文／何安良 江西省建筑設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)有限公司 江西南昌 330000

引言：

隨著城市化進(jìn)程的加速和建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，高大空間建筑越來越多地出現(xiàn)在人們的生活中。這些建筑的特殊形態(tài)和功能對暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了特殊的要求。本文將詳細(xì)探討高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1.高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

高大空間建筑的定義是指具有高大空間特點(diǎn)的建筑，如大型商場、體育場館、會展中心等。這些建筑的共同特點(diǎn)是空間高度較高，面積較大，人員密集，需要保持適宜的溫度和濕度，以及良好的空氣品質(zhì)。因此，其暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要充分考慮這些因素。

2.高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

2.1 滿足高大空間人員舒適性要求

暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還應(yīng)著重考慮人員的舒適性要求。人員的舒適感受與空氣的溫度、濕度、清潔度等都密切相關(guān)。因此，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)通過合理的設(shè)計(jì)方案和技術(shù)措施，確?？諝馄焚|(zhì)的優(yōu)良，提供適宜的溫濕度環(huán)境，并減少空氣中污染物和有害物質(zhì)的含量[1]。

公式1 表示了空氣的濕度調(diào)節(jié)能力。其中C 為相對濕度變化率，T1 為初始溫度下的濕度值，T2 為最終溫度下的濕度值。通過這個公式，我們可以計(jì)算出在給定的溫度變化下，空氣濕度的變化百分比。這可以幫助我們更好地理解空氣濕度調(diào)節(jié)的過程和影響因素。

2.2 高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮因素

2.2.1 建筑結(jié)構(gòu)類型與特點(diǎn)

高大空間建筑的結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)對暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要影響。這些影響包括建筑物的熱傳導(dǎo)性能、保溫性能、熱負(fù)荷和風(fēng)荷載等。因此，在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)時，應(yīng)充分了解并考慮建筑的結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)。

圖1 暖通空調(diào)管道通風(fēng)系統(tǒng)

2.2.2 氣流組織設(shè)計(jì)

氣流組織設(shè)計(jì)是高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。良好的氣流組織可以有效地提高系統(tǒng)的效率并提高空間的舒適度。設(shè)計(jì)時，應(yīng)根據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)，結(jié)合使用功能需求，對送風(fēng)口、回風(fēng)口的位置和分布進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。

圖2 暖通空調(diào)暖通實(shí)例圖

2.2.3 能源利用與節(jié)能

在高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮能源利用和節(jié)能措施?？梢岳每稍偕茉慈缣柲?、地?zé)崮艿?，并采用各種節(jié)能設(shè)備和措施，如能源回收水箱、變頻控制系統(tǒng)等，以降低系統(tǒng)的能源消耗。

2.2.4 噪音與振動控制

高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的噪音和振動問題也不容忽視。應(yīng)選擇低噪音、低振動的設(shè)備，并采取有效的消音、減振措施，以減少系統(tǒng)運(yùn)行時對環(huán)境的影響。

2.2.5 安全與可靠性

高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的安全性和可靠性也是設(shè)計(jì)時需要考慮的重要因素。應(yīng)確保系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的安全穩(wěn)定，避免因設(shè)備故障等原因?qū)е碌牟话踩录?。為此，可采取一系列技術(shù)措施如冗余設(shè)計(jì)、自動監(jiān)控等以提高系統(tǒng)的安全性和可靠性[2]。

2.2.6 經(jīng)濟(jì)性與可維護(hù)性

高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性也是設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的重要因素。應(yīng)選用性價比高的設(shè)備、材料和技術(shù)方案，并考慮系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，以便在系統(tǒng)運(yùn)行過程中進(jìn)行維護(hù)和升級。

2.3 合理選擇暖通空調(diào)設(shè)備及布置方式

2.3.1 制冷設(shè)備的選擇

高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中的制冷設(shè)備應(yīng)選用高效、低能耗、低噪音的設(shè)備。在設(shè)備選擇時，應(yīng)充分考慮其制冷量、能效比、噪音等級等因素，并根據(jù)建筑的實(shí)際需求進(jìn)行選型。

2.3.2 熱泵設(shè)備的選擇

熱泵是一種能夠從外部環(huán)境中吸收熱能并轉(zhuǎn)化為有用能源的設(shè)備。在高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中，熱泵設(shè)備可以作為一種節(jié)能的方案。在選擇熱泵設(shè)備時，應(yīng)考慮其制冷量、制熱量、能效比、噪音等級等因素，并根據(jù)建筑的實(shí)際需求進(jìn)行選型[3]。

