上海植物園展覽溫室空調(diào)設(shè)計(jì)

上海植物園展覽溫室空調(diào)設(shè)計(jì)摘要簡(jiǎn)要介紹了上海植物園展覽溫室的空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)展覽溫室的特點(diǎn)，著重介紹了為滿足熱帶植物對(duì)環(huán)境的要求，而采取的通風(fēng)、加濕、溫度控制以及高大空間溫度梯度的控制等方面的措施。關(guān)鍵詞展覽溫室熱帶雨林通風(fēng)溫度梯度射流風(fēng)機(jī)1概況上海植物園展覽溫室位于環(huán)境優(yōu)美的上海植物園內(nèi)，總建筑面積為4900M2，建筑最高點(diǎn)為294M，屬于大型展覽溫室。整個(gè)建筑為單層空曠房屋結(jié)構(gòu)，屋面和幕墻均采用單層網(wǎng)架，為了滿足溫室內(nèi)植物生長(zhǎng)對(duì)光照的要求，溫室屋面、側(cè)墻均采用單層透明玻璃幕墻，玻璃幕墻總面積為8816M2。展覽溫室由熱帶雨林區(qū)、四季花園、果吧、貴賓室、輔助用房組成（見圖1）。熱帶雨林區(qū)建筑面積為2150M2，種植有中國原產(chǎn)、具有較高觀賞價(jià)值的熱帶和亞熱帶植物。四季花園建筑面積為1880M2，種植的植物以花期各異的熱帶觀賞花木為主。熱帶雨林區(qū)與四季花園展區(qū)分開布置，但內(nèi)部空間不加分隔。能源中心由變配電站、冷凍機(jī)房、鍋爐房和水泵房組成，能源中心設(shè)置于展覽溫室外，位于溫室的北側(cè)。2設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)21室外設(shè)計(jì)參數(shù)夏季室外設(shè)計(jì)參數(shù)為空調(diào)計(jì)算干球溫度34，濕球溫度282，通風(fēng)計(jì)算干球溫度32。冬季，上海市極端最低溫度為101，極端最低溫度平均值為67，空調(diào)計(jì)算干球溫度4，采暖計(jì)算干球溫度為2。由于熱帶植物對(duì)環(huán)境溫度要求較高，短時(shí)間的低溫將影響熱帶植物的生長(zhǎng)，甚至使某些熱帶植物遭受滅頂之災(zāi)，因此，選用室外計(jì)算溫度時(shí)，應(yīng)考慮這一特殊要求。采暖計(jì)算干球溫度為歷年平均不保證五天的日平均溫度，空調(diào)計(jì)算干球溫度為歷年平均不保證一天的日平均溫度，采用這兩種計(jì)算溫度得到的熱負(fù)荷結(jié)果偏小，難以滿足溫室內(nèi)溫度的可靠性要求，如采用極端最低溫度，可靠性是最大的，但設(shè)備裝機(jī)容量很大，設(shè)備的利用率較低，初投資較高，因此，在本工程中選用了極端最低溫度平均值作為熱負(fù)荷計(jì)算參數(shù)，并且確定鍋爐容量時(shí)考慮了13的余量系數(shù)，系統(tǒng)具有一定的經(jīng)濟(jì)性也有較大的可靠性。22室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)熱帶植物要求的環(huán)境溫度、濕度最好是均一的，尤其是酷暑和嚴(yán)寒時(shí)，植物生長(zhǎng)的適宜溫度為25左右，濕度為80左右。在一個(gè)面積達(dá)4000M2的全玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的高大空間內(nèi)，全年保持25的恒溫和80的恒濕，在技術(shù)上是難以實(shí)現(xiàn)的，并且將會(huì)造成能源的極大浪費(fèi)。因此，室內(nèi)溫度的確定，在滿足植物生存的基本要求的條件下，還應(yīng)考慮技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難易程度和能源的節(jié)約等因素。一般來說，溫室溫度全年應(yīng)保持在15以上，如低于15，植物可能會(huì)出現(xiàn)生理障礙。綜合植物生長(zhǎng)要求、節(jié)能、技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)等各方面的因素后，得到的溫濕度等參數(shù)列于表1。