北京某展覽館中西廣場(chǎng)新館暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案

1、工程概況北京某展覽館中西廣場(chǎng)新館暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案該工程位于北京，為建筑面積 13000m2 的單層(局部 2 層)大空間新建展覽建筑，弧形屋頂最高處達(dá) 15.6m。中央為通高的大展廳;南北兩側(cè)首層為衛(wèi)生間、開(kāi)水間，熱力、電氣機(jī)房，消防保安等附屬用房，其上部夾層為馬道(設(shè)備機(jī)房);局部地下室為消防泵房。該工程雖然不算復(fù)雜，但其空調(diào)、供暖設(shè)計(jì)有很多值得探討和總結(jié)的地方，且有一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)?？照{(diào)冷熱源方案 供冷方案的的選擇本工程總冷負(fù)荷為 3250kW，由于冷量較大，最初按常規(guī)擬在地下設(shè)置集中制冷機(jī)房，選用 3 臺(tái) 1100kW 的螺桿式水冷機(jī)組，對(duì)應(yīng)冷卻塔擬設(shè)在室外草坪處。本工程為單層建筑，自來(lái)水等

2、均可由市政水直供;為縮短風(fēng)道長(zhǎng)度，空氣處理機(jī)組、通風(fēng)設(shè)備等設(shè)于建筑上部;熱力、電氣機(jī)房等也可設(shè)在首層附屬房間內(nèi)。因此所需地下機(jī)電設(shè)備用房的面積較小，建筑方案擬不設(shè)置大面積地下室?？紤]到建筑方案的經(jīng)濟(jì)性，以及展館周圍有較寬敞的室外地面可放置設(shè)備的現(xiàn)狀，重新考慮在室外設(shè)置相對(duì)分散的風(fēng)冷冷水機(jī)組的供冷方案。擬選用 6 臺(tái)制冷量為 620kW 的機(jī)組，以距室內(nèi)空氣處理機(jī)房最近為原則，布置在展館周圍地面上，如圖 1 所示。根據(jù)公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB50189-2005)對(duì)冷水機(jī)組的要求，本工程擬選用的水冷型和風(fēng)冷型機(jī)組在名義工況下的 COP 應(yīng)分別為 4.30 和 2.80。假設(shè)本工程設(shè)計(jì)條件符合名

3、義工況，制冷機(jī)的 COP 也為標(biāo)準(zhǔn)所要求的數(shù)值，在所需制冷量條件下，風(fēng)冷機(jī)組的總用電量為 1160kW，比水冷機(jī)組(755kW)大 405kW。但風(fēng)冷機(jī)組沒(méi)有冷卻水循環(huán)泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)能耗(軸功率分別約為 113kW 和 33kW)，另分散設(shè)置的風(fēng)冷機(jī)組比集中冷源系統(tǒng)大大縮短了空調(diào)冷水的輸送距離，空調(diào)冷水循環(huán)泵能耗有所減少。經(jīng)估算 2 種供冷方案全負(fù)荷額定工況的能耗差值約為 250kW，風(fēng)冷型機(jī)組比水冷型機(jī)組耗電量約增加了 28%。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，一般情況下大型空調(diào)系統(tǒng)采用集中設(shè)置的水冷機(jī)組比分散設(shè)置的風(fēng)冷機(jī)組節(jié)能。但通過(guò)對(duì)展覽類建筑空調(diào)使用情況的調(diào)查，布展期間由于人員和燈光負(fù)荷很小(白天自然采光

