寒冷地區(qū)某圖書館暖通設計

郭燕飛

(山西經濟管理干部學院，山西太原030024)

寒冷地區(qū)某圖書館暖通設計

郭燕飛

(山西經濟管理干部學院，山西太原030024)

介紹了某圖書館內部暖通設計方案及計算方法，針對寒冷地區(qū)層數不多的公共建筑，對其采暖系統(tǒng)的室內參數選擇、負荷計算方法、采暖系統(tǒng)形式選擇、防排煙系統(tǒng)的設置及節(jié)能設計做了分別闡述。

寒冷地區(qū);公共建筑;采暖系統(tǒng);防排煙系統(tǒng);節(jié)能設計

該圖書館工程為新建建筑，建設地點位于山西省清徐縣，其建筑面積14126㎡，建筑高度31.99m，地上七層，功能有報告廳、自習教室、展覽廳、閱覽室、書庫、研究室等;局部為地上一層，功能為中心機房和蓄電池間。清徐縣位于山西省晉中地區(qū)，北緯37°37'，東經112°20'，海拔773.4米;冬季采暖室外計算干球溫度:－10℃，最冷月月平均室外計算相對濕度為51%，日平均溫度≤±5℃的天數為141天。按照我國現行的《民用建筑熱工設計規(guī)范》GB50176—1993，清徐縣處于寒冷地區(qū)，設計應滿足冬季保溫，兼顧夏季防熱的暖通設計要求。本文將分系統(tǒng)對該圖書館的暖通設計進行分析。

1 采暖系統(tǒng)設計

1.1 熱源部分

該建筑工程熱源為自建燃氣鍋爐房，供暖面積為包括圖書館在內的新建校區(qū)20多萬平方米，經鍋爐房內板式換熱器換熱，室外管網提供熱媒供回水溫度為75/50℃的低溫熱水。整個供熱系統(tǒng)的定壓補水均由鍋爐房解決。

1.2 供暖室內空氣設計參數

我國現行的《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》GB50736—2012中關于供暖室內設計溫度是結合了不同地區(qū)居民生活習慣，分別對嚴寒和寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)主要房間進行規(guī)定的，且延續(xù)我國供暖系統(tǒng)設計習慣，供暖建筑不做濕度要求［1］。本設計中主要房間采用18℃，次要及輔助房間采用16℃，具體參數見表1。

表1 采暖室內溫度參數

1.3 采暖系統(tǒng)形式

我國現行的《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189－2005中關于采暖系統(tǒng)形式的選擇規(guī)定:集中采暖系統(tǒng)在保證能分室(區(qū))進行室溫調節(jié)，同時考慮實現分區(qū)熱量計量的靈活性、方便性和可能性可采用以下任一形式的采暖系統(tǒng):上/下分式垂直雙管系統(tǒng)、下分式水平雙管系統(tǒng)、上分式垂直單雙管、上分式全帶跨越管的垂直單管及下分式全帶跨越管的水平單管［2］。本設計不存在不同單位使用或分區(qū)出售、出租的問題，因此可采用的采暖形式只要可以保證分室進行室溫調節(jié)即可。當前公共建筑使用最多的系統(tǒng)形式為上供下回垂直單管順流式系統(tǒng)設置跨越式和三通調節(jié)閥，該系統(tǒng)構造簡單、造價低廉、水力穩(wěn)定性好，可以獲得較好的供熱效果。然而本工程由于各層建筑平面布置均不相同，二層及七層建筑平面輪廓與其它層也不相同，并且展覽廳、自習教室、閱覽室等大空間主要房間，上供下回的采暖立管會嚴重影響房間的美觀，因此本設計立管采用下分式垂直雙管異程式系統(tǒng)(下供下回)，各層采用下分雙管同程式散熱器系統(tǒng)。下分式異程式系統(tǒng)是我國分戶計量實施多年來，單元立管供暖系統(tǒng)中最常見的型式之一。下分式異程式系統(tǒng)并不能簡單地看成是由傳統(tǒng)的單管供暖系統(tǒng)做90°旋轉而得到，二者在設計、使用方式和運行上有很大的差別，尤其是各并聯環(huán)路之間的壓力損失相對差額不大于15%，以保證供暖系統(tǒng)的運行效果，因此應對室內熱水供暖系統(tǒng)的設計進行水力平衡計算，并采取措施使壓力損失相對差額控制在15%之內。一般可通過三個措施達到各并聯環(huán)路之間的水力平衡:首先，環(huán)路布置應力求均勻對稱，環(huán)路半徑不宜過大，負擔的立管數不宜過多;第二，應先調整管徑，使并聯環(huán)路之間壓力損失相對差額的計算達到最小，管道的流速應盡力控制在經濟流速及經濟比摩阻下;第三，當調整管徑不能滿足要求時，可采取增大末端設備的阻力特性，或者根據供暖系統(tǒng)的形式在立管或支環(huán)路上設置靜態(tài)或自力式控制閥等適用水力平衡裝置等措施［3］。本設計依次采用上述三個措施，環(huán)路設計見圖1，環(huán)路半徑為53米，負擔的8個立管;管道中熱媒的最大流速不超過表2;各分支環(huán)路供水管上設置手動調節(jié)閥，回水管上設壓差平衡閥;確保各并聯分支環(huán)路之間的計算壓力損失相對差額不大于15%。

