引言

本文論述的高大空間主要指一般民用建筑中高度大于5m、體積大于1萬m3的空間,主要包括影劇院、音樂廳、大會堂、體育館、展覽館、候機(jī)廳、商業(yè)中庭、酒店大堂及宴會廳等。隨著我國社會日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾的變化,民眾對高大空間提出了健康、美學(xué)、舒適、環(huán)保、節(jié)能等創(chuàng)新要求。同時,隨著EPC工程管理體系的大規(guī)模項目運(yùn)用,伴隨著咨詢顧問公司的專業(yè)化、內(nèi)裝美學(xué)造型的二次深化,必然產(chǎn)生工程中相關(guān)專業(yè)的二次深化設(shè)計要求。

1高大空間空調(diào)特點(diǎn)

(1)高度都在10m以上,容易形成溫度梯度。對建筑空調(diào)區(qū)域采用分層空調(diào)系統(tǒng)化設(shè)計,一般僅對室內(nèi)下部空間進(jìn)行空調(diào)設(shè)計。有些方案要考慮可行性,比如商業(yè)中庭到了頂層層面依然是一些餐飲等商鋪,部分排熱方案無法實(shí)施。

(2)外墻面積與地面面積比大,外界面對室內(nèi)自然對流影響大,冬季四壁有下降冷氣流。根據(jù)ADPI(空氣分布特性指標(biāo))配置合適氣流組織和采用不同的有效的空氣分布器完善。

1)氣流組織的選擇要注意不同負(fù)荷率對空調(diào)送回風(fēng)方式的選擇。

2)空氣分布器的選擇(根據(jù)日本井上宇市教授分析送風(fēng)方式)如表1所示。

(3)室內(nèi)人均體積大,可采用較小換氣次數(shù),一般控制不大于6次/h。根據(jù)不同的建筑特性、人數(shù)情況而定,不能一味根據(jù)經(jīng)驗值上限去計算,比如日本東京都體育館換氣次數(shù)僅有1.2次/h,而大阪府立體體育館則達(dá)到了4.5次/h。

(4)造型和使用功能多樣化:美學(xué)考慮導(dǎo)致建筑單體外形不規(guī)則化,單體的功能區(qū)域劃分更加細(xì)化。根據(jù)多功能、多分區(qū),通過不同區(qū)域、不同時間段控制相應(yīng)的溫濕度設(shè)計要求。根據(jù)存在的溫度不同特性,采用多臺空調(diào)箱或系統(tǒng)支路上設(shè)置溫控以控制送風(fēng)溫度。

2高大空間空調(diào)設(shè)計節(jié)能措施

(1)負(fù)荷指標(biāo)很多按照概算指標(biāo)進(jìn)行計算,數(shù)據(jù)或大或小,比如北京中國劇院冷負(fù)荷指標(biāo)為180w/m2,而福州人民劇場冷負(fù)荷指標(biāo)為389w/m2。故應(yīng)針對具體項目進(jìn)行詳細(xì)計算,尤其是分層空調(diào)負(fù)荷,其含有兩個負(fù)荷:一是空調(diào)區(qū)域本身的負(fù)荷,二是高大空間中上下區(qū)域溫差產(chǎn)生的對流熱和輻射熱轉(zhuǎn)移部分的負(fù)荷。有條件的可進(jìn)行模型實(shí)驗及數(shù)值模擬。

(2)室內(nèi)設(shè)計溫度提高,通過加大室內(nèi)回旋氣流補(bǔ)償舒適度要求。

(3)應(yīng)考慮節(jié)能減排要求,因地制宜利用區(qū)域優(yōu)勢選取冷熱源。比如,夜間削峰填谷電價采用冰蓄冷系統(tǒng)供冷,電廠廢蒸汽熱媒換熱作為供熱熱源,直燃吸收式冷熱水機(jī)組作為冷熱源,充分利用北方冬季集中供熱的有利條件等。為減少冷熱負(fù)荷消耗,可適當(dāng)利用熱對流,通過熱壓作用強(qiáng)化自然通風(fēng)效果:敢于創(chuàng)新利用新能源,包括土壤、雨水和太陽能的利用,比如太陽能供熱系統(tǒng)獲得熱水經(jīng)過輔助加熱后就可以作為吸收式制冷機(jī)的熱源而提供冷量。