表1室內(nèi)主要設(shè)計(jì)參數(shù)表夏季冬季房間名稱干球溫度/相對(duì)濕度/干球溫度/相對(duì)濕度/新風(fēng)量/M3/（H人）熱帶雨林區(qū)35751565四季花園32501550果吧、貴賓室266518353023熱帶雨林溫室空調(diào)設(shè)計(jì)的特殊性展覽溫室是以展示植物為中心的，并給觀賞者以暫時(shí)的舒適環(huán)境，因此，溫室空調(diào)系統(tǒng)的主要任務(wù)就是在為展示植物提供必需的生存、生長(zhǎng)環(huán)境的同時(shí)，也要為觀賞者營(yíng)造較為舒適的環(huán)境。植物的生長(zhǎng)發(fā)育要受到光（日照、照明）、溫度、濕度、氣流和土壤環(huán)境等條件的影響。陽光對(duì)于植物而言是最重要的因素，為了讓溫室植物得到足夠的陽光，溫室結(jié)構(gòu)必須全部采用透光性好的玻璃，如此，室內(nèi)環(huán)境很容易受到室外環(huán)境的干擾，給空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來較大的難度。熱帶雨林一般生存在高溫、高濕的熱帶、亞熱帶地區(qū)，其生長(zhǎng)的適宜溫度為25左右，濕度為80左右，為了節(jié)能，夏季一般將溫室內(nèi)溫度控制在35以下，這樣的環(huán)境對(duì)于觀賞者是毫無舒適可言，因此，在道路、休息區(qū)等人員滯留的空間應(yīng)進(jìn)行局部降溫，以形成局部涼爽的舒適空間。冬季，室內(nèi)溫度最低在15以上，觀賞者一般可以通過衣服來調(diào)節(jié)溫度。氣流會(huì)影響植物的呼吸作用和蒸騰作用，也會(huì)影響溫室內(nèi)的溫、濕度的均勻性。在整個(gè)溫室內(nèi)，氣流流速保持在05M/S左右是最佳的，因?yàn)檫m當(dāng)?shù)臍饬骺梢源龠M(jìn)植物的呼吸作用和蒸騰作用。需要注意的是熱風(fēng)或冷風(fēng)不能直接吹在植物上，因?yàn)闇夭畲蟮臍饬鲗⒁鹬参锏纳碚系K，并且，超過50M/S的風(fēng)速還會(huì)給植物造成物理障礙。氣流流場(chǎng)較差易影響一些植物的蒸騰作用，造成植物根部過于濕熱而腐爛。當(dāng)然，適當(dāng)?shù)臍饬饕矔?huì)使人感覺涼爽。因此，在進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在節(jié)能的原則下，首先應(yīng)考慮熱帶雨林對(duì)溫室環(huán)境的要求，再考慮人的舒適性問題。3空調(diào)冷熱源和水系統(tǒng)31冷、熱負(fù)荷夏季，果吧、貴賓室冷負(fù)荷為115KW，溫室內(nèi)的主要道路設(shè)有局部全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，該部分冷負(fù)荷為977KW，總冷負(fù)荷為1092KW。冬季，果吧、貴賓室空調(diào)熱負(fù)荷為79KW，熱帶雨林區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷為930KW，四季花園圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷為912KW，通過門、窗縫隙的冷風(fēng)滲透量為30000M3/H，該部分熱負(fù)荷為392KW，總熱負(fù)荷為2313KW。32冷源選用一臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組，制冷量為1116KW，機(jī)組配有雙制冷回路。雙制冷回路相互獨(dú)立，運(yùn)行時(shí)互不干擾，當(dāng)其中一個(gè)回路出故障，另一回路可以繼續(xù)運(yùn)行。33熱源溫室總熱負(fù)荷為2313KW，老溫室冬季熱負(fù)荷為698KW，考慮了15的管路損失后，總熱負(fù)荷為3463KW，選用兩臺(tái)燃油熱水鍋爐，每臺(tái)鍋爐的供熱量按總熱負(fù)荷的65確定，單臺(tái)鍋爐供熱量為2300KW，當(dāng)其中一臺(tái)出現(xiàn)故障需要檢修時(shí)，另外一臺(tái)還能提供65的熱量，以保證重要區(qū)域的最低溫度要求。并配有兩組板式換熱器，其換熱量與鍋爐供熱量相等。