重慶市科技館暖通設(shè)計(jì)特點(diǎn)

鄭志斌

（重慶市設(shè)計(jì)院，重慶400015）

重慶市科技館暖通設(shè)計(jì)特點(diǎn)

鄭志斌

（重慶市設(shè)計(jì)院，重慶400015）

冰蓄冷空調(diào)是利用夜間低谷荷電力制冰儲(chǔ)存在蓄冰裝置中白天融冰將所儲(chǔ)存的冷量釋放出來，減少電網(wǎng)高峰時(shí)段空調(diào)用電負(fù)荷及空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)容量的一種空調(diào)技術(shù)。高大空間排煙設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑特點(diǎn)采取相對有效的方式。本文結(jié)合工程實(shí)例闡述冰蓄冷技術(shù)以及高大空間排煙設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用。

冰蓄冷；高大空間排煙

0 引言

重慶科技館座落于長江與嘉陵江交匯處的重慶江北嘴中央商務(wù)區(qū)（CBD）核心區(qū)域，作為重慶市委、市政府重點(diǎn)建設(shè)的全市十大社會(huì)公益工程，是面向公眾的現(xiàn)代化、綜合性、多功能的大型科普教育活動(dòng)基地。該項(xiàng)目含科研教育、交流展示、制作休閑、旅游收藏與一體，作為綜合性科普教育與旅游休閑場所，建成以來在提高公眾的科技、環(huán)保和創(chuàng)新意識(shí)以及宣傳重慶都市形象方面得到了一致好評。該項(xiàng)目2006年1月7日奠基，同年10月動(dòng)工建設(shè)，2009年9月9日建成開館。暖通專業(yè)的節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)與消防安全設(shè)計(jì)在重慶科技館的日常運(yùn)行中起著重要的作用。

1 工程概況

該館占地面積37畝，總建筑面積4.83萬m2，由主樓和附樓組成。主樓館區(qū)包括地上四層，地下1層，建筑高度57m，內(nèi)設(shè)各類科技展廳與一座3D科技電影院；附樓地上五層，地下一層，建筑高度34m，內(nèi)設(shè)辦公、培訓(xùn)教室及多功能國際會(huì)議廳。展覽館面積為18200m2，辦公與會(huì)議面積4500m2，電影院面積為1460m2。主要設(shè)備用房位于地下室。

2 冷熱源方案

重慶市屬于夏熱冬冷氣候區(qū)，但冬季供暖期較短，夏季空調(diào)負(fù)荷較大?？照{(diào)冷熱源方案的確定對建筑能耗及系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的重要性不言而喻，在項(xiàng)目實(shí)施之初，建設(shè)方組織專家會(huì)審，對該項(xiàng)目的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了諸多寶貴意見，最終確定了以下的冷熱源系統(tǒng)方案：

（1）主樓展廳采用帶水冷冷水機(jī)組上游串聯(lián)式的冰蓄冷系統(tǒng)，鑒于展廳內(nèi)區(qū)較大，冬季暫不考慮供熱設(shè)計(jì)，僅于屋面預(yù)留燃?xì)鉄崴畽C(jī)組安裝位置以及管道井。

（2）科技電影院與附樓均采用風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)。

此冷熱源設(shè)計(jì)方案綜合考慮了各建筑空間的使用要求及負(fù)荷特點(diǎn)，體現(xiàn)了環(huán)保與經(jīng)濟(jì)性。但在開館以后，發(fā)現(xiàn)由于場館位置座落于江北嘴景觀中軸線上，冬季江風(fēng)倒灌，負(fù)一層及一層展廳冷風(fēng)負(fù)荷較大，補(bǔ)充實(shí)施了冬季熱水機(jī)組供熱。

3 冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)形式

有關(guān)文獻(xiàn)指出，冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備選型及流程設(shè)計(jì)必須以該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)日（最不利情況）逐時(shí)負(fù)荷分布為依據(jù)。根據(jù)重慶市科技館室內(nèi)外空調(diào)負(fù)荷計(jì)算參數(shù)進(jìn)行逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，本工程最大空調(diào)冷負(fù)荷為3188kW，人員負(fù)荷以及室內(nèi)設(shè)備散熱等負(fù)荷比重較大，各時(shí)段負(fù)荷具體分布如圖1所示。