圖1 采暖系統(tǒng)軸測圖

表2 室內供暖系統(tǒng)管道中熱媒的最大流速

1.4 熱負荷計算

供暖系統(tǒng)的熱負荷是指在某一室外溫度tw下，為了達到要求的室內溫度tn，供暖系統(tǒng)在單位時間內向建筑物供給的熱量。它是供暖設計中最基本的數據，直接影響供暖系統(tǒng)方案的選擇、供暖管道管徑和散熱器等設備的確定、關系到供暖系統(tǒng)的使用和經濟效果。本建筑冬季供暖通風系統(tǒng)的熱負荷包括以下四部分，計算方法如下:

1.4 .1維護結構的耗熱量Q1

Q1=Qj(1+βch+βf+βli+βm)(1+βf·g)(1+ βj)

其中:Q1——考慮各項附加后，某圍護的耗熱量

Qj——某圍護的基本耗熱量

βch——朝向修正

βf——風力修正

βli——兩面外墻修正

βm——窗墻面積比過大

βfg——房高附加

βj——間歇附加

1.4 .2加熱由外門、窗縫隙滲入室內的冷空氣耗熱量Q2

Q2=0.2cpρ(tn－tw)V

其中:

Q2——通過外門冷風滲透耗熱量

cp——室外溫度下空氣比熱容

ρ——室外溫度下空氣密度

V——滲透空氣體積流量

1.4 .3加熱由外門進入室內的冷空氣耗熱量Q3

Q3=Qj×βk

其中:

Q3——通過外門冷風侵入耗熱量

Qj——某圍護的基本耗熱量

βk——外門開啟外門開啟沖入冷風耗熱量附加率

1.4 .4通風耗熱量Q4

Q4=0.28cpρ(tn－tw)V

計算方法及各字母含義同Q2。

2 通風及防排煙系統(tǒng)設計

根據《高層民用建筑設計防火規(guī)范》GB50045—95(2005版)的要求，本建筑在以下位置處設置機械排風(煙)系統(tǒng):

①本建筑長度為44m的內走道，豎向設置兩套機械排煙系統(tǒng)，排煙風機位于屋頂?；馂臅r，遠程開啟著火層走道板式排煙口，同時啟動排煙風機進行排煙，自然補風。

②本建筑中庭高度23.7m，體積為5025m3，按6次/h計算，選用風量為34500m3/h的消防高溫排煙專用風機，設置于屋頂。火災時，啟動消防高溫排煙風機進行排煙，自然補風。

③一層變配電室及中心機房設置七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)，分別設置機械排風系統(tǒng)。排風機平時低速間歇排風;著火時，關閉房間內風機和風管上70℃電動防火閥，待氣體滅火實施完畢，電控啟動防火閥及排風機進行排風，自然補風。

