高大空间空调节能设计

摘要：高大空间体量较大，空调系统不仅要保证空调区域的各项舒适度参数，系统的节能运行更是需要着重考虑的问题，尤其是在严寒和寒冷地区，空调的全年运行参数不同，需要同时保证冬夏季及过渡季室内设计参数，空调系统形式的选择尤为重要。本文结合具体工程，论述高大空间可采用的节能设计措施。

关键词：高大空间；空调；节能；下部送风；风机

中图分类号：TB657文献标识码： A

一、高大空间空调节能设计应考虑的问题

（一）针对工程特点，正确计算建筑冷负荷

设计冷负荷是选择设备的主要依据，许多空调建筑即使在最热的夏季，仍有1/3的冷水机组是不运行的，有的甚至高达1/2。会导致制冷机多数时间在部分负荷下低效率运行，造成投资和能源浪费。设计中冷负荷取值过大是造成此类问题的主要原因。所以正确地计算建筑冷负荷对整个系统的设计十分重要。

（二）选择高效运行的风机、水泵等设备，保证风系统及水系统的运行节能

在空调设备运行中，风机、水泵的能耗一般占系统总能耗的15%～20%，风系统和水系统庞大和复杂，不仅管路和设备投资较高，而且耗能也较大。应从节能、安全性和维护管理等方面综合平衡后进行合理的考虑和安排才能使风机、水泵在任何情况下均处于高效率点节能运行。

（三）合理布置系统管路，必要时设置水力平衡阀门

空调设计节能措施关系到国家的节能政策和项目的投资运用费用，在符合国家节能政策的前提下，设计人员应根据项目所处的地理位置，经技术经济分析后，决定采用适用的节能设计措施。空调形式的节能与否应全方位综合考虑，不能以一代全，以点带面，盲目跟风、追新、追亮点。

二、工程概况

本工程厂房总建筑面积 12320m2，局部为 2 层，总建筑高度为 14 m。全部采用集中空调系统。其中北侧为生产、调试、装配区，单层，长 114m，宽 18 m，净高 13.6 m，其南侧与其他车间相连。建筑面积 2 052 m2，建筑体积 27 910 m3，只有该部分属于高大空间厂房。1

三、高大空间空调节能设计的要点

（一）空调方式的选择

建筑净高 13.6 m，建筑体积 27 910 m3，适合分层空调，采用全空气集中式分层空调方式。沿其长度方向布置 3 个系统，分别为 K-1、K-2 和 K-3 系统。分层空调区高度与建筑物高度之比 h1/H≤1/2 时，这种空调方式才经济合理。根据生产设备高度和气流组织的要求，分层面定为 6.0 m，工作区域高度为 3.1 m。分层面以下的空间为空调区，以上为非空调区。在非空调区设置通风系统，排除上部余热，降低上部空调温度和屋顶内表面温度，以达到减少非空调区的对流热转移和辐射热转移量的效果。

（二）采用下部送风的空调系统形式

下部送风的空调系统形式作为一种通风效率高、空气龄短、空气品质较高的通风方式，通常可分为置换通风和地板送风的方式。置换通风是将经过处理或未经处理的空气，以低风速、低湍流度、小温差的方式送入室内人员活动区的下部，使送入房间的气流在地板上均匀分布，首先带走人员负荷，然后，升温的空气上升至上部空间，被灯光等设备散发的热量加热，在房间上部空间形成滞留层，从

滞留层中带走房间余热和污染物。形成以热烟羽形式向上的对立气流，有效地将热量和污染物排出人员活动区。地板送风（UFAD）是指利用地板静压箱，将经热湿处理的空气由地板送风风口送到人员活动区的气流组织形式，与置换通风相比，地板送风以较高的风速从尺寸较小的地板送风口送出，形成相对较强的空气混合，因此送风温度可较置换通风的低，系统负担的冷负荷也大于置换通风，但

是地板送风的风口附近区域不应有人长期停留。下部送风方式的节能性还体现在，送风温度较高，一般为16～18℃，随着送风温度的提高，冷水机组的出水温度提高，COP值也相应提高，因此对于除湿要求不严格的场所，是一种舒适节能的系统形式。