圖1 空調(diào)24h逐時(shí)冷負(fù)荷

根據(jù)本工程冷負(fù)荷、應(yīng)用時(shí)段及制冷機(jī)房現(xiàn)有面積的實(shí)際情況，并考慮初投資的經(jīng)濟(jì)性，本方案采用按負(fù)荷均衡的部分蓄冷策略，雙工況制冷主機(jī)和蓄冰裝置采用溫差可以較大的內(nèi)融冰上游串聯(lián)式，乙二醇側(cè)系統(tǒng)供水溫度為3.5℃，回水溫度為10℃?？照{(diào)冷水側(cè)送水溫度為6℃，回水溫度為13℃。典型設(shè)計(jì)日空調(diào)冷負(fù)荷由制冷機(jī)和蓄冰系統(tǒng)共同承擔(dān)，非典型設(shè)計(jì)日通過制冷機(jī)和蓄冰系統(tǒng)的調(diào)節(jié)分配滿足冷負(fù)荷需求，合理控制系統(tǒng)運(yùn)行，盡量降低運(yùn)行費(fèi)用。

3.2 設(shè)備容量計(jì)算

3.2.1 雙工況冷機(jī)

根據(jù)設(shè)計(jì)日供冷負(fù)荷QH（kWh）計(jì)入站內(nèi)設(shè)計(jì)日附加冷負(fù)荷等于制冷機(jī)組總制冷量（kWh）。

則：（1+k）QH=HC×CC+HDf×CDf+HDg+CDg

式中k—站內(nèi)設(shè)計(jì)日附加冷負(fù)荷，占QH的%數(shù)；

HC—蓄冷裝置充冷時(shí)間，h；

CC—充冷工況運(yùn)行的制冷機(jī)組容量（制冷能力），kW；

HDf—制冷機(jī)組非電力谷段直供冷負(fù)荷時(shí)間，h；

CDf—制冷機(jī)組非電力谷段直供冷工況運(yùn)行的容量，kW；

HDg—制冷機(jī)組電力谷段直供冷負(fù)荷時(shí)間，h；

CDg—制冷機(jī)組電力谷段直供冷工況運(yùn)行的容量，kW。

制冷機(jī)組標(biāo)定容量：

式中CRC—充冷工況下的制冷機(jī)組容量系數(shù)；

CRDf—非電力谷段直供冷工況下的制冷機(jī)組容量系數(shù)；

CRDg—電力谷段直供冷工況下的制冷機(jī)組容量系數(shù)。

對全蓄冷：HDf=0；

對分量蓄冷且取負(fù)荷均衡安排：CDf=CDg

則：NCC=（1+0.1）29011/（10× 0.97+9×0.67）=2028kW

經(jīng)過系數(shù)修正，選用2臺(tái)雙工況制冷機(jī)，單臺(tái)制冷機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)工況制冷量為1076kW。

3.2.2 蓄冷裝置的有效容量

式中TCDf—非電力谷段制冷機(jī)組供冷量，kWh；

TCDg—電力谷段制冷機(jī)組供冷量，kWh；

TCCD—制冷機(jī)組充冷并供冷時(shí)制冷量，kWh；

K—充冷并供冷時(shí)供冷量與充冷量之比。

則：ESC=9847kWH

選用高靈1190A型蓄冰桶，共15個(gè)。

3.3 工作模式

本工程冰蓄冷系統(tǒng)運(yùn)行模式主要分為制冷機(jī)蓄冰、制冷機(jī)單獨(dú)供冷、制冷機(jī)聯(lián)合蓄冰桶供冷以及蓄冰桶供冷四種模式。針對系統(tǒng)工作時(shí)不同的負(fù)荷使用階段（100%，60%，30%）采用相對的工作模式，結(jié)合重慶市的電價(jià)政策，合理利用蓄冰桶和制冷機(jī)的供冷能力，以最大的降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。

設(shè)計(jì)日（100%負(fù)荷）負(fù)荷分配情況：不同時(shí)段的空調(diào)冷負(fù)荷由制冷機(jī)和蓄冰桶分別承擔(dān)。23：00~07：00夜間的電力低谷時(shí)段由雙工況制冷機(jī)進(jìn)行蓄冰；制冷主機(jī)日間電力高峰階段滿負(fù)荷運(yùn)行供冷，不足部分由冰桶補(bǔ)足，以保證系統(tǒng)合理化運(yùn)行并盡量減小設(shè)備容量。

設(shè)計(jì)日60%負(fù)荷分配情況：在這種負(fù)荷狀態(tài)下，為有效優(yōu)化蓄冰系統(tǒng)，大部分冷負(fù)荷同樣需要制冷機(jī)承擔(dān)。在夜間的23：00~07：00電力低谷時(shí)段，雙工況制冷機(jī)用于蓄冰；與100%負(fù)荷工況不同的是，由蓄冰桶在日間運(yùn)行高峰時(shí)段期間盡量供冷，其它時(shí)段運(yùn)行冷機(jī)供冷。

