黎建良 劉紅平 夏建中 張宇翔

1國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)校務(wù)部2長(zhǎng)沙師范學(xué)院電子信息工程系3華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院

某學(xué)術(shù)交流中心高大空間的空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)與實(shí)施

黎建良1劉紅平2夏建中1張宇翔3

1國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)校務(wù)部2長(zhǎng)沙師范學(xué)院電子信息工程系3華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院

本文通過介紹一個(gè)高大空間空調(diào)系統(tǒng)工程節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)于穩(wěn)定人群集群高大空間場(chǎng)所空調(diào)設(shè)計(jì)，應(yīng)重點(diǎn)考慮空調(diào)系統(tǒng)氣流組織形式、送風(fēng)形式與送風(fēng)速度，保證夏季熱濕空氣的自然散失與有效利用，冬季熱濕空氣的節(jié)能設(shè)計(jì)與控制，并在運(yùn)行管理上采取有效措施，實(shí)現(xiàn)高大空間建筑節(jié)能，營造經(jīng)濟(jì)、舒適、節(jié)能、環(huán)保的室內(nèi)空調(diào)環(huán)境。

冬冷夏熱 氣流組織 建筑節(jié)能

1 工程概況

長(zhǎng)沙市地區(qū)屬典型的丘陵地貌，最明顯的氣候特征是冬季濕冷夏季悶熱，春秋過渡季節(jié)特別短，一年中，需要供暖和供冷時(shí)間較長(zhǎng)，空氣含濕量特別高，夏季潮濕悶熱，冬季濕冷刺骨。本項(xiàng)目為一學(xué)術(shù)交流中心，建設(shè)地點(diǎn)處在四面環(huán)山的丘陵地貌中，大氣氣流環(huán)境閉塞，建筑物地上建筑面積為13937m2，建筑高度為27.00m，地下一層，地上三層。該中心設(shè)2237人觀眾廳及配套用房，舞臺(tái)下為地下室，主要為臺(tái)倉、機(jī)電設(shè)備用房和樂池。

圖1 一層空調(diào)平面圖

本文重點(diǎn)談及這一高大空間的冬夏舒適性空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)與實(shí)施情況，供類似建筑空間設(shè)計(jì)參考。建筑物一層平面如圖1。

2 基本設(shè)計(jì)參數(shù)和負(fù)荷計(jì)算

表1為長(zhǎng)沙地區(qū)室外氣象參數(shù)。

表1 長(zhǎng)沙地區(qū)室外氣象參數(shù)

該建筑主要用途為某高校重大政治與文化活動(dòng)的學(xué)生集會(huì)場(chǎng)所，每學(xué)期期中與期末一段時(shí)間為集會(huì)高峰期，這時(shí)正值供暖供冷的高峰期，是最不利天氣狀況的的涌現(xiàn)期，針對(duì)該建筑物座落位置特定的室外相對(duì)濕度參數(shù)，根據(jù)該區(qū)域多年的氣象資料統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，同時(shí)參照已有同類功能場(chǎng)館的使用情況，就本中心的實(shí)際使用情況，建設(shè)單位和設(shè)計(jì)師進(jìn)行了深入溝通，以節(jié)能和減少建設(shè)投入為主要出發(fā)點(diǎn)，確定每次活動(dòng)人員不超過2237人，活動(dòng)時(shí)間基本能控制在4h以內(nèi)，結(jié)合集群場(chǎng)所人群水氣散發(fā)量，對(duì)環(huán)境相對(duì)濕度進(jìn)行了提高修正，修正值確定最不利氣候條件下的室外相對(duì)濕度為95%，室內(nèi)最大相對(duì)濕度可達(dá)98%，校核了空調(diào)機(jī)組和新風(fēng)機(jī)組的除濕量，以此作為工程設(shè)計(jì)負(fù)荷計(jì)算的重要依據(jù)，也作為本工程空調(diào)設(shè)備的選型提供了采信數(shù)據(jù)。

表2為室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)確定值[1～2]。

表2 室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)確定值

按表2室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)要求，大樓夏季空調(diào)計(jì)算冷負(fù)荷共2080kW，冬季空調(diào)計(jì)算熱負(fù)荷共1125kW。