4、)且對(duì)房間溫濕度要求不高，均不開(kāi)制冷機(jī)制冷，自然通風(fēng)即可。由于全年展覽期間開(kāi)啟制冷機(jī)的時(shí)間相對(duì)較少，采用不同類型制冷機(jī)的全年耗電量差距也較小，對(duì)能耗影響不大，且因?yàn)樗荛L(zhǎng)度短，不需采用平衡閥等調(diào)節(jié)手段。采用 6 臺(tái)風(fēng)冷機(jī)組還具有增加了小負(fù)荷時(shí)的調(diào)節(jié)范圍、節(jié)約土建費(fèi)用、節(jié)水(省去冷卻水補(bǔ)水量)等優(yōu)點(diǎn)，因此確定采用此方案。供熱方案本工程熱源為甲方自管的換熱站二次熱水，直接供展廳散熱器，并經(jīng)板式換熱器換熱后提供 60/50的空調(diào)熱水。將二次水再換熱后作為空調(diào)熱水，主要是考慮空調(diào)機(jī)組水溫不宜過(guò)高，且空氣處理機(jī)組和自控閥阻力較大，間接使用三次水可避免空調(diào)水系統(tǒng)和散熱器供暖系統(tǒng)的阻力不平衡?？照{(diào)冷熱水系統(tǒng)

5、及補(bǔ)水定壓方案本工程空調(diào)水系統(tǒng)為兩管制，夏季 6 個(gè)空調(diào)冷水系統(tǒng)分別設(shè)置循環(huán)泵，冬季全館合用空調(diào)熱水循環(huán)泵，使用時(shí)按季節(jié)轉(zhuǎn)換 6 個(gè)子系統(tǒng)的冷熱水閥門，如圖 2 所示。由于空調(diào)末端設(shè)備設(shè)于夾層較高處，弧形網(wǎng)架屋頂又無(wú)法設(shè)置高位膨脹水箱，空調(diào)冷熱水系統(tǒng)采用閉式氣壓罐定壓。為避免使用時(shí)誤操作隔斷空調(diào)水系統(tǒng)的膨脹通路，出現(xiàn)使系統(tǒng)壓力升高以至設(shè)備或管道配件超壓損壞的危險(xiǎn)，采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50019-2003)(以下簡(jiǎn)稱暖通規(guī)范)規(guī)定膨脹管道上不得設(shè)置閥門。在本工程的 6 個(gè)冷水子系統(tǒng)和 1 個(gè)總熱水系統(tǒng)循環(huán)泵入口分別設(shè)置膨脹定壓設(shè)施，夏季各子系統(tǒng)完全獨(dú)立、互不影響，可以滿足暖通規(guī)范不

6、在膨脹管上設(shè)置閥門的要求。此方案可以設(shè)置集中軟化補(bǔ)水設(shè)備，但補(bǔ)水泵啟?？刂戚^復(fù)雜，且膨脹水回收困難;也可分散設(shè)置軟化補(bǔ)水設(shè)備，但因 6 個(gè)冷水系統(tǒng)的水容量和補(bǔ)水量很小，分散設(shè)置很不經(jīng)濟(jì)且占據(jù)機(jī)房面積。為了使系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單，減少機(jī)房面積，便于集中管理，經(jīng)分析否定了設(shè)置多個(gè)膨脹定壓設(shè)施的方案，冷熱水系統(tǒng)合用一套膨脹定壓補(bǔ)水設(shè)備。為了解決各子系統(tǒng)分別檢修和系統(tǒng)安全運(yùn)行之間的矛盾，在各子系統(tǒng)的膨脹補(bǔ)水接管處設(shè)置了消防系統(tǒng)中常用的電信號(hào)閥代替普通檢修閥，當(dāng)閥門被關(guān)閉而忘記打開(kāi)或誤操作時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警提示信號(hào)，保證安全運(yùn)行，并能夠分系統(tǒng)關(guān)閉，泄水檢修。膨脹補(bǔ)水定壓設(shè)備設(shè)在首層換熱間內(nèi)，由全自動(dòng)軟水器、

