消耗压缩功能，它是一种节能环保型绿色空调技术。
3.3 具备良好的通风系统
新风的作用某些建筑由于装修材料含有挥发性有害物质造成室内空气污染。因此，绿色建筑中的暖通空调应该具备良好的通风系统，实现合理的自然通风，因为新风在室内的流动对健康是必不可少的。
3.4 免费供冷空调系统
免费供冷（FREE COOLING）技术通过水系统来利用自然冷源。它也称冷却塔供冷，是一种节能降耗的系统形式。免费供冷的实现方式是：当室外空气湿度温度下降到某值以下时关闭冷水机组， 以流经冷却塔的循环冷却水直接或间接向空调系统供冷，提供建筑空调所需要的冷负荷。在空调系统中，冷水机组的能耗占有极高的比例，如用冷却塔供冷技术可少开或不开冷水机组，其节能效率将会是显著的。
3.5 地源热泵空调系统
地源热泵空调系统是利用土壤、地下水或江河湖水作为冷热源的一种高效空调方式。土壤是一种很适宜的热源，其温度适宜、稳定，蓄热性能好且到处都有。地源热泵全年运行工况稳定，不需要其他辅助热源及冷却设备即可实现冬季供热夏季供冷。地源热泵的 COP 值可达 4.0 以上。对于采用深井回灌方式的水源热泵，由于地下水抽出后经过换热器回灌至地下，属全封闭方式。因此不使用任何水资源，也不会污染地下水源。
36 冷热源及空调水系统
常规的冷热源，电力型或热力型（如燃气）的压缩式制冷机（或热泵）、吸收式制冷机、直燃式冷热水机组均可用于大空间建筑。从供冷供热的角度出发应该考虑：当所在地区已有足够规模的区域供冷供热设施时，可利用其装置提供冷热量；在供冷供热的基本方式上应尽可能采用热泵和蓄冷蓄热技术；在有些场合燃气机热泵也是十分合理的能源方式。
4、空调自动控制系统
4.1 制冷机房控制
自动检测冷却水供回水温度：自动检测制冷机、冷却塔的运行状态、故障报警并根据测量值计算系统冷负荷，以实现制冷机运行台数的最优控制。根据冷水供回水压力，自动调节冷水供回水管间旁通阀的开度，以保证管网的压差和流量平衡。
4.2 空气调节系统
自动检测各机组回风口（新风）温度，各机組盘管回水管上的回水温度，实现防冻保护：各机组防火阀的状态，并实现与送风机连锁：各机组送风机前后压差状态，实现风机故障报警。根据送风温度及设定值，自动调节各机组管回水阀开度，以保证房间温度达到设定值。
5、回风系统
一般采用一次回风系统，即在集中处理空气过程中，室内回风和室外新风混合后，经过表冷器冷却降湿后，直接送入建筑内部或加热后再送入建筑内部。在教堂底下一层设有两台排风排烟风机， 总排风排烟量为80000m3/h。根据《建筑设计防火规范》GB50015-2006，内部的的排烟量以 60m3/h·m2换气标准计算，折合 12 次/h 换气标准计算。设两台排烟风机其中一台为变频，平时可根据季节变化，选择开启台数。发生火灾需要排烟时，两台风机全部切换到最大排烟状态。
6、水管固定支架的受力计算
从热源出来的空调冷热水总环管直径大、长度长，局部区域的水平长度达到
100m，故需考虑补偿措施，通过计算，在该直管道上需设置补偿量为 70mm 的波纹补偿器，并在其两端设置固定支架和导向支架。由于总环管均需安装在地下室梁下，所以需详细计算固定支架受力，然后提交给结构专业，对安装固定支架的梁进行校核。固定支架所受水平荷载中，仅内压产生的推力就相当大，在此工程中，系统工作压力为 1.0MPa，以 DN60的水平干管为例，经计算内压所产生的推力为 441026N，再加上活动支架的摩擦反力、补偿器的弹性反力，固定支架总的受力约为531000N。
7、结束语
随着社会的进步，人民对生活质量的追求使得大空间建筑越来越多，对于这些大空间建筑的环境设备也要求在健康、舒适，以及能源有效利用等方面更趋合理，并不断完善。因此，暖通空调设备如何适应这种需要也是现代大空间建筑暖通空调设计中值得注意和探讨的问题。此外，由于暖通空调系统的节能占建筑节能的主要部分，所以进行暖通空调的节能设计对于降低建筑物的能耗有着重要的作用。此外这还关系到国家能源安全、资源消耗和环境污染是关系国计民生和国家可持续发展的重要行业，因此，暖通空调设计的从业人员应给予足够的重视。