(4)對大空間大送排風(fēng)要求的可設(shè)置轉(zhuǎn)輪全熱交換機(jī)組(空氣流入轉(zhuǎn)輪前應(yīng)經(jīng)過濾處理,以免污染轉(zhuǎn)輪),可使新風(fēng)從總負(fù)荷組成中下降10%左右。

(5)對新風(fēng)量的控制:根據(jù)實(shí)時人的多少,可通過回風(fēng)系統(tǒng)中設(shè)置二氧化碳濃度傳感器來控制引入新風(fēng)量:加強(qiáng)空氣循環(huán)過濾能力,可使新風(fēng)量降低,從而節(jié)約負(fù)荷(比如美國喬治亞體育館通過設(shè)置靜電過濾器,新風(fēng)量由25m3/人·h減少到8.5m3/人·h)。

(6)高大挑空玻璃和雙膜結(jié)構(gòu)高位設(shè)置可自動啟動的遮陽措施,減少負(fù)荷負(fù)擔(dān)。

3高大空間二次深化設(shè)計的必要性應(yīng)用

高大空間的二次深化設(shè)計指在業(yè)主或各專業(yè)設(shè)計顧問提供的條件圖或原理圖的基礎(chǔ)上,結(jié)合二次建筑環(huán)境(內(nèi)飾及家具、設(shè)備等)的變化以及內(nèi)裝設(shè)計要求,配合施工現(xiàn)場實(shí)際情況,對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、補(bǔ)充和完善。高大空間的深化設(shè)計的依據(jù)除了各專業(yè)提供的圖紙、國家規(guī)范及顧問和管理公司要求外,大量的計算復(fù)核必不可少。只有在深入分析這些要求的基礎(chǔ)上,才能更好地進(jìn)行二次深化設(shè)計,指導(dǎo)施工,保證滿足功能要求。以下結(jié)合筆者實(shí)施過的高大空間(商業(yè)中庭、酒店中庭等)項目經(jīng)驗,淺談相關(guān)一次設(shè)計基礎(chǔ)上二次深化設(shè)計的必要性應(yīng)用。

3.1負(fù)荷二次參數(shù)計算復(fù)核

(1)根據(jù)二次內(nèi)裝建筑環(huán)境的變化,對負(fù)荷進(jìn)行計算復(fù)核,為最終采購選型合適設(shè)備提供可靠依據(jù)。

(2)由于二次建筑環(huán)境的變化以及針對施工指導(dǎo)進(jìn)行的BIM設(shè)計及綜合管線設(shè)計,路由的實(shí)際布置會不同于原設(shè)計,故對水泵和風(fēng)機(jī)的機(jī)外余壓需進(jìn)行實(shí)際計算,保證設(shè)備選型采購無誤。例:湖南湘潭中心項目原設(shè)計對水泵和風(fēng)機(jī)設(shè)備尤其是空調(diào)箱的機(jī)外余壓均估算為600Pa,后續(xù)二次深化水力計算調(diào)整壓頭,為系統(tǒng)和功能達(dá)標(biāo)提供了可靠依據(jù)。

3.2對建筑環(huán)境變化

較大區(qū)域進(jìn)行二次空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計含氣流組織的優(yōu)化,空氣分布器類型、位置和數(shù)量的變化,對高大空間溫度梯度嚴(yán)重的熱空氣上部滯留的控制,聲學(xué)噪聲控制等,從而滿足不同區(qū)域的美學(xué)和舒適性需要。

案例:鄭州冰雪城堡酒店項目,酒店宴會廳結(jié)構(gòu)層高17.5m,設(shè)備結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層空調(diào)為2.8m(含梁),內(nèi)空間中間玻璃穹頂凈高13.9m,四周區(qū)域凈高8.35m。圖1為設(shè)計建筑環(huán)境立面,圖2一次設(shè)計空調(diào)方案考慮了暖通空調(diào)措施:冬季采用地暖滿足供暖要求,夏季采用定風(fēng)量全空氣系統(tǒng),氣流組織采用上送集中下側(cè)回,高位設(shè)置機(jī)械排煙。

二次內(nèi)裝及相關(guān)顧問公司跟進(jìn)建筑環(huán)境變化(圖3),并與內(nèi)裝及造型美學(xué)、噪聲、舒適性等要求配合,暖通空調(diào)系統(tǒng)二次設(shè)計調(diào)整如下:

