公共建筑通风空调工程安装技术难点及分析

公共建筑通风空调工程安装技术难点及分析

杨瑞智

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摘要：为解决公共建筑通风空调工程安装过程中受到多种因素制约的问题，以天津市某科技园办公建筑通风空调安装为研究对象，在分析公共建筑通风空调工程安装技术面临的难点问题基础上，运用数值分析手段建立相应的分析模型，展开进风口开口形式以及进风温度对设备安装的影响研究，并对空调通风设备的选型及能耗进行分析。

关键词：进风温度；进风口形式能耗；通风空调；数值模拟

引言

与一般的民用建筑不同，公共建筑的人员密集、流动性大，建筑结构空间大、结构复杂，配套设备和管道庞大且复杂，导致其通风空调设备的安装施工受到多种因素的制约。为了确保公共建筑通风空调系统的施工质量以及运营效率，需要对设备机组的结构选型和运行效果进行更为精确的计算，。

本文依托实际工程案例，对公共建筑通风空调工程安装过程中面临的实质性难题进行分析，采用数值模拟的手段建立相应的分析模型，并对空调通风设备的选型及能耗进行分析，研究成果可以为公共建筑空调的安装以及节能提供有益参考。

1 公共建筑通风空调工程安装影响因素

在公共建筑中，通风空调设备的安装需要考虑的因素众多。受到建筑消防、采光照明、人员疏散、建筑外观、建筑体型等因素的影响，通风空调设备的安装位置和管道的布置均受到一些约束。在通风空调设备安装时，需要考虑的最为重要的3个影响因素，分别是通风空调进风口的开口形式、进风温度以及设备的型号。

1.1 受进风口开口形式的影响

对于空间大、结构层高大的公共建筑，安装通风空调时，自然进风口的设置并不能任意设置，需要统筹考虑建筑采光、人员安全以及建筑立面等因素的高度。由于对进风口地步距离室外地坪高度进行了限制，进风口的不同高度和不同尺寸，将明显影响建筑空间内的风速以及人员活动区域温度，为此自然进风口的开口形式成为公共建筑通风空调安装的重要技术指标。

1.2 受进风温度的影响

通风空调是将室外的空气通过冷热源进行降温或者供暖，以保持室内外的温度差，因此在室内热源保持不变的情况下，室外温度的大小直接影响着通风空调设备需要吸收或者释放多少热量，同样地，也将明显地影响着建筑空间内的风速度以及人员活动区域温度，自然进风温度也就成为公共建筑通风空调重要的安装技术指标。

1.3 受设备选型及能耗控制的影响

不同的公共建筑，由于其面积、高度、空间气密闭性、客流密度、地理环境以及结构设计形式等方面的影响，建筑对能源消耗的需求不一，因此在通风空调设备安装时，确定合适的设备型号显得尤为重要，它直接关系到公共建筑通风空调运行期间的节能效果和建筑物活动人员的舒适度，评价设备信号合理性的能耗指标可以采用冷水机组的性能系数COP或者耗电量指标。

2 工程概况

本文以天津市某科技园办公楼为研究对象，该办公楼位于城区的2020-TJKC-K8地块，建筑高度约48m，分为地上10层，层高均为3.7m，地下3层，地下一层层高为4.0m，地下二层和地下三层层高为3.5m。办公楼内设有办公室、会议室、综合会议室、产品展示厅、公共卫生间、餐厅、网络中心以及活动室等。

3 公共建筑通风空调的数值模拟

依托FLUENT软件对办公楼建立公共建筑二维平面通风数值模型，计算时，空气服从流体力学中的连续性方程、动量方程和能量方程。湍流采用RNG k-ε模型本构，运用布辛那什克假设，认为空气密度不受温度变化的影响而保持不变，地面、墙体和屋顶设置为绝热墙体。

为研究不同进风口开口形式以及进风温度的变化，对公共建筑通风空调安装效果的影响，将自然进风口的距离地面高度D设置了6种不同等级，即0.5～3.0m，等级增量为0.5m，进风口尺寸H（平面模型上仅表现为一个尺寸宽度）分别设置为1.5m和2.5m；进风温度也设置为5种不同等级，即18～30℃，等级增量为3℃。通风口流量系数设置为0.55，同时考虑空调运行时排压差△P的不同，排压差设置变化范围为0～5Pa。

