姚 芬

(兰州有色冶金设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000)

随着第十四个五年规划的进行，老百姓对于自己的居住环境、生活品质等方面都给予了更多的重视，提出了更高的要求，继而也推动着建筑业如火如荼的发展。随着社会经济高速发展，更多的新型建筑，比如城市综合体、奥体中心等应运而生，但建筑体量大、围护结构复杂带来的冷热负荷大、供暖范围广的问题，这些问题给高大建筑的供暖带来了难题。对此，本文下面以大空间建筑的供暖系统管道设计做进一步的探讨。

1 大空间建筑的含义

体育馆、展览馆、酒店大堂等都称为大空间建筑，这类建筑都有几个显著的特点，即空间之高大，视野之宽敞通透，围护结构之复杂，因其空间之富丽豪华、实用功能之丰富，人们对大空间建筑环境的舒适性十分关注。这样的建筑空间对供暖设计就提出了更高的要求。散热器和空调热风供暖都是供暖设备中重要的部分，散热量大，速度快，热利用率高，所以散热器和空调热风供暖在大空间建筑中获得了广泛的应用。在大空间建筑供暖系统中，供暖系统的管路设计主要是把散热末端与热源通过供暖管道采用合理的系统形式连接起来，供暖管路设计的合理性、高效性与能否真正的节能运行之间有着紧密的联系，所以管路设计是供暖设计中最关键的部分之一，相关人员必须本着认真负责的态度进行专业的设计。

空调采暖的实际情况：其一，中央空调。针对美观度层面，选取隐蔽化的安装形式，可实现室内空间释放目的，确保中央空调以及室内装修风格结合起来，呈现出美观的效果；针对舒适度层面，最大化的控制空调直接吹向人群，气流组织相对顺利，让建筑物内存在于空调微正压状态下，保障建筑物的舒适性；针对安装费用方面，中央空调在具体安装阶段，要在空调吊顶操作之前制定设计方案，和室内装修联系紧密，安装时间相对长一些，费用较高；针对能源消耗方面，中央空调的能源消耗重点是室内机,和普通空调进行对比更为节约电能；针对寿命方面，中央空调的寿命大于等于15年，若保养足够恰当能够运用到20年左右。

其二，普通形式的冷暖空调。针对美观度层面，普通形式的冷暖空调要占取墙壁装饰空间，还会占据地面部分空间，体现出室内机以及室外机冷媒管道外露的现象，安装部位存在于室外机的安装范围内；针对舒适度层面，不能够调整出风口以及回风口的具体部位，采暖实践中，时常会使得空调直接吹到的地区会相对暖和，间接吹到的地区会温度低一些，不能保障人们居住的良好体验；针对安装费用，不需要额外引进装修操作，安装工程时间不长，费用相对低一些；针对能源消耗，普通形式的壁挂机和柜机空调，选取室外机和室内机衔接的操作，任何空调能够单一化管理，能源消耗不会备受其他类型空调影响；针对寿命层面，柜机空调的运用时间大约是十年，使用寿命不长。其三，可移动空调。针对美观度，此种空调不涉及外机，不需要引进专业化安装过程，采取整体形式制定安装方案，全部汇集压缩机蒸发器以及冷凝器，可移动空调不再作为半成品，能够体现小巧美观的特征；针对舒适度，移动优势显著，取暖的成效高，可难免出现直接吹的区域温度高且非直接吹到的区域温度低的结果；针对安装费用，设置万象脚轮，移动空调能够控制好多个房间的温度，在一定程度上节约采购空调的成本；针对能源消耗，能源消耗量相对低一些，省电与省钱优势明显；针对寿命层面，市场发展还不够成熟，时常对此种空调进行移动，寿命要短于中央空调以及普通形式的家庭空调。