3 低成本和節(jié)能的空調(diào)冷/熱源方案的確定

1）提倡運(yùn)行節(jié)能為主，降低建設(shè)成本為輔，鑒于該集會(huì)場(chǎng)所屬于臨時(shí)性集散場(chǎng)所，每次集會(huì)時(shí)間都限制在4h內(nèi)，采用提前開機(jī)，利用建筑物的蓄能的功能，提前開機(jī)蓄能來平衡人員進(jìn)場(chǎng)時(shí)瞬時(shí)大負(fù)荷狀況；在選擇末端設(shè)備時(shí)，重點(diǎn)考慮青壯年人員散濕量特別大，空氣處理設(shè)備須具備加強(qiáng)除濕功能。本項(xiàng)目重點(diǎn)從冬季節(jié)能運(yùn)行著手，冬季除濕采用加大補(bǔ)充室外新風(fēng)方式，新風(fēng)設(shè)備直接加熱室外干冷空氣，平衡人員散濕量，防止出現(xiàn)悶熱狀況，不但減少了冬季除濕設(shè)備的投入，而且實(shí)現(xiàn)了節(jié)能運(yùn)行。最終確定：按計(jì)算負(fù)荷2080kW的75%確定為夏季空調(diào)冷負(fù)荷，制冷設(shè)備裝機(jī)容量為1560kW；按計(jì)算負(fù)荷1125kW的85%確定為冬季空調(diào)熱負(fù)荷，供熱設(shè)備裝機(jī)容量為960kW。

2）根據(jù)確定的冷/熱源裝機(jī)容量，結(jié)合工程特點(diǎn)和使用要求，選擇兩臺(tái)麥克維爾螺桿式雙機(jī)頭變頻主機(jī)作為冷源設(shè)備，并綜合利用學(xué)校游泳館燃?xì)鉄崴仩t為冬季供熱熱源，不另配套建制熱鍋爐房和制熱設(shè)備，只選擇一臺(tái)水-水板式換熱一體化換熱機(jī)組。通過室外管道引至學(xué)術(shù)交流中心。夏季冷凍水供回水溫度為6/12℃，冬季熱水供回水溫度為60/50℃。采用熱水/冷凍水管路異程、共管方式輸送，水泵動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)按變流量運(yùn)行。

本項(xiàng)目的冷/熱源選擇，利用了建筑物蓄能的作用，平衡人員進(jìn)場(chǎng)時(shí)瞬時(shí)要求的大負(fù)荷狀況，降低了裝機(jī)容量，減少機(jī)房與設(shè)備安裝費(fèi)用，相比滿負(fù)荷裝機(jī)和另建機(jī)房，降低建設(shè)成本近100萬元。

4 空調(diào)末端工藝節(jié)能設(shè)計(jì)與安裝

本工程除消防控制室和值班室等零散用房設(shè)獨(dú)立分體式空調(diào)外，全樓采用空氣系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤管相結(jié)合，共采用6臺(tái)一次回風(fēng)風(fēng)柜和4臺(tái)二次回風(fēng)風(fēng)柜，40臺(tái)風(fēng)機(jī)盤管和2臺(tái)新風(fēng)機(jī)，末端的靈活配置和合理的氣流組織形式是本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能和減少建設(shè)成本，達(dá)到舒適性效果的關(guān)鍵所在?；厩闆r介紹如下：

1）門廳采用全空氣系統(tǒng)，送風(fēng)結(jié)合裝修采用頂送及側(cè)送形式。

2）舞臺(tái)區(qū)域采用全空氣系統(tǒng)，按舞臺(tái)布景工藝要求采用上送上回，冷風(fēng)柜設(shè)于地下室（圖2）。

3）貴賓休息室、辦公室、配套用房采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，便于靈活控制，新風(fēng)管走廊敷設(shè)。

4）觀眾廳采用座椅下送風(fēng)與頂送結(jié)合形式（圖3）。按觀眾廳裝修標(biāo)準(zhǔn)，層高達(dá)24m，二層看臺(tái)的氣流組織采用上送上回形式；一層中廳座椅采用座椅下送側(cè)回形式，中廳共安裝有326只座椅專用送風(fēng)口，四周采用側(cè)送側(cè)回形式，在風(fēng)管無法達(dá)到的位置設(shè)計(jì)集中回風(fēng)口，觀眾廳新風(fēng)采用上送形式，確保了氣流組織均勻無死角。

