大型建筑空调系统应该如何设计？

高大建筑通常指10米以上的建筑，这类建筑的主要特点是空间巨大、人流密集且使用功能多样。这些特点使得制冷需求相对复杂，包括但不限于维持室内温度和湿度的稳定，确保空气质量和流通，以及适应不同区域的不同需求。 这些大型建筑具有如下特点：

设计高大空间的暖通空调系统时，面临的挑战不仅仅局限于空间的大小。

1、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， 很多高大空间建筑需要在地下室或屋项上设置锅炉房，这使得高大空间建筑的热源设计变得更为复杂。

2、高大空间建筑往往高度较高 ， 这也加重了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。另外由于建筑高度的增加，风压差异和外部气候条件对室内环境的影响更为显著。例如，在高层建筑中，不同楼层可能会经历不同的风压和日照条件，这直接影响到制冷和供暖需求。

3、高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。随着建筑高度的增加，需要克服的阻力也增加，这可能导致能源效率降低。因此，如何设计高效的输送系统，同时保持系统的能效，是设计高大空间暖通空调系统时的另一个重要考虑因素。

一般来讲，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3m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。

1、冷热负荷特点

由于容纳的观众多，新鲜空气量和送风量应比一般建筑大，但由于人均体积大，可采用较小的换气次数，新风量的标准也可适当降低。

2、冷热源方案

在确定冷热源方案时应结合当地资源的特点，从经济性、安全性等方面进行论证。由于此类建筑均属于人员短期密集，辅助房间(如办公、对外营业场所等)面积占整个建筑面积的比例很小，人员负荷、灯光负荷、新风负荷占空调冷负荷的大部分，而且该部分负荷变化大，在选择机组台数时，应考虑以下几点因素：

（1）使得机组的台数应能满足负荷的变化要求；

（2）人员数量变化大，新风负荷变化大；

（3）不举办活动时，只有对外营业场所以及少量的办公等辅助用房需要供冷或供热。

3、设计原则

（1）体育馆、礼堂等属于人员密集、设备散热量大的场所，过渡季节仍然需要空调降温。室外进入的新风和部分回风混合后，经过滤、冷却或加热处理后送入比赛大厅。面积大的场馆划分多个通风空调系统区域，便于系统调节以及能量控制。辅助房间如贵宾室、休息厅、工作人员用房、服务用房可采用风机盘管加新风系统。

（2）一般来说，高大空间建筑物的使用率不高，闲置时间较长。在采暖地区，为节能和便于管理，采用空调送热风与散热器值班采暖相结合的方式。值班采暖温度按5℃或1O℃考虑，开展或举办活动期间，由空调系统补充不足的热量。

（3）高大空间建筑物多数为轻型结构，外围护结构多采用玻璃幕墙。因此，要注意维护结构表面结露问题。从节能和满足卫生要求的角度，暖通专业给建筑师提出围护结构的最经济传热阻。同时，设计热风幕系统， 自上而下或自下而上对玻璃幕墙表面进行加热。

（4）气流组织的选择应根据建筑物的类型、结构形式。体育馆、礼堂屋项结构形式多为网架或桁架，层高≥lOm，体育馆屋顶最高点可高达25m。体育馆的气流组织一般为高速射流顶送或侧送、座椅下回风或场地下回风、项部排风；礼堂的气流组织一般为喷口或旋流风口或散流器项送、场地下回风、舞台上空排风。

（5）空调机房的布置应以施工安装、管理维护方便，管道布置合理经济为原则。机房作为空间系统的核心部分，其位置的选择、面积的大小直接影响到系统的合理性以及使用效果。每个空调机房所承担的空调系统的面积不宜过大，宜控制在500m2以内，这样可以避免系统风量过大，管道尺寸合理。而且应尽可能靠近空调房间、靠近外墙，远离振动、噪声要求高的房间，便于送、回风管、进、排风口的布置 同时应避免布置在建筑物的核心筒内。机房的高度应按空调机组的高度以及风管、水管、电器桥架以及检修空间决定，一般净高控制在4～6m，否则会给施工安装、运行管理带来诸多不便。

1、上送下回全空气空调系统

• 在这套系统内，在上方的网架空间内或在顶棚安装有送风口，在侧墙或者下方座椅旁边设置回风口，可以从上到下把气流输送到人员区域内，并由回风系统将其排出。

  
  

  机械集中的排风系统应放置在舞台空间的顶部或上部。设计过程中要注意，热、冷源需在距离地面大概两米的人员停留区域，气流的平均风速为0.2 ～ 0.5 m / s，而送风口的风速一定要小于等于10 m / s。

  
  

  旋流风口或喷口是上送风系统中的主要适用风口，主要特点是大风量、低噪音、风速可控、射程远、稳定的阻力特性，所以很多空间很大的建筑会使用旋流风口。该风口不仅可以安装在如会议室等层数较低的楼层，而且也可安装在体育馆、厂房、机场等层高很高的地方。

  
  

  空气处理完后会被上送风系统运送到各个不同的地方，以满足各种不同的需求。

  
  

  然而，有利就有弊，该套系统与其他系统相比会消耗更多资源，且由于热空气的进入会使人员区域内的空气质量相对较差，不利于健康。 所以，设计过程中，不仅要考虑环保，更要在环保的基础上选择性价比较高的系统。

（二）辅助房间内系统的设计

• 在许多大型的公共建筑内部，通常会有一部分辅助房间，如会议室、贵宾休息室、机房、器材室等。这些辅助房间的功能、构造、部位、环境、使用条件与主体部位不一样，所以对辅助房间的空调系统要单独设置节约能源。

  
  