圖1平面圖34水系統(tǒng)空調(diào)水系統(tǒng)為二管制、同程式系統(tǒng)，冷凍水循環(huán)泵為一次定速泵，空調(diào)熱水系統(tǒng)為二次泵系統(tǒng)，鍋爐側(cè)水泵為定速泵，以保證鍋爐內(nèi)的流量恒定，由于溫室熱負(fù)荷變化較大，負(fù)荷側(cè)水泵為變頻調(diào)速泵，根據(jù)水系統(tǒng)的壓差調(diào)節(jié)熱水流量。4空氣處理系統(tǒng)41果吧、貴賓室果吧、貴賓室面積較小，適合采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)方式，并且設(shè)有排氣扇將室內(nèi)廢氣排至室外。42熱帶雨林區(qū)、四季花園熱帶雨林區(qū)、四季花園設(shè)有空調(diào)箱低速送風(fēng)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤管。過渡季節(jié)，在開窗進(jìn)行自然通風(fēng)的同時(shí)，空調(diào)箱將室外新風(fēng)直接送至室內(nèi)，加強(qiáng)室內(nèi)氣流流動(dòng)，使溫室內(nèi)氣流更均勻，既滿足了植物生長(zhǎng)要求，又使人感覺舒適一些。盛夏，室內(nèi)溫度可達(dá)三十多度，因此直接將室外新風(fēng)處理后再送入溫室內(nèi)。冬季，將室內(nèi)回風(fēng)和室外新風(fēng)混合，再進(jìn)行加熱、加濕處理，之后，送入室內(nèi)，以保證溫室當(dāng)中的溫度，使室內(nèi)形成一定的氣流，并使室內(nèi)空氣新鮮和維持一定的正壓。溫室為全玻璃結(jié)構(gòu)的高大空間，冬季圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量很大，散熱器的單位長(zhǎng)度散熱量較小，要分上下二層布置，影響玻璃幕墻的美觀，因此，選用散熱量大的風(fēng)機(jī)盤管作為散熱設(shè)備。421空調(diào)箱熱帶雨林區(qū)和四季花園共設(shè)有四臺(tái)疊式空調(diào)箱，每臺(tái)風(fēng)量為30000M3/H，并配有變頻控制器以調(diào)節(jié)風(fēng)量。空調(diào)箱由新風(fēng)預(yù)熱段、混風(fēng)段、表冷/加熱段、高壓噴霧加濕器和濕膜擋水板組成的加濕段以及風(fēng)機(jī)段組成。為了保證溫室內(nèi)景觀的完整性，送風(fēng)管敷設(shè)在溫室主要道路下的地溝內(nèi)，送風(fēng)口布置在道路的兩側(cè)，送風(fēng)方向?qū)χ缆罚员苊鈿饬髦苯哟翟谥参锷?，風(fēng)口形式為下送百葉風(fēng)口，并與景觀布置相結(jié)合。送風(fēng)口風(fēng)速為5M/S，在主要道路周圍形成一個(gè)局部的空調(diào)環(huán)境，集中回風(fēng)口設(shè)在機(jī)房側(cè)墻上。夏季運(yùn)行時(shí)，由于室內(nèi)回風(fēng)溫度與室外新風(fēng)相差無幾，并且，為了提供植物光合作用所需的二氧化碳，空調(diào)箱采用全新風(fēng)工況。室外新風(fēng)處理到22，再送入室內(nèi)，22的氣流出風(fēng)口后，立即擴(kuò)散，形成一個(gè)較涼爽的空間。此時(shí)，每臺(tái)空調(diào)箱風(fēng)量通過變頻調(diào)速降至25000M3/H。冬季運(yùn)行時(shí)，室外新風(fēng)經(jīng)預(yù)熱至10，與室內(nèi)回風(fēng)混合，再進(jìn)行加熱，最后，經(jīng)等焓噴霧加濕后送至室內(nèi)。每臺(tái)空調(diào)箱總風(fēng)量為30000M3/H，最小新風(fēng)量為7500M3/H，此時(shí)，可維持室內(nèi)05次/時(shí)的新風(fēng)換氣量，新風(fēng)量的大小可根據(jù)室內(nèi)外壓差進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證溫室處于正壓狀態(tài)。422風(fēng)機(jī)盤管在熱帶雨林區(qū)和四季花園中，各布置了56臺(tái)明裝立式風(fēng)機(jī)盤管，風(fēng)機(jī)盤管安裝在溫室外墻下部的地面上。