2 大空间建筑供暖设计的需求分析

通过对大空间建筑供暖进行深入的剖析，主要包括两个特点，第一是因大空间建筑的体积与普通供暖房间比要大很多，围护结构比普通房间复杂的多，所以室内实际温度对人体热舒适会产生不同程度的影响，散热设备的承压能力须满足供暖系统的要求；第二是因大空间建筑的特点，供暖管路需结合建筑本身的功能，合理的布置供暖管路，将供暖系统进行细致的分区、分环。围绕这两个特点，大空间建筑供暖系统管路的设计包括两个方面，第一是在设计时，各类散热末端设备的供暖承压要与设计要求相符，且各类散热末端设备要达到规定的节能要求；第二是在供暖系统设计时，管路要简洁、易按需调节，降低其敷设长度，严格控制安装造价、节约运行成本。

3 大空间建筑散热器供暖系统管路设计的分析

由于大空间建筑所需散热器数目多，加之其具体设置时的局限性，造成散热器布置较分散，大空间建筑的供暖半径大，系统管路也复杂，为了让室内达到预期的供暖效果，无论是散热器还是供暖管道的设置，都需要在管路设计时选定合理的系统，尽量减少干管的管线长度。

(1)散热器的设置。大空间建筑中散热器的设置并不是随意的，而是按照采暖空间负荷的精准计算及具体墙体、外窗的位置进行科学的设置[1]。因大空间建筑外围护结构非常大，在温度极低的季节时，即使设有新风值班供暖，仍有很大的热负荷。因此，在室内须设置较多的散热末端才能达到规定的供暖温度。从经济性的角度分析，要对散热器的数量进行严格控制，否则就会增加其投资。在具体工程设计时，可以把散热器以集中的方式，设置在外墙、外窗附近，这样会阻挡冷空气的进入，提高散热器的散热效率，保证人体热舒适感。

(2)供暖管道的设置。在大空间建筑里，供暖系统的干管一般于结构梁下按供暖环路敷设，再将干管与散热器支管连接。首先，水平单管串联式系统，即供水管把并排设置的散热器串联起来，热水由供水干管输送到支管，有顺序地流经每组散热器，再通过回水干管集中流回热源。这种连接方式显著特点是节约了散热器上的放空气阀，实现了连续排气，减少了管材和安装工程量，同时也可以避免系统的垂直失调。但该系统也有缺点，即局限性很强[2]，具体设计时须考虑水平管道的热膨胀补偿措施。其次，水平双管异程式系统，(如下图1)。该系统是供回水干管按最不利环路敷设到最末端的散热器，若干组散热器形成了多个并联环路，每组散热器通过供回水支管与供回水干管连接。这种连接会对回路的阻力产生不同作用，且每组散热器进出口水温的算术平均温差相等，继而散热量达到了最大，效率最高。但也有一定的缺点，由于各组散热器所在的并联环路长度不同，各并联环路的阻力不易平衡，易出现水平失调的情况。若要解决这一问题，在管道设计时，可采用同程式系统，也可对支干管的管径进行合理调整，同时也要在分支环路上设置截止阀和调节阀，这样能为后期解决水力失调打下好的基础[3]。最后，水平双管同程式系统，(如下图2)。与水平双管异程式系统相比，水平双管同程式要多敷设一条回水干管，使每组散热器所在并联环路长度相等，沿程阻力也会达到均等。但也有不利方面，即散热器底部空间有限，要同时布置供水干管和两条回水干管，会显得管路繁杂，而且对建筑物的整体美观也会有影响。通过对供暖系统管道的敷设方式深入分析，发现各个系统形式都存在一些优缺点，因而在供暖系统管道设计时，要对供暖系统的效果、节能、经济性等各方面进行必要权衡，之后再确定设计方案，为供暖系统的高效运行打下良好的基础[4]。

图1 水平双管异程式系统

图2 水平双管同程式系统

4 热风供暖风管的布置

大空间房屋采暖的基本工作流程如下：空气在经过空调机组被加热处理之后，会通过风管被输送出来，之后会经过风口被输送到大空间建筑中。在此期间，主要风管的安排布置以及风管管径大小的确定直接影响到大空间建筑热风采暖效果。

