關鍵詞:大空間負荷特性，氣流組織，空調，節能
前言:
20世紀以來，隨著人類生存和發展的需要，各國紛紛興建大型公共建築，如電影院、劇院、體育館、展覽館、機場航站樓、高層建築中的中庭等，越來越受到人們的關註。為了充分發揮這些建築的功能，創造高品質的環境，暖通空調技術也必須不斷提高。傳統的大空間建築在造型、結構和功能上變化不大，積累了豐富的工程經驗。現代大空間建築造型獨特，體量龐大，依靠傳統經驗很難滿足各方面的要求。有必要使用計算機模擬來進行設計預測。以下是對大空間建築空調設計的簡要概述。
壹、大空間建築的特點
(1)大空間高度高。這是產生溫度梯度的主要原因。
(2)大空間的外墻面積與地面面積之比大(圖1)。這就形成了外界面對室內空間自然對流的很大影響，冬季容易造成周圍的下沈氣流。
(3)居住區人均占有空間大(圖1)。從健康的角度來說是好的，可以用較小的換氣次數。
(4)多功能要求。要求空調滿足多環境、靈活控制。
二、負載特性
各種大空間建築中的整合因子所占的比例不盡相同。圖2顯示了它們之間的區別。
三、空調風量和通風次數
空調風量的決定因素可以是:1。冷熱負荷的處理要求；2.保持室內清潔；3.保證換氣次數；4.符合法律法規的要求。1，2，3可以通過常規計算確定，但三項有時是基於缺乏實踐經驗。對於常規的電影院和禮堂來說，人均音量是比較壹致的。室內負荷計算和送風溫差得到的人均風量相近，對應的換氣次數壹般在4 ~ 6次/之間，但這些指標不壹定適用於體型復雜、空間大小不規則、居住密度高的情況。以體育建築為例，換氣次數最大為4.5次/，最小為1.2次/。這是因為:1。這種建築龐大，球場人少；2.設計中對負荷的處理和計算不同，所以計算確定的通風次數差別很大。但只要采用有效的氣流組織，即使換氣次數很少，也能滿足空調的要求。
四、空調方式、氣流組織及相關問題
1.空調方式和氣流組織對室內環境和負荷的影響。
不同的空調形式或氣流組織對室內溫度的垂直分布影響很大(如圖3)。此外，空調的回風方式對負荷率也有很大的影響(如圖4，宮川康史的研究)，所以在設計中氣流組織和負荷計算是相互關聯的。
2.空調和誘導通風在住宅區(工作區)的應用。
對於壹般影院和場館的空調氣流組織，由於高度有限，壹般采用綜合空調，輔以較為常規的氣流組織形式。然而，大空間室內溫度分層現象非常嚴重。實踐證明，在不同的場合可以通過不同的分層空調方式來實現。住宅區(工作區)空調的基本原理是:(1)制冷時，冷氣只送到工作區。另外，利用室外空氣或回風分隔上層非空調房間，或滿足消防和排煙的需要。(2)供暖時，送風溫差要小，要送到工作區。條件允許時結合輻射供暖。采取這些措施後，空調負荷可降低30%~40%。采用感應方式(感應密封的感應比之和為4~5倍)，使上下溫度分布均勻。對於大空間空調來說，最重要的是氣流的控制。
3.大空間送風方式的總體選擇。
對於不同類型的公共建築和入住人群，送風方式的總體考慮有以下原則:對於長時間入住，對舒適度要求較高的場合，如劇院觀眾廳、宗教教堂、大教室等。無論尺寸大小，都適合使用天花板噴嘴；對於停留時間較長，但對舒適度要求不高的場合，如健身房、室內棒球場、大型車間等，吊頂式噴頭和側向噴頭比較合適；對於短暫停留的場合，如機場大廳和門廳，不適合使用天花板散流器和向上送風。
4.各類建築的具體措施。
(1)劇院、音樂廳、場館1。壹般來說，所有空氣都采用低速風道。為了調節負荷，還有變風量調節方式。根據室內氣流組織，有稀釋型和置換型。傳統的上送下送方式屬於稀釋式，均勻下送上送方式屬於置換式。對於高負荷強度，建議采用替換法。2.氣流組織形式:下壹次上送，下壹次側送，後噴嘴送風，上壹次下送。以上情況均采用，壹般綜合運用幾種方式。3.采用合理的系統分區，保證場內溫度分布的均勻性。壹般觀眾廳按平面和垂直方向可分為3~5個區域。根據大廳內溫度梯度的特點，在系統支路上安裝多個AHU或溫度調節裝置來控制送風裝置。4.舞臺空調系統的合理設計。供氣管可安裝在舞臺兩側的天橋下，向下供氣並向側臺供氣。可在前天橋下設置送風管，向下向表演區送風，也可采用球形旋轉風口從舞臺兩側向中央送風。您也可以設置壹個扁平的高風道，沿窗簾向下送風。此外，舞臺必須設置獨立的回風系統來調節壓力。
(2)體育競賽管和多功能廳1。滿足住宅區空調要求:可采用側噴覆蓋觀眾，相當於局部空調。座椅空調也用於大型健身房。從節能的角度來說，超大型比賽場館沒有必要安裝空調系統。如果對場地有嚴格要求，可以利用場地周圍的看臺給場地送風。2.配風技術:改變送風方向，以滿足所需的射流軌跡，滿足冬夏兩季的不同要求。改變送風口的數量和位置來控制相應的空調區域。3.使用合理的氣流。從節能與熱舒適矛盾的統壹性出發，可以加強大型體育場館室內風速以滿足舒適性要求，夏季可以適當提高室內溫度。3.高速噴射系統。以防止在大空間內形成嚴重的溫度梯度。近年來，系統或單誘導噴嘴已廣泛應用於多功能廳和體育館。
