高大空间建筑暖通空调设计研究

2020-11-06 05:25:13 中国房地产业·上旬 2020年10期

孙银行

【摘要】建筑行业近年来发展迅猛,高大空间建筑数量越来越多,暖通空调设计作为建筑设计的重要组成部分,高大空间建筑暖通空调设计一直是设计的重点和难点,对设计人员的专业技能有较高的要求。设计人员要结合建筑特点,在保证暖通空调功能性的同时,还要注重节能和环保。本文将重点对暖通空调设计的相关理念展开进一步研究,以便提高暖通空调的设计水平。

【关键词】高大空间;暖通空调;设计研究

高大空间建筑具有多元化的特点,可以满足不同人群的使用需求,同时也更加符合现代人的理念。针对高大空间建筑的设计,暖通空调设计一直是其中最主要的内容之一,应受到高度关注。通过空调设计可以有效调节建筑内部温度和湿度,改善空气质量,提升空间的舒适度。因此,相关部门要加大研究的力度,不断提高暖通空调的设计质量。

1、高大空间建筑特点

高大空间(高度大于10m且体积大于10000m3)建筑与普通建筑相比,具有层高更高,跨度更大,功能繁多,样式复杂等特点[1]。投入使用后人员短期聚集,使用时间相对集中,对室内环境要求较高。

高大空间建筑的空调设计难度较大,在空调设计过程中易受多种因素的影响。主要表现在随着经济水平的提高,人们对使用空间的舒适度要求越来越高。暖通空调在建筑中发挥至关重要的作用,必须要满足多元化的用户需求,但同时又受到建筑空间布局的制约。暖通空调的设计要结合各种因素综合考虑,在实际项目设计中,暖通空调设计方案一般要经过多次的修改和完善,从而保障暖通空调效果,减少成本投入。因此,加大暖通空调设计的研究力度,对提高空调系统能效起到至关重要的作用。

2、暖通空调设计难点

2.1供暖方式的选择

高大空间建筑的冬季供暖方式有多种,例如:散热器供暖、辐射供暖、热风供暖等。其中散热器供暖是比较传统的一种方式,高大空间建筑若采用散热器供暖的方式可以有效降低供暖成本,造价相对低廉。但是在冬季,由于热空气的比重较轻,会大量聚集并且漂浮在空间上部,造成热量浪费[2];同时在跨度较大的空间布置散热器存在一定的困难,尤其是当建筑外墙设有幕墙时,散热器供暖的难度会显著提升。散热器供暖的原理主要是依靠对流散热,通过这样的方式进行供暖容易产生温度梯度大的问题,在10m以上的空间内温度可以突破30℃,但是在2m以下的空间气温可能只有3-5℃,气温分布存在明显差异。因此,高大空间建筑冬季供暖,不宜单独采用对流型散热器。

2.2优化气流组织设计

高大空间建筑因其层高高,体积大,在空间上会形成温度差异,温度梯度会出现递增或递减,并且高大空间建筑外墙的面积和地面的面积比值较大,因此外界环境因素容易影响室内气流。

空调房间的气流组织不仅直接影响房间的空调效果,也影响空调系统的能耗量。高大空间建筑特别是冬季空调送风时,由于热空气的比重较轻,易于漂浮并积聚在高大空间上部,而空间下部人员活动区感觉不到热风,舒适感不佳且浪费能量。因此在空调系统设计时,优化气流组织设计,正确选用送风口形式,合理布置空调送回风口位置。气流组织根据建筑用途对空调房间的温湿度参数、允许风速、空气质量、温度梯度及空气分布特性指标的要求,结合房间几何形状、内部装修、工艺或家具布置等确定。

2.3防排烟系统的影响

由于高大空间建筑自身的特殊性,一旦发生火灾,和普通建筑相比,救火难度更大。主要是因为高大空间建筑的人员相对比较密集,可燃物比较多,在其空间内部很难设置防烟分隔设施,火灾产生的有毒气体蔓延快,很难及时排出,容易引发重大火灾事故,造成不必要的人员伤亡和经济损失。在《建筑防烟排烟系统技术标准》实施后,对高大空间建筑的防排烟系统设计提出了更高的要求,相较于普通建筑,高大空间建筑排烟量更大,排烟机房及排烟管道占据更多的建筑空间,对于空调系统的设置有一定的影响,需合理布置。

3、暖通空调设计优化策略

3.1空调负荷特点

针对高大空间建筑的空调冷热负荷计算,空调负荷有效区域占整个空间的比例很低,并且外墙面积与地板面积较大,导致外界对室内的自然对流影响较大,存在明显的周边负荷区。由于一次性容纳的人数比较多,对新风量和送风量都有较大的需求,但人均占有体积大,所以可以适当降低新风量标准,采用较低的空调换气次数。值得注意的是,冬季热负荷的计算要按照全室采暖的标准进行,在计算热负荷时,要充分考虑温度梯度的影响。高大空间民用建筑冬季室内计算温度可参照层高大于4m的工业建筑计算。

案例:某生产厂房占地面积1500m2,层高10m,采用的是空间网架结构。针对这种单层结构的建筑,应该分围护结构类别选定冬季室内计算温度,当计算地面耗热量时采用工作区温度tn=tg;计算屋面和天窗时采用屋顶下温度 ;計算外墙、门窗等耗热量时采用室内平均温度;其中tn——冬季室内计算温度;td——屋顶下温度;tg——工作地点温度;tnp——室内平均温度;△th——温度梯度;H——房间高度。

3.2比选冷热源方案

冷热源方案选择应充分考虑高大空间建筑的特点,结合当地能源政策,从使用的经济性和安全性加以分析比较,找出最佳方案。对于规模较小的建筑,受到使用面积的制约无冷热源机房,可采用风冷式冷热水机组;对于规模较大的建筑,无市政热网时,冷热源可采用水冷式冷水机组和锅炉。一般建筑内部还设有一些像办公场所和对外营业的场所等辅助房间,这类房间具有人员短期聚集的特点,辅助房间占地面积很小,但人员负荷和新风负荷却占了总空调负荷量的一大部分,由于负荷量变化较大所以在选择机组时要充分考虑各种因素,以便机组数可以满足部分负荷的需求。

3.3合理划分空调系统

空调系统形式、空调方式、系统服务范围及划分原则的不同,会带来不同的建筑空调系统的能源消耗。在高大空间建筑中的辅助空间,因其在使用功能、时间以及环境要求的不同,并且也和高大空间的主体部位有所区别,需合理划分空调系统,注意将建筑主体的空调系统与这些空间区分开,根据其使用功能、时间的不同来分别控制,从而达到空调优化和节能的效果。