高大空間暖通空調(diào)系統(tǒng)
現(xiàn)在很多大型的建筑一般具有高度高、體積大等顯著特點。一般的大型建筑高度都在10 m 以上,有一些體育場館的高度更高,達(dá)到30 m 以上。這些大型建筑具有如下特點:
(一)高度較高,在空間上形成溫差梯度。建筑外墻面積與地面面積比差異大,室內(nèi)氣流易受外界影響。
(二)人員聚集,使用時間集中,諸如影劇院、多功能會議中心等對舒適度提出了較高要求,空調(diào)冷、熱負(fù)荷分布不均勻。
(三)具有多個功能區(qū)域,對于不同功能區(qū)域的環(huán)境空調(diào)負(fù)荷要求不一。
例如,劇場舞臺外墻上外窗少,夏季圍護結(jié)構(gòu)的冷負(fù)荷相對小,觀眾廳密集,新風(fēng)量大,導(dǎo)致冷負(fù)荷較大;而舞臺區(qū)域人相對不多,冷負(fù)荷主要來自電氣設(shè)備發(fā)熱、燈光照明;劇場辦公、休息區(qū)域等與一般辦公樓一樣,采用一般的空調(diào)系統(tǒng)即可。
又如,體育場館人員、燈光照明、設(shè)備等散熱量占總冷負(fù)荷約70%,新風(fēng)冷負(fù)荷約20%,其余為圍護結(jié)構(gòu)。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)功能不同劃分不同區(qū)域,分別計算其制冷負(fù)荷,選擇更加合理的空調(diào)系統(tǒng)。
冷熱源的選擇
由于高大空間空調(diào)系統(tǒng)的特殊性,所以要獨立設(shè)置冷、熱源。如果區(qū)域內(nèi)設(shè)置有區(qū)域供冷、供熱站時,為了合理利用資源,要多利用區(qū)域供冷、供熱站。
對冷熱源的選擇,可以采用常規(guī)的電動壓縮式制冷機組、直燃式制冷制熱機組、集中式換熱站和鍋爐房,且風(fēng)冷熱泵機組可以做為輔助熱源來使用。
近幾年,經(jīng)濟較好的地方也開始使用新型技術(shù)來節(jié)省能源、保護環(huán)境,如冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)、地源/水源熱泵系統(tǒng)等。
分析現(xiàn)狀
(一)上送下回全空氣空調(diào)系統(tǒng)
在這套系統(tǒng)內(nèi),在上方的網(wǎng)架空間內(nèi)或在頂棚安裝有送風(fēng)口,在側(cè)墻或者下方座椅旁邊設(shè)置回風(fēng)口,可以從上到下把氣流輸送到人員區(qū)域內(nèi),并由回風(fēng)系統(tǒng)將其排出。
機械集中的排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)放置在舞臺空間的頂部或上部。設(shè)計過程中要注意,熱、冷源需在距離地面大概兩米的人員停留區(qū)域,氣流的平均風(fēng)速為0.2 ~ 0.5 m / s,而送風(fēng)口的風(fēng)速一定要小于等于10 m / s。
旋流風(fēng)口或噴口是上送風(fēng)系統(tǒng)中的主要適用風(fēng)口,主要特點是大風(fēng)量、低噪音、風(fēng)速可控、射程遠(yuǎn)、穩(wěn)定的阻力特性,所以很多空間很大的建筑會使用旋流風(fēng)口。該風(fēng)口不僅可以安裝在如會議室等層數(shù)較低的樓層,而且也可安裝在體育館、廠房、機場等層高很高的地方。
空氣處理完后會被上送風(fēng)系統(tǒng)運送到各個不同的地方,以滿足各種不同的需求。
然而,有利就有弊,該套系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相比會消耗更多資源,且由于熱空氣的進(jìn)入會使人員區(qū)域內(nèi)的空氣質(zhì)量相對較差,不利于健康。所以,設(shè)計過程中,不僅要考慮環(huán)保,更要在環(huán)保的基礎(chǔ)上選擇性價比較高的系統(tǒng)。
(二)輔助房間內(nèi)系統(tǒng)的設(shè)計