大空间建筑的热风供暖设计时，设计者首先需要对空间功能进行合理的划分，按照不同的需求进行供暖热负荷的计算。其次，根据热负荷结果确定所需热源的台数，以及风管的尺寸。最后，选定合理的气流组织形式，根据每个区域需求的风量计算末端风口的尺寸。热风供暖系统要保证人员活动区的温度场、速度场均匀分布。在设计时，各个送风口的规格需保持一致，这样系统的并联管路阻力会得到平衡，也为后期的施工与调试创造良好的条件。同时，为了保证各个风口处理风量的均匀，在管道设计时，要保持各风口静压相等，以及增大风管中的静压与动压之比、增大出流角度。不仅如此，还可以采用高效的送风末端，如，采用喷口或旋流风口。为了让每个风口的风速近似，在风管系统设计时，还需要对风管的阻力损失以及供暖设备的风压进行必要的校核计算[5]。

4.1 热风采暖主风管的布置

大空间的房屋建筑的高度一般在7m以上，建筑上部分的空间不是工作区域。在此期间，考虑到热空气较强的浮升效应，结合分层空调的设计模式，需要根据热风采暖主风管的形态特点来选择适合的送风方式。在确定主要风管标准高的时候要综合考虑风口的规格大小，具体实施所需要参考的因素如下：第一，热空气射流长度和降落的高度是否能够完全覆盖工作人员的活动区域。按照规范的标准要求，工作人员活动区域范围内的风速不能够超过每秒0.3m。第二，为了能够体现分层送风的节能效果，主要风管敷设以及风口安装高度不能太高，因为如果风管安装较高就会无端导致一些热量的损失。

4.2 热风采暖主风管管径

大空间建筑热风采暖设计要充分考虑区域范围内人们的热舒适度要求，通过热风采暖设计确保区域范围内人员活动温度场、速度场的分布均匀。在此期间，为了能够方便施工人员的后期施工，实现建筑施工和周围环境的适应，需要保证各个送风口的尺寸规格相同。也就是说在风管设计中要保证风口风量和出口速度接近。

第一，为了能够确保各个风口的出力均匀，水平方向上的送风口要和主风管相垂直。在设计管径大小的时候要适当的增加风口风速和主要风管的比值。为了能够达到这个目标，在设计的时候可以巧妙的使用一些方法来进行送风，比如使用喷口或者旋流风口完成送风，在风口上设置导向叶片，在风口接入端安装短管。第二，为了确保每个风口出口风速类似，在风管系统设计中需要精准的计算主风管静压。截面位置上的主风管静压=风口出口动压+风口出口静压+风口局部阻力损失。在风口规格一定的时候，为了能够确保每个风口送风量和出口的风速保持在一致的状态，主风管在各个风口分支上的静压要保持在相似的状态上。在对主风管空气压力进行计算的时候，需要遵循以下的计算规则，即3截面位置上的主风管静压+3截面位置上主风管动压=4截面位置上的主风管静压+4截面位置上的主风管动压+3截面到4截面位置上主风管压力损失。按照这样的计算规则，3截面位置上主风管静压=4截面位置上主风管静压+4截面位置上主风管动压+3截面到4截面位置上主风管压力损失-3截面主风管动压。在具体实施操作的时候为了确保3断面位置上静压和4断面静压的相等，需要在3断面位置上增加更多的动压值，通过使用这个动压值来实现其和两边气流阻力损失的相互抵消。

5 结 语

总之，大空间建筑凭借着自身的先天优势深受现在人们的偏爱，供暖管路作为供暖系统中至关重要的部分，要求设计人员在建筑物设计的过程中深思熟虑，探索更好的供暖方式，提出更优的设计方案。在设计的细节方面更需反复思考，与其他专业深入配合，不断地突破与革新，从而使大空间建筑的温度场真正实现均匀，系统的运行实现节能，降低建筑能耗，同时也能有效的控制投资运营成本。