2.3.3 通風(fēng)設(shè)備的選擇

高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中的通風(fēng)設(shè)備應(yīng)選用高效、低噪音的設(shè)備。在設(shè)備選擇時，應(yīng)充分考慮其排風(fēng)量、風(fēng)壓、噪音等級等因素，并根據(jù)建筑的實(shí)際需求進(jìn)行選型。

2.3.4 空氣處理設(shè)備的選擇

高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中的空氣處理設(shè)備可以包括空氣過濾器、加濕器、除濕器等。在設(shè)備選擇時，應(yīng)充分考慮其空氣過濾效果、加濕或除濕效果等因素，并根據(jù)建筑的實(shí)際需求進(jìn)行選型。

2.3.5 制冷設(shè)備的布置方式

制冷設(shè)備的布置應(yīng)考慮到系統(tǒng)的制冷效果和能耗。在布置制冷設(shè)備時，應(yīng)盡量將設(shè)備布置在建筑物的中部或上部，以減少制冷能量的損耗。此外，制冷設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口應(yīng)避免直接面對建筑物的出風(fēng)口或大面積的玻璃窗，以避免熱空氣直接進(jìn)入設(shè)備。

2.3.6 熱泵設(shè)備的布置方式

熱泵設(shè)備的布置應(yīng)考慮到系統(tǒng)的制熱效果和能耗。在布置熱泵設(shè)備時，應(yīng)盡量將設(shè)備布置在建筑物的中部或上部，以減少制熱能量的損耗。此外，熱泵設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口應(yīng)避免直接面對建筑物的出風(fēng)口或大面積的玻璃窗，以避免冷空氣直接進(jìn)入設(shè)備[4]。

2.3.7 通風(fēng)設(shè)備的布置方式

通風(fēng)設(shè)備的布置應(yīng)考慮到系統(tǒng)的通風(fēng)效果和能耗。在布置通風(fēng)設(shè)備時，應(yīng)盡量將設(shè)備布置在建筑物的下部分層或吊頂內(nèi)，以避免擾亂氣流并降低噪音。此外，通風(fēng)設(shè)備的出風(fēng)口應(yīng)避免正對人員活動區(qū)域或主要出入口，以避免影響人員舒適度和氣流分布。

2.3.8 空氣處理設(shè)備的布置方式

空氣處理設(shè)備的布置應(yīng)考慮到系統(tǒng)的空氣處理效果和能耗。在布置空氣處理設(shè)備時，應(yīng)盡量將設(shè)備布置在建筑物的中部或上部，以減少能量的損耗。此外，空氣處理設(shè)備的進(jìn)風(fēng)口應(yīng)避免直接面對建筑物的出風(fēng)口或大面積的玻璃窗，以避免空氣直沖。

2.4 優(yōu)化控制系統(tǒng)，提高能源利用效率

2.4.1 能量管理

能量管理是優(yōu)化控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，其目的是實(shí)現(xiàn)能源的合理分配和有效利用。在高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中，需要精確控制制冷和制熱量，以及濕度的調(diào)節(jié)，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。

2.4.2 空氣流動控制

空氣流動控制是保證室內(nèi)空氣品質(zhì)的重要手段。通過合理控制送風(fēng)和排風(fēng)的比例和速度，可以有效地改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，同時減少能源的浪費(fèi)[5]。

2.4.3 人體舒適度調(diào)節(jié)

人體舒適度調(diào)節(jié)是高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的重要功能之一。通過調(diào)節(jié)溫度、濕度、空氣流動等參數(shù)，可以滿足不同人員的舒適度需求，減少不必要的能源消耗。

2.4.4 室內(nèi)空氣品質(zhì)控制

室內(nèi)空氣品質(zhì)控制是高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的核心要求之一。除了保證空氣的新鮮度和流通性外，還需要對空氣中的細(xì)菌、病毒等有害物質(zhì)進(jìn)行過濾和清除，以保障人員的健康和舒適。

2.5 考慮設(shè)備和系統(tǒng)的安全性和維護(hù)便利性

2.5.1 設(shè)備選型

設(shè)備選型是高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，需要充分考慮設(shè)備的安全性和維護(hù)便利性。在選擇設(shè)備時，需要考慮設(shè)備的性能、可靠性、安全性以及維護(hù)保養(yǎng)的難易程度等因素。此外，還需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)備的定制和選配，以滿足特定場景的需求。