30%負(fù)荷分配情況：這種工況空調(diào)冷負(fù)荷較小，基本可以通過制冷主機(jī)夜間蓄冰日間融冰的方式提供。作為科技館，基于其空調(diào)負(fù)荷隨參觀人員呈現(xiàn)較大周期性變化，是冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)體現(xiàn)優(yōu)越性的主要工況。

表2 蓄冰空調(diào)系統(tǒng)全年轉(zhuǎn)移高峰用電量

4 高大空間排煙設(shè)計(jì)

展館類建筑空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人員密集，交通組織體系多變，作為建筑消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，火災(zāi)時(shí)排煙系統(tǒng)在做到反應(yīng)靈敏，迅速排出有毒煙氣，有效增加建筑內(nèi)人員安全疏散的可用時(shí)間同時(shí)，也要兼顧到造價(jià)相對節(jié)省，性能可靠。

基于以上因素，宜優(yōu)先考慮自然排煙方式是廣大設(shè)計(jì)者的共識(shí)。在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，由于建筑本身的制約因素，自然排煙往往不能及時(shí)排至室外，如何利用大空間建筑的蓄煙能力有效保障室內(nèi)人員的安全是設(shè)計(jì)人員普遍遇到的難題。由于國家有關(guān)消防規(guī)范編制的滯后，大空間自然排煙系統(tǒng)的有效性一般需經(jīng)過國家權(quán)威消防機(jī)關(guān)論證判定。本工程在高大空間的自然排煙設(shè)計(jì)方面做出了一些有益嘗試，供同業(yè)參考借鑒。

（1）科技電影院前廳，展廳四層及其連通的1~4層邊庭、自動(dòng)扶梯上空等圍合形成的高大空間，從四層地面至屋面垂直高度最大接近35m，采用屋面設(shè)置電動(dòng)窗自然排煙方式，開窗面積不小于此部分空間地面積的35%。

（2）科技電影院采用機(jī)械排煙與自然排煙結(jié)合方式，影院內(nèi)部采用機(jī)械排煙方式，煙氣排入上述四層高大空間后通過其屋面電動(dòng)窗自然排出。

（3）附樓多功能廳采用機(jī)械排煙方式，火火災(zāi)發(fā)生后有毒煙氣通過機(jī)械排煙方式排入多功能廳外廳。外廳為高大空間，由于多功能廳煙氣排入，其自然排煙開窗面積不能完全滿足計(jì)算要求，采用機(jī)械排煙與自然排煙結(jié)合方式，自然排煙量為計(jì)算排煙量（多功能廳與外廳疊加）的65%，其余部分由機(jī)械排煙排出。

上述內(nèi)容均由專業(yè)消防設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了消防論證并出具工程消防論證報(bào)告。

5 結(jié)語

重慶市科技館作為大型社會(huì)公益項(xiàng)目，早已建成并投入使用，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)公共影響，其設(shè)計(jì)也獲得了社會(huì)廣泛的認(rèn)可。通過該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)踐，筆者認(rèn)為，暖通專業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合工程的實(shí)際情況提倡因地制宜、強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)適用，運(yùn)用先進(jìn)的分析手段，采用適宜的技能技術(shù)，避免盲目的追求新技術(shù)，才是工程設(shè)計(jì)的正確途徑，以上供同業(yè)參考借鑒。

[1]陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2]嚴(yán)德隆，張維君.空調(diào)蓄冷應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

Chongqing Science and Technology Museum HAVC Design Characteristics

ZHENG Zhi-bin
（Chongqing Architectural Design institute，Chongqing 400015，China）

Ice-storage Air Conditioning is an air conditioning technology of using low load power makes ice to storage in the ice storage device at night and melts ice to release cold energy during the day.It can reduce air conditioning electricity load and system capacity of the grid during peak hours.Smoke exhaust design in large space building should be based on the characteristics of the building to take a relatively effective way.Combining with the engineering example，this article will describe Ice-storage Air Conditioning technology and Smoke exhaust design in large space building for specific applications.

Ice-storage；smoke exhaust in large space building

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.06.025

TU83

B

2095-3429（2015）06-0092-03

2015-10-12

修回日期：2015-12-28

鄭志斌（1971-），男，學(xué)士，高級工程師。