遼寧科技館暖通空調(diào)設(shè)計

萬 陽

（上海建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 200041）

0 引言

本工程位于遼寧省沈陽市，為遼寧省科學(xué)技術(shù)館（新館）項目，是融合展示、參與、培訓(xùn)與實驗、研究與交流、休閑與旅游于一體的大型公益性設(shè)施。總建筑面積102508㎡，建筑高度約31.9m。地下1層、地上3層（局部為6層，為教育培訓(xùn)、辦公、宿舍區(qū)域）。

圖1 遼寧科技館Fig.1 Liaoning Science&Technology Museum

地上由門廳、常設(shè)展廳、臨時展廳、球幕影院、巨幕影院、教育培訓(xùn)區(qū)域、宿舍區(qū)域等組成。地下室由車庫、設(shè)備及輔助用房、餐飲、展品庫房、4D影院、動感影院、災(zāi)難劇場、夢幻劇場等組成。

1 空調(diào)負荷

根據(jù)業(yè)主提供的設(shè)計任務(wù)書，以及原遼寧省科學(xué)技術(shù)館（老館）運營經(jīng)驗數(shù)據(jù)，通過負荷計算軟件進行空調(diào)負荷計算?？照{(diào)夏季計算總冷負荷為11257kW；冬季計算總熱負荷為17132kW（含用空調(diào)方式提供的值班采暖區(qū)域熱負荷）。單位建筑面積冷負荷指標為110W/m2；熱負荷指標為167W/m2。其中主要功能區(qū)空調(diào)負荷指標見表1。

表1 空調(diào)負荷指標Tab.1 Air conditioning load index W/m2

2 空調(diào)冷熱源

2.1 空調(diào)冷源

遼寧科技館主要由若干展廳和多個功能影劇院組成，根據(jù)其功能特點、使用特點及空調(diào)負荷的分布規(guī)律，并結(jié)合當(dāng)?shù)胤骞入妰r的優(yōu)惠政策，通過經(jīng)濟技術(shù)比較空調(diào)冷源采用冰蓄冷系統(tǒng)＋基載主機的系統(tǒng)形式。冷源設(shè)備及其配套水泵等設(shè)備設(shè)置在地下室機房，冷卻塔設(shè)置在屋頂。宿舍區(qū)域另設(shè)置1臺制冷量為272kW的空氣源冷水機組作為制冷季夜間使用。

圖2 空調(diào)冷源冷凍水系統(tǒng)圖Fig.2 Chilled water system

2.1.1 冰蓄冷系統(tǒng)的配置

遼寧科技館空調(diào)運行時段8:00～18:00共10h，夏季空調(diào)設(shè)計日總冷量（8:00～18:00）97372kWh，設(shè)計日最大冷負荷在15:00，為11257kW，蓄冰裝置容量22701kWh，蓄冰率23.3%。

采用三臺制冷量為1758kW（制冰工況制冷量為1081kW）的雙工況離心式冷水機組和兩臺制冷量為1758kW的離心式冷水機組、9臺容量為3250kWh的整體式蓄冰槽，組成機載主機加冰蓄冷系統(tǒng)的方式。

本項目的冰蓄冷系統(tǒng)采用的是雙工況制冷機組在系統(tǒng)的上游、冰槽在下游的串聯(lián)的方式和融冰優(yōu)先的運行策略；冰蓄冷的蓄冰裝置采用蛇形盤管的整體式蓄冰槽，容量為部分負荷蓄冰，內(nèi)融冰；載冷劑采用質(zhì)量分數(shù)為25%的工業(yè)抑制性乙烯乙二醇溶液。冰蓄冷系統(tǒng)可實現(xiàn)夜間（22:00～5:00）雙工況制冷機組制冰蓄冷；白天（8:00～18:00）、雙工況制冷機組+蓄冰槽串聯(lián)融冰供冷、蓄冰槽單獨融冰供冷、雙工況制冷機組單獨空調(diào)供冷等多種運行模式。載冷劑溶液泵設(shè)有變頻調(diào)速裝置，以滿足不同的運行模式下不同的流量和壓降需求。系統(tǒng)制冰蓄冷時，供、回液溫度為-6.0～-2.91℃；系統(tǒng)空調(diào)供冷時，供、回液溫度為11.0～3.66℃。板式換熱器二次側(cè)空調(diào)供、回水的溫度為6～12℃。

2.1.2 冰蓄冷系統(tǒng)的運行和控制

冰蓄冷系統(tǒng)在設(shè)計日的運行情況如圖3所示。

由基載制冷主機+冰蓄冷系統(tǒng)組成的集中冷源可提供蓄冰、串聯(lián)融冰供冷、融冰供冷、雙工況主機供冷、基載主機供冷、基載主機供冷+蓄冰、基載主機供冷+串聯(lián)融冰供冷、串聯(lián)融冰供冷+融冰供冷、串聯(lián)融冰供冷+雙工況主機供冷、等9種空調(diào)供 冷模式，運行系統(tǒng)圖如圖4所示。

