某學(xué)術(shù)交流中心高大空間的空調(diào)節(jié)能設(shè)計與實施

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)計與實施

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)計研究院

本文通過介紹一個高大空間空調(diào)系統(tǒng)工程節(jié)能設(shè)計實例，對于穩(wěn)定人群集群高大空間場所空調(diào)設(shè)計，應(yīng)重點考慮空調(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)計與控制，并在運行管理上采取有效措施，實現(xiàn)高大空間建筑節(jié)能，營造經(jīng)濟、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，需要供暖和供冷時間較長，空氣含濕量特別高，夏季潮濕悶熱，冬季濕冷刺骨。本項目為一學(xué)術(shù)交流中心，建設(shè)地點處在四面環(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，舞臺下為地下室，主要為臺倉、機電設(shè)備用房和樂池。

圖1 一層空調(diào)平面圖

本文重點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)計與實施情況，供類似建筑空間設(shè)計參考。建筑物一層平面如圖1。

2 基本設(shè)計參數(shù)和負荷計算

表1為長沙地區(qū)室外氣象參數(shù)。

表1 長沙地區(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的學(xué)生集會場所，每學(xué)期期中與期末一段時間為集會高峰期，這時正值供暖供冷的高峰期，是最不利天氣狀況的的涌現(xiàn)期，針對該建筑物座落位置特定的室外相對濕度參數(shù)，根據(jù)該區(qū)域多年的氣象資料統(tǒng)計數(shù)據(jù)，同時參照已有同類功能場館的使用情況，就本中心的實際使用情況，建設(shè)單位和設(shè)計師進行了深入溝通，以節(jié)能和減少建設(shè)投入為主要出發(fā)點，確定每次活動人員不超過2237人，活動時間基本能控制在4h以內(nèi)，結(jié)合集群場所人群水氣散發(fā)量，對環(huán)境相對濕度進行了提高修正，修正值確定最不利氣候條件下的室外相對濕度為95%，室內(nèi)最大相對濕度可達98%，校核了空調(diào)機組和新風(fēng)機組的除濕量，以此作為工程設(shè)計負荷計算的重要依據(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)計參數(shù)確定值[1～2]。

表2 室內(nèi)空調(diào)設(shè)計參數(shù)確定值

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

3 低成本和節(jié)能的空調(diào)冷/熱源方案的確定

1）提倡運行節(jié)能為主，降低建設(shè)成本為輔，鑒于該集會場所屬于臨時性集散場所，每次集會時間都限制在4h內(nèi)，采用提前開機，利用建筑物的蓄能的功能，提前開機蓄能來平衡人員進場時瞬時大負荷狀況；在選擇末端設(shè)備時，重點考慮青壯年人員散濕量特別大，空氣處理設(shè)備須具備加強除濕功能。本項目重點從冬季節(jié)能運行著手，冬季除濕采用加大補充室外新風(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，而且實現(xiàn)了節(jié)能運行。最終確定：按計算負荷2080kW的75%確定為夏季空調(diào)冷負荷，制冷設(shè)備裝機容量為1560kW；按計算負荷1125kW的85%確定為冬季空調(diào)熱負荷，供熱設(shè)備裝機容量為960kW。

2）根據(jù)確定的冷/熱源裝機容量，結(jié)合工程特點和使用要求，選擇兩臺麥克維爾螺桿式雙機頭變頻主機作為冷源設(shè)備，并綜合利用學(xué)校游泳館燃氣熱水鍋爐為冬季供熱熱源，不另配套建制熱鍋爐房和制熱設(shè)備，只選擇一臺水-水板式換熱一體化換熱機組。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，水泵動力循環(huán)系統(tǒng)按變流量運行。

本項目的冷/熱源選擇，利用了建筑物蓄能的作用，平衡人員進場時瞬時要求的大負荷狀況，降低了裝機容量，減少機房與設(shè)備安裝費用，相比滿負荷裝機和另建機房，降低建設(shè)成本近100萬元。