选择下部送风的空调方式，对提高人员活动区的空气质量，优化室内能量分配，改善通风效率非常有利，对高大空间建筑具有明显的节能效果。设计上应注意的是，送风温度不宜过低，置换式通风送风温度不宜低于１８ ℃，地板送风不宜低于１６℃。置换通风的污染源亦为热源，且污染气体密度较小，室内人员活动区０．１～１．１ｍ高度的空气竖直温差不宜大于３℃，因此置换通风的方式通常送风风量会比较大，从热量的流向上虽是一种节能的空调送风形式，但节能性还需要考虑风系统的能耗进行综合的考量。无论是置换通风还是地板送风，在热力的作用下都会产生室内空气分层的现象，设计时应控制分层界面的高度在人员活动区以上，以保证人员活动区域的空气质量和热舒适性。此外，这两种气流组织形式应避免同其他的气流组织形式出现在同一空调区，以免影响房间内的空气分层。2

（三）采用可实现全新风运行或可调新风比的措施

在空调系统的节能设计中，应尽可能地利用室外空气，减少冷热源的耗量。对于人员密集的大空间，如商场建筑、影剧院、体育馆、会展中心等，宜选择全空气定风量空气调节系统，在室外空气比焓低于室内空气比焓的过渡季节，可实现全新风运行，直接利用室外较低温度的新风来供冷，可以得到明显的节能效果，尤其是在室外空气比焓低于室内空气比焓时间较多的北方及沿海城市、在冬季室外温度较高的南方城市，节能的潜力更大，同时带来的一个优势是新风量的增大使室内空气品质得到提高。

（四）几种配合方式

全新风运行一个重要的配合要素是，一定要保证与之对应的机械排风系统，防止全新风运行时房间正压过大无法达到要求的新风量。可采用以下几种配合方式：

1、定风量送风机＋定风量回风机的双风机系统

该系统的运行特点是：送、回风机均定速运行，通过改变新风、回风和排风风阀来改变新风量的大小。这种方法可以灵活控制新风量，实现新风补入的无级调节，根据室内外的空气状态参数适时调节新风量，达到节能和卫生的最佳运行状态，但是这种方式需要占用较多的空调机房空间，而且送风机及排风机为定速运行，风系统运行不节能。3

2、定风量送风机＋变风量排风机的双风机系统

该系统的运行特点是：送风机定速运行，排风机变速运行，过渡季节新风阀全开、回风阀关闭，同时排风机高速运行排风，非过渡季调节新风阀的开度满足室内最小新风量的需求，排风机低速运行，以小风量向外排风，保证房间内的正压。这种运行方式还可和机械排烟系统相结合，即排风机兼作排烟风机，低速运行用于非过渡季节的排风，高速运行用作全新风运行时的排风和失火时的排烟。排风机可不设置在空调机房内，也可设置在机房内，还可在机房内吊装，不占用空调机房的面积，布置更加灵活。

3、排风热回收与空调送风相结合的空调系统形式

可以选用带热回收段的空调机组，如果空调机房空间不足，不能选用带热回收段的机组，则可采用立式空调机组＋吊装新风热回收机组，简化系统装置，有效利用机房的空间。新风量采用焓值控制的方式，当室外空气比焓大于室内空气比焓时，根据房间所需要最小新风量调节新风阀的开度，保证房间的卫生标准，室外空气比焓小于室内空气比焓时，新风阀全部打开，同时关闭回风风口风阀，空调送风改为全新风运行。

全新风设计尚需注意必须设置与新风量相适应的排风系统，新风入口的面积必须满足最大新风量的要求，按风口风速为２．０～４．５ｍ／ｓ计算，并且根据选用样本考虑风口的有效面积系数，如无资料，可按０．５考虑，计算结果算出的新风口尺寸会比较大，需要协调建筑专业，结合建筑立面留出新风口。因新风风道占用空间大，建议空调机房最好靠外墙布置。

结语

综上，高大空间厂房的空调设计，应按分层空调计算空调冷负荷。分层高度越低，负荷越小，节能效果越好。实测结果表明，只对某一高度以下区域有空调要求的高大厂房，采用分层空调是一种经济有效的方式。

参考文献

[1]陈雷，任荣.不同分层高度下的空调室内热环境实测分析[J]. 制冷与空调. 2010(02)

[2]张永建，田冀锋. 高大厂房分层空调数值模拟[J]. 建筑节能. 2010(07)

[3]黄崴，危江兰. 分层空调在高大空间建筑中的运用[J]. 民营科技. 2010(11)