圖2 中軸線剖立面圖

圖3 升降舞臺(tái)、樂池及地下送風(fēng)平面圖

空調(diào)末端為組合式變頻二次回風(fēng)冷風(fēng)柜，與新風(fēng)混合送入室內(nèi)，設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度20℃。

觀眾席風(fēng)速嚴(yán)格控制在0.5m/s以內(nèi)，下送風(fēng)座椅風(fēng)口風(fēng)速嚴(yán)格控制在0.25m/s，整個(gè)大廳無吹風(fēng)感，舞臺(tái)風(fēng)速嚴(yán)格控制在0.3m/s以內(nèi)，確保幕布與旗幟無擾動(dòng)；測(cè)量噪聲值在建筑聲學(xué)和觀眾廳噪聲標(biāo)準(zhǔn)控制范圍內(nèi)；設(shè)備運(yùn)行的噪聲與振動(dòng)無回聲與混響，嚴(yán)格控制其對(duì)舞臺(tái)音響設(shè)備造成的共鳴干擾。這種靈活多樣，因地制宜的氣流組織形式達(dá)到了觀眾廳空間環(huán)境，確保了溫濕度場(chǎng)均勻，解決了多層觀眾廳大空間容易形成下冷上熱的空氣場(chǎng)等諸多問題。

5 動(dòng)力系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控節(jié)能運(yùn)行設(shè)計(jì)

1）冷水機(jī)組及熱源設(shè)備由外網(wǎng)提供，控制系統(tǒng)采用變流量變頻運(yùn)行，并與本工程空調(diào)末端聯(lián)動(dòng)，空調(diào)水系統(tǒng)壓力及溫度進(jìn)行控制及調(diào)節(jié)，完全滿足末端系統(tǒng)的負(fù)荷需求。

2）風(fēng)機(jī)盤管均設(shè)溫控器，三速開關(guān)及電動(dòng)二通閥，可根據(jù)室內(nèi)設(shè)定溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)冷凍水流量。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與風(fēng)機(jī)連鎖，風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)電動(dòng)閥關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行節(jié)能與保護(hù)功能。

3）新風(fēng)機(jī)配溫控器及比例調(diào)節(jié)電動(dòng)閥，可根據(jù)送風(fēng)溫度調(diào)節(jié)冷凍水流量。新風(fēng)機(jī)入口設(shè)防凍開關(guān)，與電動(dòng)密閉風(fēng)閥連鎖，過渡季節(jié)全空氣系統(tǒng)加大新風(fēng)量運(yùn)行。

4）冷水機(jī)組、冷卻泵、冷凍水泵、新風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)柜和供熱機(jī)組全部采用變頻控制，可在控制室集中控制，亦可就地控制。每臺(tái)空調(diào)設(shè)備均可在控制室顯示其運(yùn)行或故障狀態(tài)。

6 環(huán)保節(jié)能設(shè)計(jì)與實(shí)施

為使空調(diào)系統(tǒng)在滿足舒適使用的情況下更加滿足節(jié)能規(guī)范的要求，實(shí)施的環(huán)保節(jié)能措施有：

1）冷水機(jī)組選用智能控制，可實(shí)現(xiàn)冷量自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為20%～115%，同時(shí)連鎖循環(huán)泵，根據(jù)設(shè)定值和負(fù)荷狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

2）冷凍水采用6℃供回水溫差，冷卻水采用7℃供回水溫差，減少循環(huán)水泵運(yùn)行能耗的同時(shí)，也減小輸水管徑?？照{(diào)水系統(tǒng)的輸送能效比完全滿足了《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求。

3）觀眾廳和舞臺(tái)空調(diào)房間設(shè)置溫濕度控制器，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)及新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)均滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》。

4）所選空調(diào)設(shè)備均采用節(jié)能、低噪聲設(shè)備。風(fēng)機(jī)的單位風(fēng)量耗功率值、循環(huán)水泵最大輸送能效比小于規(guī)范限值。