2.5.2 系統(tǒng)布局

系統(tǒng)布局是高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)之一，需要考慮設(shè)備和系統(tǒng)的安全性和維護(hù)便利性。在布局系統(tǒng)時，需要合理安排設(shè)備的安裝位置和線路的走向，以減少設(shè)備的運(yùn)行風(fēng)險和提高維護(hù)便利性。此外，還需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方式的定制和選配，以滿足特定場景的需求。

2.5.3 控制策略

控制策略是高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，需要充分考慮設(shè)備和系統(tǒng)的安全性和維護(hù)便利性。在制定控制策略時，需要選用具有智能控制功能的設(shè)備并合理的應(yīng)用智能控制技術(shù)對整個暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控。

2.5.4 維護(hù)保養(yǎng)

維護(hù)保養(yǎng)是高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的重要組成部分之一，需要充分考慮系統(tǒng)和設(shè)備的安全性和維護(hù)便利性。在制定維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃時，需要定期對設(shè)備進(jìn)行檢查、清理、維護(hù)和保養(yǎng)，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命。此外，還需要建立完善的維護(hù)保養(yǎng)記錄和故障處理機(jī)制，以便及時發(fā)現(xiàn)和處理問題。

3.高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 負(fù)荷計(jì)算與設(shè)備選型

在設(shè)計(jì)初期，我們需要根據(jù)建筑的使用功能、空間布局等因素，對暖通空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，選擇合適的設(shè)備型號，確保系統(tǒng)在滿負(fù)荷和部分負(fù)荷工況下都能高效運(yùn)行。

對于高大空間的暖通空調(diào)系統(tǒng)，我們應(yīng)特別關(guān)注以下幾點(diǎn)：

（1）人員密度和分布情況對冷熱負(fù)荷的影響；

（2）高大空間的外墻和屋頂?shù)臒醾鲗?dǎo)系數(shù)；

（3）高大空間內(nèi)設(shè)備和照明產(chǎn)生的熱量。

根據(jù)以上三點(diǎn)，我們可以得出以下公式：

其中，Q 為冷熱負(fù)荷（W），q 為人員密度（人/m2），t 為時間（h），a 為建筑面積（m2），ARV 為空調(diào)區(qū)域的空氣體積（m3）。此公式可以用于估算高大空間暖通空調(diào)的冷熱負(fù)荷。

3.2 氣流組織與溫度控制

高大空間的氣流組織設(shè)計(jì)是暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵。我們應(yīng)根據(jù)空間的形狀、尺寸和使用情況，制定合理的送排風(fēng)口位置和尺寸，以及選擇適合的通風(fēng)方式。

對于溫度控制，我們通常采用分層空調(diào)的方式，將空調(diào)區(qū)域劃分為不同的高度區(qū)間，分別進(jìn)行溫度控制。這樣可以有效降低能源浪費(fèi)，提高系統(tǒng)的能效比。具體來說，我們可以用以下公式來計(jì)算分層空調(diào)時各區(qū)間的溫度：

其中，T1 為各區(qū)間的溫度（℃），T0 為基準(zhǔn)溫度（℃），ΔT 為各區(qū)間與基準(zhǔn)溫度的差值（℃），a1 為各區(qū)間的面積（m2），a0 為基準(zhǔn)區(qū)域的面積（m2）。此公式可以用于計(jì)算分層空調(diào)時各區(qū)間的溫度。

3.3 節(jié)能技術(shù)與智能調(diào)控

隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的節(jié)能技術(shù)被應(yīng)用到高大空間的暖通空調(diào)系統(tǒng)中。例如，地源熱泵技術(shù)利用地球表面的熱能，提供冷熱源；太陽能利用技術(shù)通過太陽能集熱器提供熱水或熱能等。這些技術(shù)的應(yīng)用可以大大降低系統(tǒng)的能耗。

同時，智能調(diào)控技術(shù)如自適應(yīng)控制、模糊控制等也被應(yīng)用到暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)中。通過實(shí)時監(jiān)測室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度、空氣質(zhì)量等），自動調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。

在此可以引出另一個重要的公式：

其中E 為單位時間能耗（W），ΔQ 為單位時間內(nèi)的冷熱負(fù)荷變化（W），Δt 為時間間隔（h）。該公式用于計(jì)算高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的能耗。通過對比不同節(jié)能技術(shù)下的能耗情況，我們可以評估各種節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效果。同時，智能調(diào)控技術(shù)通過實(shí)時監(jiān)測E 值的變化并自動調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)（如改變空氣流量或改變加熱/冷卻設(shè)備的功率），可以優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)并減少能源浪費(fèi)。

4.高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 氣流組織設(shè)計(jì)