在进风口尺寸为1.5m和2.5m工况下，通风空调设备自然进风口距离地面高度，明显影响着室内人员区温度。随着自然进风口距离地面高度的增加，人员区温度呈现近“S”型非线性增加，表明自然进风口设置的越高，室内人员区域的温度越难于排出，通风空调的运行效率下降明显。

对比进风口尺寸为1.5m和2.5m工况，在排压差为△P=2Pa、△P=5Pa时，在同一自然进风口设置高度条件下，进风口尺寸为2.5m的室内人员区温度，比进风口尺寸为1.5m的室内人员区温度略大。在排压差为△P=0Pa、△P=1Pa时，在同一自然进风口设置高度条件下，进风口尺寸为2.5m的室内人员区温度，比进风口尺寸为1.5m的室内人员区温度略小。由此表明，在安装通风空调设备时，通过调节排压差，可以调节进风口尺寸对室内温度的影响，进而改善通风空调的运行效率。

自然进风口的距离地面高度3.0m、进风口尺寸2.5m时，室内空气整体表现为低速区，空气滞留而无法排出，导致空气污浊。自然进风口的距离地面高度0.5m、进风口尺寸1.5m时，室内自然进风口区域表现为高速区域，空气被有效排出，通风空调的运行效果良好。这是因为自然进风口设置得高，造成空气滞留在风口下侧，新鲜空气则保留在风口上侧，无法实现新鲜空气与人员区域的热量交换，进而导致室内风速减缓。

随着进风温度的增加，人员区温度呈近线形增加，且不同排压差对人员区温度的影响较小。不同排压差条件下，进风温度与人员区温度之间的拟合关系可以用公式（1）至公式（4）表达。

y=1.30242+1.00476x (△P=0Pa)(1)

y=1.09429+1.00338x (△P=1Pa)(2)

y=0.96130+1.00306x (△P=2Pa)(3)

y=0.78184+1.00204x (△P=5Pa)(4)

式中：y为人员区温度，x为进风温度。

进风温度的增加，人员区风速不受影响，为恒定值。但不同排压差对人员区的风速影响较大：风速随着排压差的增加而增加，在排压差为△P=0Pa时，人员区风速为0.56307m/s；在排压差为△P=1Pa时，人员区风速为0.65862m/s；在排压差为△P=2Pa时，人员区风速为0.75667m/s；在排压差为△P=5Pa时，人员区风速为1.0091m/s。

4 公共建筑通风空调设备的选型及能耗控制

结合工程案例，选取了3种不同装机容量的大型离心式冷水机组，型号A为640k W装机容量，型号B为1280k W装机容量，型号C为1920k W装机容量。对不同通风空调设备的机组性能系数COP和耗电量指标进行现场测试， 3种不同功率装机容量的设备机组性能系数COP，均随着负载率增加而逐步增加，按照型号A、型号B、型号C的顺序，设备的功率装机容量越大，其累计耗电也越大。

5 结论

本文以天津市某科技园办公建筑通风空调安装为研究对象，在分析公共建筑通风空调工程安装技术面临的难点问题基础上，运用数值分析手段建立相应的分析模型，展开进风口形式以及进风温度对设备安装的影响研究，并对空调通风设备的选型及能耗进行分析，得到以下几个结论：

在安装通风空调设备时，自然进风口设置得越高，室内人员区域的温度越难于排出，通风空调的运行效率明显下降。通过调节排压差，可以调节进风口尺寸对室内温度的影响，进而改善通风空调的运行效率。随着进风温度的增加，人员区温度呈近线形增加，且不同排压差对人员区温度的影响较小；进风温度的增加，人员区风速不受影响，为恒定值。但不同排压差对人员区的风速影响较大，风速随着排压差的增加而增加。3种不同功率装机容量的设备机组性能系数COP，均随着负载率增加而逐步增加，按照型号A、型号B、型号C的顺序，设备的功率装机容量越大，其累计耗电也越大。

参考文献

[1]丁勇,徐浩森,刘洋伶,等.公共建筑过渡季通风需求与空调通风系统对策分析[J].暖通空调,2021,051(10):64-68,130.

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