(3)中庭1。封閉中庭:中庭內的溫度波動較小，壹般可以處於舒適的溫度區，即處於零能耗區。可以只考慮排風(夏季)和地板輻射采暖(冬季)，不壹定提供空調系統。中庭下部也可根據實際負荷設置空調送風系統，上下空調可采用水平送風分開。2.開敞式中庭:通常由低層的空調直接控制，在活動中心也有與建築直接協調的空調送風裝置，在各層的中庭接口上有送風口。由於中庭的形狀、位置、氣候不同，功能也不同，設計時要提前進行模型實驗和計算機模擬。
由於其特殊性，關於膜結構體育建築、遊泳館、人工溜冰場、機場旅客大廳的空調都有專門的文獻，限於篇幅，在此不再贅述。
五、大空間建築空調冷熱源
常規冷熱源、電或熱(如燃氣)壓縮式制冷機(或熱泵)、吸收式制冷機、直燃式冷熱水機組等都可以用於大空間建築。從供冷供熱的角度來看，應考慮當區域內有足夠的區域供冷供熱設施時，可利用其裝置提供冷量和熱量；在供冷供熱的基本模式中，應盡可能采用熱泵和蓄冷蓄熱技術；在某些情況下，燃氣機熱泵也是壹種非常合理的能源。另外，能量的復合化——復合能量的應用也是壹個值得註意的趨勢。使用電、氣(或油)兩種能源，既能在壹定程度上實現城市能源供應的電、氣峰谷平衡，又能在能源價格可選的情況下調節運行費用。
六、大空間建築節能
在80年代，大空間建築只需要關註節能和對舒適性的關註。進入20世紀90年代後，除了上述考慮之外，更多關註的是空調建築對全球環境的影響。我們應該充分利用自然能源(太陽、風、雨、土壤等)。)以最大限度地節約能源和資源，減輕對環境的負荷。
傳統有效的能源利用方式仍然適用於大空間建築。降低空調中的設計負荷(與建築設計相協調)、采用住宅空調、合理確定送風量和新風量、降低空氣和水的輸送能耗、采用新風供冷、合理的能量組合、選用高效制冷設備和空氣末端裝置、蓄冷及利用低位熱源等都是重要的節能措施。有條件時，可采用以下方法:
(1)建築采用覆土的埋地方式，使體育館下沈，即半地下，周圍覆土，在隔音、保溫、提高建築穩定性方面非常有利。
(2)利用自然通風對於沒有環境噪聲幹擾的大空間建築，利用自然通風改善室內環境，最大限度地節約能耗是最合理的。如今，屋頂可開啟的大型體育館已經完全實現了這壹要求。
(3)土壤熱的利用體育館占地面積大，利用地下土壤作為蓄熱材料來蓄熱是非常有利的。比如在大廳地板下埋壹個盤管，晚上用便宜的電把水冷卻(加熱)。熱量通過盤管儲存在土層中，白天取出用於空調。同時，由於地下蓄熱，地板起到輻射降溫(加熱)的作用。另外，為了減少新風的負荷，新風通過流經特殊的管道通道進行預冷或預熱，間接利用了土壤的熱量(土壤與空氣的熱交換)。
七。其他問題
(1)系統分區問題
系統劃分原則:
1.大空間建築風量巨大。從平面圖來看，空調系統應根據方向和面積進行分區。壹般大中型健身房都是分區的。
2.在以上的基礎上，根據上下溫度均勻性的要求，多功能使用的可能性，工作時間的不同來劃分系統。
3.根據具體情況，系統還可以細分，這樣就沒有大的風道，只是水系統比較復雜。
(2)空氣處理問題
1.國外從70年代開始在空氣處理箱中使用表面換熱器，壹般安裝再熱器和加濕器。
2.要註意空氣過濾。
3.在新風和排風之間設置全熱交換器回收能量:這是降低冷熱設備負荷的重要措施，不僅降低了設備容量，節省了初投資，還降低了運行費用。
4.根據人員數量直接控制進入系統的新風量。
5.對於幹熱地區，根據氣象條件分析，壹些大空間建築可以采用全新的直接蒸發或間接蒸發冷卻器的空氣處理系統。
(3)新風預處理模式
1.新風用深井水冷卻後與回風混合，經濟性好。空氣處理後的井水可作為冰箱冷凝器的冷卻水，改善冰箱的工作條件。當井水的應用受到限制時，是不可行的。
2.根據劇院潛熱負荷大、新風比大、空調制冷除濕負荷大的特點，美國部分地區對新風采用預除濕處理，然後混合回風進行風冷。
結論:
隨著社會的進步，人們對生活質量的追求，除了物質生活之外，對精神、文化、體育興趣的要求也越來越高。正因如此，人們期待建設更多功能性、高品質、舒適的公共活動空間。這些空間中的環境設備也需要在健康、舒適、有效利用能源和地球環境保護方面的新創造。同時，作為大空間建築的功能，各國都在向功能壹體化發展，以充分利用社會資源，有利於該類型建築的管理，即在經濟上予以支持。因此，如何使暖通設備適應這種需求(多功能的靈活運行)，也是現代大空間建築設計、運行和管理中值得重視的問題。
參考
1.範存陽。大空間建築空調設計與工程實錄。中國建築工業出版社2001.09。
2.華東建築設計院編輯。高層公共建築實例。中國建築工業出版社。
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