7、軟化水箱、軟水補(bǔ)水泵、氣壓罐等組成。補(bǔ)水泵受系統(tǒng)壓力控制啟停，其最低壓頭值大于系統(tǒng)最高末端空調(diào)設(shè)備的高度。膨脹罐的調(diào)節(jié)容積按 3min 的補(bǔ)水泵流量確定，以保證補(bǔ)水泵能夠穩(wěn)定地運(yùn)行。但膨脹罐不容納系統(tǒng)膨脹量，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)水受熱膨脹使系統(tǒng)壓力高于停泵壓力時(shí)，膨脹管道上的電磁閥打開(kāi)，使膨脹水量回收到軟化水箱，因此軟化水箱進(jìn)水水位和溢流水位之間留有接納系統(tǒng)膨脹量的容積?？照{(diào)氣流組織及空氣處理本工程展廳設(shè)一次回風(fēng)全空氣空調(diào)系統(tǒng)，18 臺(tái)空氣處理機(jī)組均勻地布置在展廳兩側(cè)夾層設(shè)備馬道上。由于人員全部集中在下部，沒(méi)有采用頂送方式，而是就近從機(jī)組上部的送風(fēng)靜壓箱將經(jīng)過(guò)處理的空氣通過(guò)距展廳地面約 7m 的噴口(角度

8、可調(diào))送入室內(nèi)，回風(fēng)經(jīng)夾層側(cè)面下部的百葉直接回至機(jī)組，人員處于舒適的空氣回流區(qū)，且僅保證高大展廳下部的溫度，形成分層空調(diào)的氣流組織形式，如圖 3 所示。從空氣處理機(jī)組到送風(fēng)口，除 10 m 長(zhǎng)的靜壓箱和不到 1m 長(zhǎng)的風(fēng)口接管外，幾乎無(wú)風(fēng)道，空氣的輸送距離很短，所需風(fēng)機(jī)機(jī)外余壓很小，單位空氣量的輸送功率很低，滿足節(jié)能要求，且送風(fēng)均勻?？諝馓幚頇C(jī)組新風(fēng)入口設(shè)置了大小 2 個(gè)風(fēng)閥，冬夏季采用滿足人員衛(wèi)生要求的最小新風(fēng)量時(shí)，其中較大風(fēng)閥為關(guān)閉狀態(tài)，新風(fēng)通過(guò)較小風(fēng)閥進(jìn)入機(jī)組，與回風(fēng)混合經(jīng)處理后送入室內(nèi);為避免關(guān)機(jī)時(shí)室外冷熱空氣侵入以致在冬季凍結(jié)加熱盤管，小閥采用與機(jī)組風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖開(kāi)閉的電動(dòng)風(fēng)閥。過(guò)渡季時(shí)，

9、可人為地根據(jù)室外氣溫手動(dòng)打開(kāi)機(jī)組較大新風(fēng)閥、關(guān)閉回風(fēng)閥，利用室外空氣做冷源進(jìn)行全新風(fēng)運(yùn)行。采用大小 2 個(gè)新風(fēng)閥的初衷，是為了不需調(diào)節(jié)閥位便能簡(jiǎn)單地通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)最小和最大新風(fēng)量控制。進(jìn)入室內(nèi)的新風(fēng)大部分由設(shè)在展廳屋頂?shù)呐棚L(fēng)機(jī)排至室外，并可根據(jù)各季節(jié)新風(fēng)量的變化調(diào)節(jié)排風(fēng)機(jī)開(kāi)啟臺(tái)數(shù);其余部分通過(guò)建筑出入口和衛(wèi)生間排出室外并維持展廳內(nèi)的正壓。本工程完工時(shí)恰逢冬季，第一次使用是寒假期間的高校畢業(yè)生就業(yè)人才招聘會(huì)，供暖和空調(diào)系統(tǒng)使用效果良好，但招聘會(huì)后的一場(chǎng)寒流造成了一些空氣處理機(jī)組盤管被凍裂。經(jīng)展館工作人員介紹，冬季很少舉辦展覽，入冬前運(yùn)行人員一般按慣例將空調(diào)水管關(guān)閉并將盤管內(nèi)水泄空。由于當(dāng)時(shí)