圖3 設(shè)計日逐時負荷分配Fig.3 Hourly cooling loads on design day

圖4 運行系統(tǒng)圖Fig.4 Operating system

冰蓄冷系統(tǒng)的控制必須滿足不同空調(diào)供冷運行模式的轉(zhuǎn)換；控制相關(guān)設(shè)備的啟停和閥門的開關(guān)。在保證系統(tǒng)穩(wěn)定和空調(diào)品質(zhì)的前提下，自動選擇最節(jié)能的模式運行。當(dāng)處于過渡季或者空調(diào)的負荷有變化時，蓄冷空調(diào)的供冷方式在增加荷載時的前后順序是：儲冰槽進行融冰優(yōu)先、其次是基載主機提供冷源、接著通過雙工況主機供冷；如果供冷要求逐漸減少，設(shè)備需要進行卸載，卸載的順序正好是反過來的。

2.2 空調(diào)系統(tǒng)熱源方式

熱源由市政熱力管網(wǎng)通過板式換熱器提供。市政熱力管網(wǎng)供回水溫度110～70℃，供熱季通過板式熱交換器提供65～50℃的空調(diào)熱水，設(shè)備及其配套水泵等設(shè)備設(shè)置在地下室。

3 空調(diào)水系統(tǒng)

科技館設(shè)有不同的功能服務(wù)區(qū)域，各區(qū)域的運營時間不盡相同，且冷熱源中心至各區(qū)域的距離也遠近不同。因此，空調(diào)冷熱水采用二級泵系統(tǒng)，一級冷凍水泵分別與基載冷水機組、冰蓄冷系統(tǒng)的板式換熱器匹配設(shè)置；一級熱水泵分別與板式熱交換器匹配設(shè)置，一級泵采用定流量系統(tǒng)。二級泵則分別按展廳區(qū)、影劇院區(qū)和教育培訓(xùn)區(qū)不同功能區(qū)設(shè)置系統(tǒng)，二級泵采用變流量系統(tǒng)。系統(tǒng)在制冷季提供6～12℃的冷凍水、供熱季提供65～50℃的熱水。

由于項目處在北方嚴寒地區(qū)，水系統(tǒng)的防凍尤為重要，除了設(shè)置夜間值班采暖系統(tǒng)外，針對空調(diào)水系統(tǒng)防凍設(shè)計也采取了一系列措施：熱水泵、采暖水泵提供應(yīng)急電源，以確保冬季防凍；新風(fēng)進風(fēng)口處、排風(fēng)排出口處均裝設(shè)電動密閉風(fēng)閥與風(fēng)機聯(lián)動啟閉；電動密閉風(fēng)閥至室外風(fēng)口的風(fēng)管需保溫；空調(diào)熱水電動閥設(shè)置最小開度控制；新風(fēng)空調(diào)機組的新風(fēng)進風(fēng)管設(shè)置回流旁通措施。

4 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

4.1 高大空間功能場所

門廳、展示廳、休息廳、講解回廊、報告廳、多功能廳等高大空間功能場所，采用單風(fēng)管定風(fēng)量一次回風(fēng)全空氣低速空調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)建筑布置盡可能采用上送下回或側(cè)送下回。部分系統(tǒng)在過渡季采用可調(diào)新風(fēng)比的措施,過渡季利用通過焓值控制程序來控制新回風(fēng)的比例增加空調(diào)的新風(fēng)量，盡可能利用室外低溫、低焓值的空氣為室內(nèi)供冷，達到節(jié)能的目的。部分區(qū)域的新、排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置熱回收裝置，在供冷和供暖季回收部分排風(fēng)能量，節(jié)約能耗。為保證門廳、展廳等大空間空調(diào)效果，頂送送風(fēng)口選用溫控可調(diào)型旋流風(fēng)口，可根據(jù)供冷和供暖季送風(fēng)溫度的變化自動改變送風(fēng)葉片角度，調(diào)節(jié)送風(fēng)射程，達到滿意的送風(fēng)效果。除采取上述技術(shù)措施外，展示廳、講解回廊區(qū)沿外墻（窗）設(shè)置地板管槽式風(fēng)機盤管，在空調(diào)季承擔(dān)部分外圍護結(jié)構(gòu)負荷，在供熱季還作為此區(qū)域的值班供暖系統(tǒng)。

4.2 小空間功能場所

工作間、貴賓室、教室、辦公室、會議室、宿舍等小空間用房采用風(fēng)機盤管加獨立新風(fēng)系統(tǒng)

4.3 中小型影劇院

遼寧科技館設(shè)置不同功能的影劇院，其中中小型影劇院有4D影院、動感影院、災(zāi)難劇場、夢幻劇場，由于整體空間不大，設(shè)計采用單風(fēng)管定風(fēng)量一次回風(fēng)全空氣低速空調(diào)系統(tǒng)，上送下回，新風(fēng)與排風(fēng)之間設(shè)置熱回收裝置，節(jié)約能耗。影劇院設(shè)備間根據(jù)工藝要求設(shè)置獨立的通風(fēng)或空調(diào)系統(tǒng)。部分放映設(shè)備根據(jù)工藝要求設(shè)直流空調(diào)系統(tǒng)。