  辅助房间的系统有加新风系统、恒温恒湿系统、多联机系统等可以选择。

  
  

  选择好之后，要按照房间的使用时间和功能的不同来区分控制，同时也要与主系统区分，以节约能源，达到最好的效果。

3、采暖系统

• 现在的高大空间公共建筑使用的次数一般较少，大部分时间都在闲置中。

  
  

  相 对来说，更为寒冷的北方的大型建筑在冬季一般会采用以空调采暖为主、地暖或者散热器等其他采暖方式为辅的采暖方式。

  
  

  建造时，几种不同的采暖系统不能设计在一起。建筑在平时不使用时，关闭主系统，只使用辅助取暖，辅助取暖的温度一般为5 ～ 10℃。开始使用后，同时开启两种系统共同采暖。地暖也就是地板辐射采暖的原理是利用热辐射来达到采暖的目的，相对比较舒适。

  
  

  所以，在一些需要高温度的场所采用地暖系统更为合适。地暖系统中，供回水的温度不高，约45 ～ 55 ℃。地暖在建造时，为了达到最好的效果，从中间到外围应该逐渐增大管道的距离。

4、下送风空调系统

• 在大型建筑的大厅内，因为使用频率低、空间大且人多，对噪声的要求很严格。这种类型的大厅一般要使用下送风空调系统。送风口建造在座椅下面，顶棚会建造回风口。

  
  

  为了使使用者更加舒服，送风口送的风温差小于5 ℃，以4 ℃为宜。在送风口旁另设送风道，并有一定的防火措施和降低噪音的措施等。

  
  

  采用该系统，大厅温度会从下到上逐渐提高，各方面的指标都很好，非常适合电影院的观众厅。

  
  

  不过要注意，送风口距离前面观众手肘处的距离在一米之内，从舒适度方面考虑，一定要严格控制观众所在区域的温度和空气流速。

  
  

  首先，送风口的风温以4 ℃为宜；其次，送风口风速要小于1.8 m / s。只有小于1.8 m / s，风到达观众腿部的风速才会不大于0.2 m / s，才能使观众拥有最好的体验。

5、分层空调系统

• 特点： 该系统是利用更为合适的气流对建筑的工作区域、非工作区域除外，进行适当的处理，在空间的中部设置高速喷口来作为工作区和非工作区的分界线。该系统的回风口在送风口的一侧靠下位置，比其他系统更加节省能源，降低了20% ～ 40% 的能耗。

  
  

  该系统的气流组织： 恻送下回是使用最多的方式。在建筑周围的墙上设置送风口，按照一定角度开始送风，初始风速为6 ～ 12 m / s、送风温差为8 ～ 12 ℃。

  
  

  当射流落下时，低速通过工作区域，此时风速为0．2 ～ 0.5 m / s 左右。 为避免其他的物体档风，应在四米之上的高度设置送风口。设计时的注意要点：

  
  

  
  

  目前，该系统已经运用到更多的高大空间建筑。

• 因为送风口的设置点比工作区域高得多，喷口喷出的气流正常情况不可能到达工作区域。为了使回流风到达工作区域，需要在喷口的同一侧面设置回风口，使系统能够达到使用的需要。

  
  

• 由于高大空间建筑的空间跨度较大，应该使用两侧送风回风或者单侧送风回风等形式进行设计。

  
  

• 计算冷负荷时，一定要注意到非工作区域对工作区域的热对流以及热辐射所产生的冷负荷，并采用分层计算的方法计算冷负荷。分界层的高度越高，下层的空调区域就越大，所以冷负荷就会越大。对热负荷进行计算时，应该使用全空间计算的方法。

  
  

• 当该系统使用侧送风时，因为空调所动的风射程较远、所送气流温差较大等原因，会造成该系统制热过程中热空气的抬升及该系统在制冷时内部冷空气的下降等现象明显。

  解决的方法有换送风喷口，选择一种可以根据要求随时调节的喷口，在该系统使用的不同时间段内，按照不同的要求调整喷口的送风位置，同时喷口的筏形应该使用可以自配风量的类型，按照使用时间的不同和对风速要求的不同，不断调整风量，达到任何时间都能满足人员需要的要求。

  
  

• 当该系统的覆盖范围大于30m 时，可以在不同的高度位置上设置多个喷口来满足需要。较高位置的喷口可以把风送到更远的区域内，位置较低的喷口可以负责近处的区域，从而实现对整个区域的覆盖。

  
  

• 将排风系统设计在非工作区域的上部分，以排出工作区域发散出来的多余热量。

  同时，可以将上部分位置的温度调解下来，减少非工作区域与工作区域的热对流以及热辐射所造成的不必要麻烦，从而保证该系统的顺利工作，使其达到指定的环境要求，同时使其所在的建筑有一个良好的工作环境。分层空调系统具有很好的节能性、安全性、环保性，是一套相当好的系统。

  
  

6、新风热回收系统

• 对于人员密集、设备散热量高的大型场所，如体育馆、剧院、礼堂等，新风热回收系统的应用效果非常明显。

  
  

  冬夏季节空调系统的运行主要是启动空调机组、关闭排风机，以确保室外新风可以先在空气热交换机组内和室内排风系统中得到充分的热交换处理。后经过空调机组处理运输至观众厅，使室内排风系统的余热量充分利用，有效降低空调机组能耗。

  
  

  春秋季空调系统的运行主要是启动排风机、关闭空调机组，室外新风直达观众厅，开启全新风模式可提高室内新风量，改善人体的舒适感，降低空调系统能耗。

  
  

  该系统提高了空调系统余热量的利用率，降低了系统能耗。设计时要严格防止冬季设备使用时被冻坏，严格控制排风温度不低于5 ℃。