10、沒(méi)有正式交工，施工單位在招聘會(huì)后關(guān)閉了機(jī)組空調(diào)水閥，卻未將盤管中水泄空，一些全新風(fēng)使用的手動(dòng)風(fēng)閥也未關(guān)閉，發(fā)生了凍裂事故。由此得出以下經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：1. 由于本工程的建設(shè)資金和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的限制，除消防外，沒(méi)有設(shè)置集中弱電控制系統(tǒng)，因此回風(fēng)閥和全新風(fēng)使用的新風(fēng)大閥沒(méi)有采用電動(dòng)閥，不能根據(jù)室內(nèi)外比焓比較，隨時(shí)進(jìn)行最小新風(fēng)和全新風(fēng)運(yùn)行的自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制，僅在過(guò)渡季手動(dòng)進(jìn)行閥門轉(zhuǎn)換，使最大限度地采用新風(fēng)做冷源的節(jié)能效果有所折扣，并給冬季盤管凍結(jié)留下了隱患。2. 由于自控設(shè)計(jì)的上述原因和對(duì)其不重視和疏忽，沒(méi)有設(shè)置盤管溫度過(guò)低時(shí)報(bào)警等防凍措施。3. 即使自控設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法改變，根據(jù)現(xiàn)狀，新風(fēng)閥還是采用與風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖的電動(dòng)

11、閥為好，以免冬季誤操作未關(guān)閉手動(dòng)的大閥時(shí)發(fā)生凍結(jié)事故。但應(yīng)加強(qiáng)初調(diào)節(jié)以確定最小新風(fēng)量時(shí)的新風(fēng)閥閥位。綜上所述，今后的工程中應(yīng)更加重視涉及安全和節(jié)能的空調(diào)自控設(shè)計(jì)。大空間值班供暖冷風(fēng)滲透計(jì)算方法的探討(一級(jí))本工程衛(wèi)生間等附屬用房設(shè)置了冬季散熱器供暖，設(shè)計(jì)溫度和負(fù)荷計(jì)算等均按常規(guī)進(jìn)行。大空間展廳上部設(shè)置了保護(hù)鋼屋架的濕式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，下部預(yù)留了展覽需要的給排水設(shè)施，還有消火栓系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)均需在冬季停開(kāi)空調(diào)風(fēng)機(jī)時(shí)防凍，因此設(shè)置了下供下回雙管異程式散熱器值班供暖系統(tǒng)。由于值班供暖時(shí)空調(diào)不開(kāi)啟，不能保證室內(nèi)正壓，需計(jì)算冷風(fēng)滲透耗熱量。由于計(jì)算門窗單位長(zhǎng)度縫隙滲入室內(nèi)的冷空氣量的計(jì)算公式(簡(jiǎn)稱縫

12、隙法)涉及的因素很多、計(jì)算煩雜，因此展廳最初采用了暖通規(guī)范推薦的按房間換氣次數(shù)確定滲透冷空氣量的計(jì)算方法，即房間有 3 面及以上外墻時(shí)，冷風(fēng)滲透量為 11.5 h-1 換氣。取值班供暖溫度為 6，經(jīng)計(jì)算展廳外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量(包括高度附加)為 203359W，按 1 h-1 換氣量(規(guī)范介紹的下限值)估算，冷風(fēng)滲透耗熱量為 740520W，為基本耗熱量的 364%。此負(fù)荷計(jì)算結(jié)果非常大，即使減少換氣次數(shù)(例如取有關(guān)資料介紹的 0.5 或 1/3 h-1)，數(shù)值仍然很大。將展廳四周布滿散熱器仍不能滿足要求。因此采用暖通規(guī)范的縫隙法重新進(jìn)行計(jì)算。展廳 4 周均有外門和大量可開(kāi)啟外窗，縫隙總長(zhǎng)約為 363m。為了安全，門窗縫隙滲入空氣量均按氣密性最差的 1 級(jí)窗考慮，各朝向冷風(fēng)滲透耗熱量總和為 4812W，僅占基本耗熱量的 2.4%。換氣估算法和縫隙法的計(jì)算結(jié)果相差百倍