在許多大型的公共建筑內(nèi)部,通常會有一部分輔助房間,如會議室、貴賓休息室、機房、器材室等。這些輔助房間的功能、構(gòu)造、部位、環(huán)境、使用條件與主體部位不一樣,所以對輔助房間的空調(diào)系統(tǒng)要單獨設(shè)置節(jié)約能源。
輔助房間的系統(tǒng)有加新風(fēng)系統(tǒng)、恒溫恒濕系統(tǒng)、多聯(lián)機系統(tǒng)等可以選擇。
選擇好之后,要按照房間的使用時間和功能的不同來區(qū)分控制,同時也要與主系統(tǒng)區(qū)分,以節(jié)約能源,達(dá)到最好的效果。
(三)采暖系統(tǒng)
現(xiàn)在的高大空間公共建筑使用的次數(shù)一般較少,大部分時間都在閑置中。
相對來說,更為寒冷的北方的大型建筑在冬季一般會采用以空調(diào)采暖為主、地暖或者散熱器等其他采暖方式為輔的采暖方式。
建造時,幾種不同的采暖系統(tǒng)不能設(shè)計在一起。建筑在平時不使用時,關(guān)閉主系統(tǒng),只使用輔助取暖,輔助取暖的溫度一般為5 ~ 10℃。開始使用后,同時開啟兩種系統(tǒng)共同采暖。地暖也就是地板輻射采暖的原理是利用熱輻射來達(dá)到采暖的目的,相對比較舒適。
所以,在一些需要高溫度的場所采用地暖系統(tǒng)更為合適。地暖系統(tǒng)中,供回水的溫度不高,約45 ~ 55 ℃。地暖在建造時,為了達(dá)到最好的效果,從中間到外圍應(yīng)該逐漸增大管道的距離。
(四)下送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)
在大型建筑的大廳內(nèi),因為使用頻率低、空間大且人多,對噪聲的要求很嚴(yán)格。這種類型的大廳一般要使用下送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)。送風(fēng)口建造在座椅下面,頂棚會建造回風(fēng)口。
為了使使用者更加舒服,送風(fēng)口送的風(fēng)溫差小于5 ℃,以4 ℃為宜。在送風(fēng)口旁另設(shè)送風(fēng)道,并有一定的防火措施和降低噪音的措施等。
采用該系統(tǒng),大廳溫度會從下到上逐漸提高,各方面的指標(biāo)都很好,非常適合電影院的觀眾廳。
不過要注意,送風(fēng)口距離前面觀眾手肘處的距離在一米之內(nèi),從舒適度方面考慮,一定要嚴(yán)格控制觀眾所在區(qū)域的溫度和空氣流速。
首先,送風(fēng)口的風(fēng)溫以4 ℃為宜;其次,送風(fēng)口風(fēng)速要小于1.8 m / s。只有小于1.8 m / s,風(fēng)到達(dá)觀眾腿部的風(fēng)速才會不大于0.2 m / s,才能使觀眾擁有最好的體驗。
(五)分層空調(diào)系統(tǒng)
特點:該系統(tǒng)是利用更為合適的氣流對建筑的工作區(qū)域、非工作區(qū)域除外,進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚,在空間的中部設(shè)置高速噴口來作為工作區(qū)和非工作區(qū)的分界線。該系統(tǒng)的回風(fēng)口在送風(fēng)口的一側(cè)靠下位置,比其他系統(tǒng)更加節(jié)省能源,降低了20% ~ 40% 的能耗。
該系統(tǒng)的氣流組織:惻送下回是使用最多的方式。在建筑周圍的墻上設(shè)置送風(fēng)口,按照一定角度開始送風(fēng),初始風(fēng)速為6 ~ 12 m / s、送風(fēng)溫差為8 ~ 12 ℃。
當(dāng)射流落下時,低速通過工作區(qū)域,此時風(fēng)速為0.2 ~ 0.5 m / s 左右。為避免其他的物體檔風(fēng),應(yīng)在四米之上的高度設(shè)置送風(fēng)口。設(shè)計時的注意要點:
因為送風(fēng)口的設(shè)置點比工作區(qū)域高得多,噴口噴出的氣流正常情況不可能到達(dá)工作區(qū)域。為了使回流風(fēng)到達(dá)工作區(qū)域,需要在噴口的同一側(cè)面設(shè)置回風(fēng)口,使系統(tǒng)能夠達(dá)到使用的需要。