(1)對夏季空調(diào)氣流組織的調(diào)整:考慮原旋流噴口形式對天花整體線條造型影響較大,取消旋流風(fēng)口,采用條形風(fēng)口上送,為了滿足射流要求,采用妥思條形風(fēng)口。同時,對回風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整,采用40%上回風(fēng),配合裝飾面立柱設(shè)置60%下部回風(fēng)夾墻回風(fēng),避免了原方案的氣流短距離短路,從而滿足了舒適性要求,具體如圖4所示。

(2)玻璃穹頂高位區(qū)域溫度梯度嚴(yán)重的熱空氣上部滯留對負(fù)荷影響的控制:結(jié)合排煙系統(tǒng)將穹頂高位側(cè)邊排煙風(fēng)機(jī)調(diào)整為雙速風(fēng)機(jī),小風(fēng)量排風(fēng)用于高位熱負(fù)荷的控制,以減小對室內(nèi)負(fù)荷的影響,過渡季節(jié)可用于自然通風(fēng)換氣,同時增設(shè)補(bǔ)風(fēng),如圖5所示。

(3)空調(diào)系統(tǒng)的噪聲控制:此項目宴會大廳、寶座大廳等高大空間一次設(shè)計對全空氣系統(tǒng)通常根據(jù)經(jīng)驗增加ZP100型消聲器,一次設(shè)計階段設(shè)備采購無法確認(rèn),故未能對噪聲不同頻率進(jìn)行噪聲量計算。由此在設(shè)計和選擇消聲設(shè)備時,根據(jù)相關(guān)噪聲特性,對各個頻率噪聲量進(jìn)行計算,選擇負(fù)荷、頻段都滿足要求的)音設(shè)備,以達(dá)良好的效果。根據(jù)二次建筑環(huán)境的變化及聲學(xué)顧問提出的dB(A)控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算,現(xiàn)對計算方法簡述如下:

空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)噪聲為氣流噪聲、風(fēng)機(jī)噪聲、自然衰減及噪聲的能量混合,需要對每個倍頻的中心頻率進(jìn)行分別計算,得出相關(guān)頻率下噪聲后與要求的噪聲NR曲線比較得出消聲量。

式中,ΔL為選擇)音器的)音量:ΔL1為設(shè)備噪聲衰減剩余值:

ΔL2為房間計算允許噪聲值。

式中,ΔLe為由廠家技術(shù)資料查明的相應(yīng)頻率下的設(shè)備噪聲值:As為風(fēng)系統(tǒng)的局部(變徑、三通、閥門、風(fēng)口等)氣流噪聲衰減:45為直管段的氣流噪聲衰減。

表2展示了如何計算氣流衰減。

ΔΣ根據(jù)de(當(dāng)量直徑)查表3。

式中,L3為允許噪聲級,根據(jù)NR曲線與A聲級關(guān)系表查出對應(yīng)頻率下的噪聲值:L0為傳入房間氣流噪聲值,L0=系統(tǒng)最后點(diǎn)氣流噪聲-房間衰減量ALf。

對系統(tǒng)的每一段進(jìn)行標(biāo)號,如圖6所示。

0一1段變徑管氣流噪聲L0-1=A+B1g⑦-3K,0一1段的自然衰減AL0-1=101g[(1+m)2/4m],其中m為變徑前后截面積比。

1一2段直管段氣流噪聲L1-2=LwC+501g⑦+101gs+K,其中K為倍程修正,如表4所示。

1一2管段自然衰減AL1-2可通過表3查得。

此時0一1段產(chǎn)生噪聲經(jīng)過1一2段混合,則可計算出2點(diǎn)的混合量:

式中,0為風(fēng)口指向性因素;r為風(fēng)口與房間內(nèi)某點(diǎn)距離;a為房間內(nèi)平均吸聲系數(shù);F為房間總面積。

氣流噪聲計算公式如表5所示。

4結(jié)語

關(guān)于高大空間空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計很多還是建立在經(jīng)驗基礎(chǔ)上的,人們期盼著能夠建設(shè)更多功能合理、質(zhì)量上乘、環(huán)境舒適的公共活動空間,對于這些空間的環(huán)境設(shè)備也在健康、舒適、能源有效利用和地球環(huán)境保護(hù)等方面提出了要求,隨之而來的是二次深化設(shè)計的必要性應(yīng)用,當(dāng)前的空調(diào)系統(tǒng)如何適應(yīng)這種需要,是現(xiàn)代大空間建筑的設(shè)計、運(yùn)行、管理者們應(yīng)重視的問題。