氣流組織設(shè)計(jì)是高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。良好的氣流組織可以有效地提高系統(tǒng)的效率并提高空間的舒適度。設(shè)計(jì)時，應(yīng)根據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)類型和特點(diǎn)，結(jié)合使用功能需求，對送風(fēng)口、回風(fēng)口的位置和分布進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。同時需要考慮到風(fēng)速、風(fēng)量、溫度分布等參數(shù)以及室內(nèi)人員的舒適度和健康需求。在設(shè)計(jì)中可以通過對氣流組織的模擬和分析來優(yōu)化設(shè)計(jì)方案并提高系統(tǒng)的效率。常用的氣流組織模擬軟件包括Fluent、CFX 等。這些軟件可以模擬流體流動、傳熱傳質(zhì)等過程并可以對模擬結(jié)果進(jìn)行分析和優(yōu)化。

4.2 全空氣系統(tǒng)與空氣-水系統(tǒng)選擇

高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)可采用全空氣系統(tǒng)或空氣-水系統(tǒng)。全空氣系統(tǒng)指制冷劑直接蒸發(fā)制冷，適用于大空間低負(fù)荷場所而空氣水系統(tǒng)指制冷劑通過載冷劑（水或乙二醇等）制冷，適用于負(fù)荷較高使用功能較復(fù)雜的場所因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇全空氣系統(tǒng)具有簡單穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，但同時也存在能耗較高的問題?？諝?水系統(tǒng)雖然復(fù)雜度較高，但能夠更好地滿足復(fù)雜的功能需求，并且具有較低的能耗。在選擇系統(tǒng)類型時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行綜合考慮。

4.3 一次回風(fēng)與二次回風(fēng)系統(tǒng)

高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)可采用一次回風(fēng)或二次回風(fēng)系統(tǒng)。一次回風(fēng)系統(tǒng)指新風(fēng)與部分排風(fēng)混合后直接送入室內(nèi)，適用于小空間、負(fù)荷較輕的場所二次回風(fēng)系統(tǒng)指新風(fēng)與部分排風(fēng)混合后再與室內(nèi)空氣混合然后再送入室內(nèi)，適用于大空間、負(fù)荷較高的場所。在設(shè)計(jì)時。一次回風(fēng)系統(tǒng)具有較低的投資成本和運(yùn)行費(fèi)用，但同時也存在新風(fēng)量不足的問題。二次回風(fēng)系統(tǒng)能夠更好地滿足大空間的需求，但同時也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。在選擇系統(tǒng)形式時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮[6]。

4.4 補(bǔ)風(fēng)與排風(fēng)系統(tǒng)

補(bǔ)風(fēng)與排風(fēng)系統(tǒng)是高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的核心組成部分。對于補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)而言，其主要目的是在保證空調(diào)區(qū)域微環(huán)境空氣質(zhì)量的同時，防止空調(diào)區(qū)域的空氣氣壓波動，確保工作區(qū)的空氣流通。高大空間的暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的補(bǔ)風(fēng)量一般要大于排風(fēng)量，這樣既能保證空間內(nèi)的空氣流通，又能避免因冷熱不均造成的能源浪費(fèi)。

在排風(fēng)系統(tǒng)中，為防止倒灌和交叉感染等問題，高大空間的暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置排風(fēng)罩，并確保排風(fēng)罩的吸入口低于室內(nèi)排風(fēng)口，同時需在排風(fēng)口附近設(shè)置溫度傳感器，以便實(shí)時監(jiān)控室內(nèi)溫度[7]。

4.5 熱回收與節(jié)能措施

熱回收與節(jié)能措施是高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。采用熱回收技術(shù)可以有效降低空調(diào)能耗，提高能源利用率。常用的熱回收設(shè)備有熱回收環(huán)、熱回收盤管等。這些設(shè)備能夠?qū)⑴棚L(fēng)中的熱量回收，再利用，從而減少新風(fēng)的加熱量，達(dá)到節(jié)能的目的。

在節(jié)能措施方面，除了選擇能效高的空調(diào)設(shè)備外，還可以考慮使用可再生能源，如太陽能、地源熱泵等。同時，通過合理的氣流組織設(shè)計(jì)，優(yōu)化溫度和濕度的控制策略，以及采用自動控制系統(tǒng)等手段，都可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

結(jié)語：

通過本文的撰寫，旨在為設(shè)計(jì)師和技術(shù)人員提供一些實(shí)用的參考資料，同時，也希望通過我們的工作，能激發(fā)他們的創(chuàng)新思維，進(jìn)一步優(yōu)化高大空間暖通空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。