高大空间建筑分层空调技术应用及节能效益

随着经济的发展，人们对社会生活、文化发展和空间环境等有了更高的要求，高大空间建筑，如体育馆、展览馆、大会堂、影剧院、音乐厅、机场候车厅、高大厂房等，近年来发展迅速。空间高度大于5m，体积大于1万m3的建筑被称为高大空间建筑。在公用民用建筑方面，主要是指影剧院、音乐厅、大会堂、体育馆、展览馆等建筑。另外，工业建筑中也不乏这类大型的车间。高大空间建筑一般具有以下特点：

（1）高度高，这是形成温度梯度的主要原因。

（2）高大空间的外墙与地板面积之比较大，这就导致外界界面对室内空间的自然对流影响较大，冬季易在四周造成下降冷气流。

（3）室内体积大，单体建筑空调负荷大。高大空间的空调系统能量消耗巨大，在此基础上发展的高大空间分层空调得到了设计及科研人员的广泛关注。

图6-23　分层空调示意图(www.xing528.com)

对于高大空间来说，送风量往往很大，其上部和下部的温差也比较大，因此，可将高大空间分为上、下两部分区别对待是合理的，即采用分层空调技术。如图6-23所示，下部视为工作区，上部视为非工作区。

在高大空间中，利用合理的气流组织仅对其下部（或上部）的空间进行通风，而对上部（或下部）的大部分空间不进行通风，在非空调区和空调区以大空间腰部喷口送风形成的射流层作为分界线。

在分层空调的设计中，气流组织非常重要，它直接与空调效果有关。能否保证工作区的温度分布均匀，得到理想的速度场，达到分层空调的效果和节能的目的，很大程度上取决于合理的气流组织。只要将空调区的气流组织好，使送入室内的空气充分发挥作用，就能在满足工作区空调要求的前提下，最大限度地降低分层高度，节约空调负荷，减小空调设备容量并节省设备运转费用。

只要空调气流组织好，就既能保障下部工作区所要求的环境条件，又能节省能耗，减少空调的初始投资和运行费用，其效果是全室空调所无法比拟的。与全室空调相比，可节省冷负荷14％～50％。我国20世纪70年代初开始对分层空调技术进行研究与应用，通过缩小比例的模型试验、对实际工程的测试验证和理论分析相结合的方法，取得了一系列研究成果，包括分层空调负荷计算的原理与方法、分层空调气流组织设计方法和分层空调系统的选择等，对工程应用具有指导性意义，从而在我国得到了广泛的应用。如上海展览馆、葛洲坝水电站水轮机房、北京二七机车车辆厂等采用了分层空调，都取得了显著的节能效果，证明高大空间建筑采用分层空调的节能效果十分显著，值得推广。从我国应用分层空调的多项工程来看，可节省冷负荷30％左右。