文 献 综 述
- 引言
当前，我国正处于社会转型期，城市建设快速推进，如何使经济发展与环境保护齐头并进是迫在眉睫的任务。在建筑能耗的所有组成部分中，暖通空调是重要的耗能区。因此，暖通空调方面的节能设计不容忽视。在设计中，应遵循低碳设计原则、协调设计原则、可循环原则[1]，以高性能、低能耗为目标，尽可能实现暖通空调设计的节能优化。本毕业设计课题为杭州市某学校综合楼空调通风工程设计，建筑层数地上4层，地下1层，建筑高度为15.9米，总建筑面积23571.5平方米。地下一层主要为车库，共173车位；建筑内部有体育馆、餐厅、图书馆、舞蹈教室、音乐教室、绘画教室、多功能电教室、科学实验室、综合实践活动室、普通教室及办公室等多种功能区域，多为人员密集场所，因此对空调系统的温湿度以及送回风方式都有着不同的要求。为实现建筑的暖通空调差异化设计，本文将从区域的功能出发，探讨各空间合理且高效的暖通空调设计方案。
- 研究背景及目的
我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾，在环境日益恶化的当下，人们对洁净空气的需求越发迫切，同时，由于生活水平的提高，人们也开始通过暖通空调设备来追求更加舒适的室内环境。相应地，Wenling Liu等[2]的研究表明，在改造现有建筑以降低能耗的过程中，居民的参与对节能效果也有重要影响。Richard Opoku等[3]以加纳为例探索了发展中国家公共和商业建筑中的能源效率和节省成本的机会，发现空调的低能效等级是导致其高电力消耗的主要因素。而在中国，当前建筑暖通空调的能耗占比为10%左右，考虑到中国采暖用冷的城镇人口占比较低，因此实际的建筑暖通空调能耗占比已相当高[4]。为了更好地响应国家的低碳发展政策，需要对建筑暖通空调系统的节能设计提出更高要求。Sokratis Papadopoulos 等[5]对美国七个气候区的商业建筑进行研究，发现改变 HVAC温度设定值可在不同气候下实现零成本节能和改善舒适性的潜力，这为能源发展政策法规提供启示。Zhichao Tian等[6]提供了一种创新的方法：将贝叶斯网络方法应用于节能型HVAC系统的选择，即通过使用数百个高能效建筑物的数据来选择高能效HVAC系统，证明了数据驱动HVAC系统设计的可行性和能力。K.E.Mary Reena等[7]利用历史数据通过结构方程模型（SEM）开发了一个多变量模型，结果表明，HVAC系统能源效率更高，并且可以确保大型建筑中实时的居住舒适度。Luigi Schibuola等[8]将VSD 应用于公共建筑的 HVAC组件，结果表明，与恒速暖通空调系统相比，全球每年可节省38.9％的能源。Leila Nikdel等[9]在 Energy Plus中模拟了美国五个气候区带有两个不同HVAC系统的小型公共建筑，结果表明，基于占用率的 HVAC 控制策略非常有效，分别减少了 22-50％和 47-87％的电力和天然气使用量。Jiang Liu等[10]基于中国西部地区典型住宅建筑，分析了全年三种不同的相变温度（PCT）对 HVAC建筑节能的影响、气候条件对节能率的影响、冷却和加热期间的节能率，结果凸显了 PCE 在暖通空调建筑中降低中国西部地区能耗的潜力。此外，暖通设计工作者应根据不同的建筑类型、特点和用途对空调系统进行差异化设计，以能耗最小化的途径满足建筑的用能需求。而实际工程中，仍面临着施工图纸不完整、施工人员无法理解、自动控制系统操作不熟练等问题，这不仅要求加强暖通空调工程设计师与施工方的沟通，也要求相关人员提升自身的专业水平。
本设计为学校综合楼，是一栋多功能建筑，各层中各房间的功能也不尽相同。其中，体育馆等运动空间应对气流有一定的要求，应选择合适的送风方式；舞蹈教室、综合实践活动室等运动功能空间应关注空调的长期运行方式以及送风方向，保证区域内活动人员一定的热舒适性；多功能电教室应同时考虑设备散热，设备应在允许温湿度范围运行，做好消防安全；图书馆应同时注重温湿度调节，以实现恒温恒湿来保护书籍；餐厅应同时满足防火排烟通风等要求；科学实验室应保证恒温恒湿环境并且对洁净度有严格要求；音乐教室需同时做好隔音措施；普通教室人员较为密集，人员逗留时间较长可采用立式空调根据季节不同分别满足各季节所需温湿度。
- 研究现状
李卫军[11]建立羽毛球馆气流分部数值模拟的数物模型，通过 CFD 对上送下回、侧送下回、中下送中回三种方案进行对比分析，得出中下送风模式能实现较为满意的速度场和温度场，且分层空调竖向温度梯度明显，节能效果显著。
王龙等[12]以沈阳市某健身房为研究对象, 对健身房分别采用风机盘管加新风和置换通风两种空调末端方式进行模拟分析, 并从流场的均匀性、人员的热舒适性等角度对模拟结果进行探讨。结果表明, 置换通风方式比常规风机盘管加新风系统的室内温度场和速度场更均匀, 人员活动区域的热舒适性更好, 能够减小吹风感, 更适宜用于健身会所类建筑。
汤添钧等[13]根据苏州某高职院校图书馆为例比较了两套空调设计方案。根据图书馆防火分区与房间功能,空调末端选择了一次回风全空气系统与风机盘管 新风两种形式。对比了风冷式冷水机组 燃气锅炉与地源热泵两种冷热源方案的优劣,运用苏州地区典型日BIN参数法,考虑图书馆负荷率、空调实际能效比、运行时间因素的影响,测算出两方案全年的能耗与运行费用。结果发现,在初期投资充裕,管理完善的条件下,选择地源热泵的冷热源形式,有利于降低建筑能耗。
李蕾等[14]通过传统冷热源空调系统在食堂中的应用，从学校食堂节能的角度出发,明确提出了学校食堂的空调系统设计应从冷负荷计算、系统冷热源设计、食堂空调设计等几方面入手。并指出明确食堂空调冷负荷,减少系统投资,减少空调机组全新风工况的运行时间是食堂空调系统节能优化的有效办法。通过采用冷水机组加市政热网系统,使该系统可以减少建筑能耗,对空调系统节能有一定的优化作用。适用于学校食堂空调节能优化设计以及与此相关的食堂空调节能优化设计。
俞丽华[15]等对于恒温恒湿科学实验室为研究对象，表明由于恒温恒湿实验室对温湿度控制精度要求较高，同时对空调系统运行稳定性要求也较高，通常选用电动压缩式冷水机组作为空调系统的冷源。对于分散设置或面积较小的精密实验室，可采用直接蒸发高精度恒温恒湿机组。对于需要热源的恒温恒湿实验室，通常选用热水锅炉作为热源以确保系统运行稳定。
李超等[16]结合石家庄地铁地下停车场通风空调系统设计，通过对停车库通风、空调、采暖、排烟4个方面的难点问题进行分析，并通过利用工程经验、借鉴规范等方法，提出全面的系统设计解决方案。研究结论：停车库内通风量、排烟量分别按照3m 层高、实际层高，6次/h换气考虑；检修平台考虑局部空调，提高作业人员舒适度；土壤有蓄热效应，按局部考虑采暖即可，不必对停车库内进行大面积采暖。