5）空調(diào)末端冷熱水管利用溫度傳感器，采用超聲波冷熱量表計(jì)量，數(shù)據(jù)采集至計(jì)量中心主控服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一計(jì)量管理，確保系統(tǒng)運(yùn)行流量均衡節(jié)能，消除部分區(qū)域過冷過熱。

6）保溫材料滿足有關(guān)規(guī)范關(guān)于消防方面的要求，采用難燃B級(jí)柔性泡沫橡塑保溫，導(dǎo)熱系數(shù)λ≤0.03513W/(m·K（)0℃），氧指數(shù)≥32，濕阻因子≥7000，表面密度≥40kg/m3。

7）過渡季節(jié)全空氣系統(tǒng)加大新風(fēng)量運(yùn)行，熱濕平均功能明顯，節(jié)能效果顯著。

8）空調(diào)風(fēng)管可采用復(fù)合風(fēng)管等新型材料。所有通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的管道材料、保溫材料、消聲材料、粘結(jié)劑等應(yīng)滿足消防規(guī)范要求。

9）空調(diào)設(shè)備均設(shè)減震措施，制冷機(jī)房及空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)做吸聲墻及天花，風(fēng)機(jī)出入口做消聲處理。空調(diào)系統(tǒng)噪聲及震動(dòng)控制應(yīng)滿足《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》、《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》。

10）空氣調(diào)節(jié)風(fēng)系統(tǒng)的單位風(fēng)量耗功率滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2005）5.3.26條的規(guī)定。

11）建筑物熱工設(shè)計(jì)達(dá)到《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2005）的要求，嚴(yán)格控制開窗面積，并對(duì)內(nèi)外墻進(jìn)行保溫處理，吊頂保溫隔熱。

7 結(jié)束語

本工程已投入一年多，舉行了多次集會(huì)，尤其是保障了該校校慶一系列重大集會(huì)活動(dòng)，空調(diào)效果良好。本文介紹這一高大空間空調(diào)系統(tǒng)工程節(jié)能設(shè)計(jì)成功的實(shí)施實(shí)例，啟示暖通工程設(shè)計(jì)師，對(duì)穩(wěn)定人群集群高大空間場(chǎng)所空調(diào)設(shè)計(jì)，應(yīng)重點(diǎn)考慮空調(diào)系統(tǒng)氣流組織形式、送風(fēng)形式，保證場(chǎng)館濕負(fù)荷的有效散失與有效利用冬季室外干冷空氣平衡熱濕負(fù)荷的節(jié)能設(shè)計(jì)，并在控制自動(dòng)化運(yùn)行管理上采取措施，實(shí)現(xiàn)高大空間建筑節(jié)能運(yùn)行與降低建設(shè)成本，營造經(jīng)濟(jì)節(jié)能、舒適環(huán)保的空調(diào)環(huán)境。

[1]中國建筑科學(xué)研究院,中國建筑業(yè)協(xié)會(huì)建筑節(jié)能專業(yè)委員會(huì).公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(GB50189-2005)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005

[2]中國建筑科學(xué)研究院.民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50736-2012)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005

Air Conditioning Ene rgy Sa ving De s ign a nd Im ple m e nta tion of a La rge Spa c e of Ac a de m ic Exc ha nge Ce nte r

LI Jian-liang1,LIU Hong-ping2,XIA Jian-zhong1,ZHANG Yu-xiang3
1 Logistics of National University of Defense Technology 2 Department of Electronic Information Engineering,Changsha Normal College 3 Architectural Design and Research Institute of South China University of Technology

Through an example of a large space air conditioning system with energy saving design,it should focus on the airflow pattern,air supply and air velocity,and ensure the summer heat and moisture natural dissipation and effective use of winter thermal energy saving design,and take effective measures in operation management.Then,the energy saving of large space building is realized,and an indoor air-conditioning environment with economy,comfort,energy saving,and environmental protection is created.

cold in winter and hot in summer,air flow organization,building energy saving

1003-0344（2015）05-103-4

2014-6-19

黎建良（1971～），男，本科，高工；國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)校務(wù)部（410073）；E-mail:lijianliang12@126.com