4 空調(diào)末端工藝節(jié)能設(shè)計與安裝

本工程除消防控制室和值班室等零散用房設(shè)獨立分體式空調(diào)外，全樓采用空氣系統(tǒng)和風(fēng)機盤管相結(jié)合，共采用6臺一次回風(fēng)風(fēng)柜和4臺二次回風(fēng)風(fēng)柜，40臺風(fēng)機盤管和2臺新風(fēng)機，末端的靈活配置和合理的氣流組織形式是本項目實現(xiàn)建筑節(jié)能和減少建設(shè)成本，達到舒適性效果的關(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）舞臺區(qū)域采用全空氣系統(tǒng)，按舞臺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，層高達24m，二層看臺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)管無法達到的位置設(shè)計集中回風(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、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)計送風(fēng)溫度20℃。

觀眾席風(fēng)速嚴格控制在0.5m/s以內(nèi)，下送風(fēng)座椅風(fēng)口風(fēng)速嚴格控制在0.25m/s，整個大廳無吹風(fēng)感，舞臺風(fēng)速嚴格控制在0.3m/s以內(nèi)，確保幕布與旗幟無擾動；測量噪聲值在建筑聲學(xué)和觀眾廳噪聲標(biāo)準控制范圍內(nèi)；設(shè)備運行的噪聲與振動無回聲與混響，嚴格控制其對舞臺音響設(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到了觀眾廳空間環(huán)境，確保了溫濕度場均勻，解決了多層觀眾廳大空間容易形成下冷上熱的空氣場等諸多問題。

5 動力系統(tǒng)自動監(jiān)控節(jié)能運行設(shè)計

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

2）風(fēng)機盤管均設(shè)溫控器，三速開關(guān)及電動二通閥，可根據(jù)室內(nèi)設(shè)定溫度自動調(diào)節(jié)冷凍水流量。電動調(diào)節(jié)閥與風(fēng)機連鎖，風(fēng)機停止運行時電動閥關(guān)閉，實現(xiàn)運行節(jié)能與保護功能。

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

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

6 環(huán)保節(jié)能設(shè)計與實施

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，實施的環(huán)保節(jié)能措施有：

1）冷水機組選用智能控制，可實現(xiàn)冷量自動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為20%～115%，同時連鎖循環(huán)泵，根據(jù)設(shè)定值和負荷狀態(tài)自動調(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)水泵運行能耗的同時，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)計標(biāo)準》要求。

3）觀眾廳和舞臺空調(diào)房間設(shè)置溫濕度控制器，實現(xiàn)節(jié)能運行。室內(nèi)設(shè)計參數(shù)及新風(fēng)量標(biāo)準均滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準》。

4）所選空調(diào)設(shè)備均采用節(jié)能、低噪聲設(shè)備。風(fēng)機的單位風(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量，數(shù)據(jù)采集至計量中心主控服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一計量管理，確保系統(tǒng)運行流量均衡節(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，制冷機房及空調(diào)機房內(nèi)做吸聲墻及天花，風(fēng)機出入口做消聲處理。空調(diào)系統(tǒng)噪聲及震動控制應(yīng)滿足《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》、《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準》。

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)計標(biāo)準》（GB50189-2005）5.3.26條的規(guī)定。

11）建筑物熱工設(shè)計達到《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準》（GB50189-2005）的要求，嚴格控制開窗面積，并對內(nèi)外墻進行保溫處理，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，尤其是保障了該校校慶一系列重大集會活動，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)計成功的實施實例，啟示暖通工程設(shè)計師，對穩(wěn)定人群集群高大空間場所空調(diào)設(shè)計，應(yīng)重點考慮空調(diào)系統(tǒng)氣流組織形式、送風(fēng)形式，保證場館濕負荷的有效散失與有效利用冬季室外干冷空氣平衡熱濕負荷的節(jié)能設(shè)計，并在控制自動化運行管理上采取措施，實現(xiàn)高大空間建筑節(jié)能運行與降低建設(shè)成本，營造經(jīng)濟節(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)會建筑節(jié)能專業(yè)委員會.公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(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