④公共衛(wèi)生間、放映室、電梯機房分別設置排風系統(tǒng)，換氣次數均為10次/h。

3 節(jié)能設計

我國目前城鎮(zhèn)民用建筑運行耗電占我國總發(fā)電量的22%—24%，北方地區(qū)城鎮(zhèn)供暖消耗的燃煤占我國非發(fā)電用煤量的15%—18%。(建筑消耗的能源占全國商品能源的21%—24%。)這些數值都僅為建筑運行所消耗的能源，不包括建筑材料制造用能及建筑施工過程能耗。隨著我國城市化程度的不斷提高，建筑能耗的比例將繼續(xù)提高，最終接近發(fā)達國家目前33%的水平。我國城鎮(zhèn)民用建筑能源消耗可分為如下幾類:(a)北方地區(qū)供暖能耗約占民用建筑總能耗的56%—58%;(b)除供暖外的住宅能耗(照明、炊事、生活熱水、家電、空調)，約占民用建筑總能耗的18%—20%;(c)除供暖外的非住宅民用建筑(辦公室、中小商店、學校等)能耗，主要是照明、空調和辦公電器，約占民用建筑總能耗的14%—16%;(d)大型公共建筑(高檔寫字樓、星級酒店、大型購物中小等)能耗，約占民用建筑總能耗的12%—14%［4］。我國建筑節(jié)能的重點為:建筑圍護結構的節(jié)能、建筑供暖系統(tǒng)的節(jié)能、燈具和其他電器效率的提高、新建大型公共建筑的節(jié)能、既有大型公共建筑的節(jié)能改造。其中，前兩項的節(jié)能貢獻大致可達到60%。

本設計的節(jié)能設計分為建筑圍護結構節(jié)能設計和暖通系統(tǒng)節(jié)能設計兩部分。

3.1 建筑圍護結構節(jié)能設計

①體形系數為:0.19

各朝向窗墻面積比分別為:南:0.38北:0.35東:0.30西:0.31

②圍護結構傳熱系數:

屋面:0.52W/㎡·K;外墻:0.56 W/㎡·K

外窗:2.70W/㎡·K;陽臺板底:0.57 W/㎡·K

③經節(jié)能設計熱工計算，該工程達到50%的設計標準

3.2 暖通系統(tǒng)節(jié)能設計

①每組散熱器供水支管上設置兩通溫控閥，回水管上設置截止閥，保證分室調節(jié)室溫。

②建筑熱力入口采用帶熱量表的入口裝置，熱力入口處的水力平衡閥門采用自力式壓差控制閥，保證外網管路采用質量調節(jié)時，本建筑的流量分配。

③對敷設在地溝內的采暖管道進行保溫，以減少熱量損失。

④本建筑采用蜂窩狀鋁膜式排風熱回收機組補償排風熱損失。

該圖書館作為新建校區(qū)內的標志性建筑，除立面效果外，其內部采暖、通風設計給使用者帶來舒適度及安全運轉都及其重要。本文針對北方建筑體量不大或層數不高的公共建筑物暖通設計方案及方法進行了系統(tǒng)的分析，供類似建筑暖通設計參考。

［1］中國建筑科學研究院.GB50736－2012民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［2］中國建筑科學研究院.中國建筑業(yè)協會建筑節(jié)能專業(yè)委員會.GB50189－2005公共建筑節(jié)能設計標準［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［3］肖蘭生，張瑞芝.熱水供暖系統(tǒng)基本形式綜述［J］.暖通空調，2009，39(10).

［4］江憶.我國建筑耗能狀況及有效的節(jié)能途徑［J］.暖通空調，2005，35(5).

Heating and Ventilation Design of Some Library in Cold Region

GUO Yan－fei
(Shanxi Economic Management Cadre College，Taiyuan 030024，China)

The paper introduces the heating and ventilation design scheme and computing method of the inside of some library.Itmakes respective expositions of choice of room parameter，load computingmethod and choice of heating system forms of the heating system in public buildingswith few floors in cold region，setting and computing method of smoke control system aswell as energy conservation design.

Cold region;public buildings;heating system;smoke control system;energy conservation design

TU83

B

1673－5382(2014)02－0086－04

(責任編輯 侯中巖)

2014－03－21

郭燕飛(1983－)，女，山西臨汾人，山西經濟管理干部學院助教，碩士.