由于高大空間建筑的空間跨度較大,應(yīng)該使用兩側(cè)送風(fēng)回風(fēng)或者單側(cè)送風(fēng)回風(fēng)等形式進(jìn)行設(shè)計。
計算冷負(fù)荷時,一定要注意到非工作區(qū)域?qū)ぷ鲄^(qū)域的熱對流以及熱輻射所產(chǎn)生的冷負(fù)荷,并采用分層計算的方法計算冷負(fù)荷。分界層的高度越高,下層的空調(diào)區(qū)域就越大,所以冷負(fù)荷就會越大。對熱負(fù)荷進(jìn)行計算時,應(yīng)該使用全空間計算的方法。
當(dāng)該系統(tǒng)使用側(cè)送風(fēng)時,因為空調(diào)所動的風(fēng)射程較遠(yuǎn)、所送氣流溫差較大等原因,會造成該系統(tǒng)制熱過程中熱空氣的抬升及該系統(tǒng)在制冷時內(nèi)部冷空氣的下降等現(xiàn)象明顯。
解決的方法有換送風(fēng)噴口,選擇一種可以根據(jù)要求隨時調(diào)節(jié)的噴口,在該系統(tǒng)使用的不同時間段內(nèi),按照不同的要求調(diào)整噴口的送風(fēng)位置,同時噴口的筏形應(yīng)該使用可以自配風(fēng)量的類型,按照使用時間的不同和對風(fēng)速要求的不同,不斷調(diào)整風(fēng)量,達(dá)到任何時間都能滿足人員需要的要求。
當(dāng)該系統(tǒng)的覆蓋范圍大于30m 時,可以在不同的高度位置上設(shè)置多個噴口來滿足需要。較高位置的噴口可以把風(fēng)送到更遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi),位置較低的噴口可以負(fù)責(zé)近處的區(qū)域,從而實現(xiàn)對整個區(qū)域的覆蓋。
將排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計在非工作區(qū)域的上部分,以排出工作區(qū)域發(fā)散出來的多余熱量。
同時,可以將上部分位置的溫度調(diào)解下來,減少非工作區(qū)域與工作區(qū)域的熱對流以及熱輻射所造成的不必要麻煩,從而保證該系統(tǒng)的順利工作,使其達(dá)到指定的環(huán)境要求,同時使其所在的建筑有一個良好的工作環(huán)境。分層空調(diào)系統(tǒng)具有很好的節(jié)能性、安全性、環(huán)保性,是一套相當(dāng)好的系統(tǒng)。
目前,該系統(tǒng)已經(jīng)運用到更多的高大空間建筑。
(六)新風(fēng)熱回收系統(tǒng)
對于人員密集、設(shè)備散熱量高的大型場所,如體育館、劇院、禮堂等,新風(fēng)熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用效果非常明顯。
冬夏季節(jié)空調(diào)系統(tǒng)的運行主要是啟動空調(diào)機組、關(guān)閉排風(fēng)機,以確保室外新風(fēng)可以先在空氣熱交換機組內(nèi)和室內(nèi)排風(fēng)系統(tǒng)中得到充分的熱交換處理。后經(jīng)過空調(diào)機組處理運輸至觀眾廳,使室內(nèi)排風(fēng)系統(tǒng)的余熱量充分利用,有效降低空調(diào)機組能耗。
春秋季空調(diào)系統(tǒng)的運行主要是啟動排風(fēng)機、關(guān)閉空調(diào)機組,室外新風(fēng)直達(dá)觀眾廳,開啟全新風(fēng)模式可提高室內(nèi)新風(fēng)量,改善人體的舒適感,降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。
該系統(tǒng)提高了空調(diào)系統(tǒng)余熱量的利用率,降低了系統(tǒng)能耗。設(shè)計時要嚴(yán)格防止冬季設(shè)備使用時被凍壞,嚴(yán)格控制排風(fēng)溫度不低于5 ℃。