風(fēng)機(jī)盤管僅在冬季運(yùn)行，負(fù)擔(dān)溫室的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷。風(fēng)機(jī)盤管采用了耐腐蝕鋁翅片和耐腐蝕鍍鋅鋼板，可長(zhǎng)期在濕度較高的環(huán)境下運(yùn)行。423加濕植物通常都喜歡空氣濕潤(rùn)，尤其是熱帶雨林，熱帶雨林一般比較高大，從根部到樹冠均有濕度要求，因此，溫室上部也應(yīng)進(jìn)行濕度控制。溫室內(nèi)加濕措施主要有以下幾種（1）空調(diào)箱內(nèi)設(shè)有高壓水噴霧加濕膜擋水板，除夏季外，其他季節(jié)均可對(duì)室外新風(fēng)進(jìn)行加濕；（2）采用氣水混合加濕系統(tǒng)對(duì)溫室進(jìn)行直接加濕，系統(tǒng)由空壓機(jī)、加壓泵、氣體輸送管路、水管和噴頭組成，多組噴頭均勻的布置在溫室上部，系統(tǒng)可全年進(jìn)行加濕；（3）溫室內(nèi)設(shè)有水池、瀑布，以及給植物澆水均起到調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度的作用；（4）熱帶雨林區(qū)局部設(shè)有人工降雨區(qū)，可以模仿自然界的小雨、中雨。措施（2）至（4），在夏季還可起到降溫的作用。5通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)的目的是排除室內(nèi)的余熱和余濕，補(bǔ)充新鮮空氣，和維持室內(nèi)的氣流場(chǎng)，通風(fēng)換氣有自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩種方式。51自然通風(fēng)自然通風(fēng)主要利用溫室下部進(jìn)風(fēng)口與上部排風(fēng)口之間的熱壓差來進(jìn)行的，自然通風(fēng)的換氣量一般較大，而且不需消耗任何能源，因此應(yīng)盡可能的利用自然通風(fēng)。P副標(biāo)題E溫室兩側(cè)墻下部設(shè)有進(jìn)風(fēng)窗，上部設(shè)有排氣窗，室外空氣進(jìn)入溫室后，可以從對(duì)面的上部排風(fēng)口排出，在過渡季節(jié)和夏季，根據(jù)室內(nèi)、外溫度及風(fēng)向，進(jìn)行手動(dòng)控制或遙控。由于自然換氣的換氣量難以人工控制，在強(qiáng)風(fēng)、下雨等惡劣天氣和嚴(yán)寒期，自然通風(fēng)難以實(shí)現(xiàn)。52機(jī)械通風(fēng)經(jīng)計(jì)算，熱帶雨林區(qū)機(jī)械通風(fēng)量為203100M3/H，四季花園機(jī)械通風(fēng)量為188400M3/H，換氣次數(shù)約為6次/時(shí)左右，在熱帶雨林區(qū)和四季花園的屋頂最高點(diǎn)各布置了8臺(tái)低噪聲軸流風(fēng)機(jī)。當(dāng)自然通風(fēng)不能保證溫室內(nèi)的溫、濕度要求時(shí)，可啟動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)。53冬季溫度梯度冬季，溫室進(jìn)行采暖時(shí)，布置在溫室內(nèi)四周的風(fēng)機(jī)盤管送出的熱空氣沿著側(cè)墻上升，最后，匯集在溫室屋架下部，同時(shí)空調(diào)箱送入溫室中部的熱空氣也將上升，從而產(chǎn)生下部溫度較低而上部溫度較高的現(xiàn)象，即所謂的溫度梯度。這種空氣溫度不均勻現(xiàn)象的存在對(duì)高大樹木的生長(zhǎng)發(fā)育是極其不利的，并且，為了確保溫室內(nèi)的最低溫度高于15，勢(shì)必要消耗更多的能源，因此必須降低冬季溫室內(nèi)的溫度梯度，使溫室內(nèi)溫度更均勻。減少溫度梯度的傳統(tǒng)做法是在溫室上部裝設(shè)大量的吊扇，這種方法是行之有效的，缺點(diǎn)是影響室內(nèi)的美觀。本工程中，在溫室屋架上設(shè)有10臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)向下噴出高速氣流，利用氣流的卷吸作用，使溫室內(nèi)部的冷、熱空氣得到充分的混合。這種方式需要的風(fēng)機(jī)數(shù)量少，可安裝在比較隱蔽的空間內(nèi)。6空調(diào)自控系統(tǒng)空調(diào)自控系統(tǒng)包括室內(nèi)外空氣參數(shù)的測(cè)定、通風(fēng)系統(tǒng)的控制、風(fēng)機(jī)盤管的控制、空調(diào)箱的控制、加濕系統(tǒng)的控制、鍋爐熱水系統(tǒng)的控制和冷凍水系統(tǒng)的控制。61室內(nèi)外空氣參數(shù)的測(cè)定需要測(cè)定的室外空氣參數(shù)包括室外干球溫度、濕球溫度、風(fēng)速和風(fēng)向。室內(nèi)空氣參數(shù)主要包括室內(nèi)的溫度和濕度，溫感器共設(shè)有56個(gè)，其中熱帶雨林區(qū)設(shè)有41個(gè)，四季花園設(shè)有15個(gè)，溫度測(cè)定點(diǎn)分別設(shè)在15米、7米、8米、15米、22米、29米的高度上。濕度感受器共設(shè)有26個(gè)，其中熱帶雨林區(qū)設(shè)有19個(gè)，四季花園設(shè)有7個(gè)，濕度測(cè)定點(diǎn)分別設(shè)在15米、6米、15米、29米的高度上。此外，還設(shè)有室內(nèi)高溫、低溫報(bào)警。62通風(fēng)系統(tǒng)的控制通風(fēng)系統(tǒng)的控制包括進(jìn)風(fēng)窗和排氣窗開閉的遙控、排風(fēng)機(jī)的遙控。63風(fēng)機(jī)盤管的控制溫室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管按組進(jìn)行控制，每組風(fēng)機(jī)盤管由3至7臺(tái)風(fēng)機(jī)盤管組成，并且連接在一根空調(diào)供回水支管上，由一只恒溫器控制回水支管上的電動(dòng)二通控制閥的開啟度，調(diào)節(jié)通過該組風(fēng)機(jī)盤管的水流量，風(fēng)機(jī)盤管停止運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)閥同時(shí)關(guān)閉。64空調(diào)箱的控制641夏季，空調(diào)箱在全新風(fēng)工況下運(yùn)行，控制器根據(jù)送風(fēng)溫度控制表冷器回水管上的電動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥。642冬季，根據(jù)室內(nèi)外壓差信號(hào)，控制新風(fēng)閥來調(diào)節(jié)空調(diào)箱的新風(fēng)量，以維持溫室處于正壓狀態(tài)，防止冷風(fēng)滲入。根據(jù)室外溫度控制新風(fēng)預(yù)熱盤管的水流量。根據(jù)送風(fēng)的溫濕度來調(diào)節(jié)加熱盤管的水流量和加濕器的加濕量。65根據(jù)溫室內(nèi)的濕度控制氣水噴霧加濕系統(tǒng)的運(yùn)行。66鍋爐熱水系統(tǒng)和冷凍水系統(tǒng)的控制包括鍋爐運(yùn)行臺(tái)數(shù)控制、板式換熱器的溫度控制、負(fù)荷側(cè)的熱水泵變頻控制、壓差旁通控制、以及啟停聯(lián)鎖控制等。7總結(jié)71溫室空調(diào)通風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)以溫室內(nèi)的植物為主體，首先應(yīng)滿足植物的生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境的要求，如光照、溫度、濕度、通風(fēng)換氣等，其次滿足人的舒適性要求。72在進(jìn)行冬季采暖負(fù)荷計(jì)算時(shí)，應(yīng)慎重選用室外計(jì)算溫度，應(yīng)考慮到出現(xiàn)極端最低溫度的概率，并且，由于高大空間存在的溫度梯度，按設(shè)定的室內(nèi)計(jì)算溫度計(jì)算得到的熱負(fù)荷將小于實(shí)際需要的供熱量，因此，確定制熱設(shè)備的容量時(shí)，應(yīng)考慮較大的安全系數(shù)。73對(duì)于室內(nèi)