4.4 球幕影院

科技館球幕影院位于直徑40m的球形大廳內(nèi)，影院為嵌套在球形大廳內(nèi)的一個27m直徑球形影廳。根據(jù)建筑空間的特點，球幕影院為一高大空間，為保證位于低區(qū)的觀眾區(qū)環(huán)境舒適，空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)采用單風(fēng)管定風(fēng)量二次回風(fēng)全空氣低速空調(diào)系統(tǒng)，座椅下送風(fēng)，上部回風(fēng)，另新風(fēng)與排風(fēng)之間設(shè)置全熱回收裝置，節(jié)約能耗。

由于有球幕影院空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜局促，風(fēng)管布置空間有限，設(shè)計中采用了空調(diào)、消防主管道（井）合用，通過風(fēng)閥切換不同運行模式。即影廳空調(diào)送風(fēng)管與消防補風(fēng)管在地下設(shè)備層合用送風(fēng)主管，送入座位下空腔；影廳空調(diào)回風(fēng)管與消防排煙管合用主管道，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)報警時，關(guān)閉空調(diào)風(fēng)閥和機組，聯(lián)鎖開啟消防電動風(fēng)閥和消防風(fēng)機，自動切換運行模式。

4.5 巨幕影院

巨幕影院為科技館最高大的功能空間，設(shè)計采用單風(fēng)管定風(fēng)量二次回風(fēng)全空氣低速空調(diào)系統(tǒng)，座椅下送風(fēng)，上部側(cè)回風(fēng)。這樣既能保證觀眾區(qū)環(huán)境舒適又節(jié)省能耗。

影院放映間根據(jù)工藝要求設(shè)置獨立的空調(diào)系統(tǒng)，（觀眾廳排風(fēng)經(jīng)再處理后排入影院設(shè)備間（無人）作為直流空調(diào)系統(tǒng)的補風(fēng)。）

5 供暖系統(tǒng)

根據(jù)遼寧沈陽的氣候特點，入口門廳、臨時展廳門廳、影院地上及地下門廳、教育培訓(xùn)入口門廳等高大空間，除設(shè)置有空調(diào)系統(tǒng)外，另增設(shè)輔助地面輻射供暖系統(tǒng)，供暖季提供55～45℃的熱水。

圖5 球幕影院排煙系統(tǒng)圖Fig.5 Smoke exhaust system of dome theater

由于科技館為間歇運營場所，為保證館內(nèi)各水系統(tǒng)正常運行，防止凍結(jié)。夜間全館設(shè)置值班供暖系統(tǒng)：入口大廳、臨時展廳門廳、影院地上及地下門廳、教育培訓(xùn)入口門廳等高大空間，利用輔助地面輻射供暖系統(tǒng)作為值班供暖；影院、劇場、教育培訓(xùn)區(qū)域及宿舍區(qū)域等已設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)的區(qū)域采用低速運行空調(diào)系統(tǒng)或風(fēng)機盤管系統(tǒng)作為值班采暖。其中外區(qū)樓梯間、衛(wèi)生間、空調(diào)機房等有水管通過的區(qū)域設(shè)置風(fēng)機盤管系統(tǒng)作為值班供暖；展示廳、講解回廊區(qū)主要利用地板管槽式風(fēng)機盤管作為值班供暖系統(tǒng)，不足時采用低速運行空調(diào)系統(tǒng)作為值班采暖；地下室車庫、設(shè)備用房、展品庫房等設(shè)置專用值班供暖系統(tǒng)。

6 自動控制系統(tǒng)

遼寧科技館空調(diào)、通風(fēng)與供暖系統(tǒng)主要采用集中監(jiān)控（BAS）控制模式，但同時具備完善的手動操作系統(tǒng)和就地開關(guān)。集中監(jiān)控（BAS）自控系統(tǒng)包括參數(shù)檢測、參數(shù)與設(shè)備狀態(tài)顯示、自動調(diào)節(jié)與控制、工況自動轉(zhuǎn)換、設(shè)備聯(lián)鎖與自動保護、能量計量以及中央監(jiān)控與管理等內(nèi)容。集中監(jiān)控使這個大型多功能場館運行節(jié)能，管理高效。

7 結(jié)語

遼寧科技館（新館）作為大型科普教育設(shè)施，體現(xiàn)“人-科技-自然”的主題思想，設(shè)計需提供綠色、智能、環(huán)保、節(jié)能、舒適的休閑空間。為實現(xiàn)上述設(shè)計宗旨，本工程暖通設(shè)計采用了一系列節(jié)能措施：對小時人流量變化幅度大的區(qū)域在空調(diào)季采用CO2濃度傳感器對空調(diào)新風(fēng)進行調(diào)節(jié)；過渡季通過焓值控制程序來增加新風(fēng)供冷；設(shè)置全熱熱回收裝置，回收部分排風(fēng)能量。水系統(tǒng)采用變流量系統(tǒng)，冷水機組采用變頻控制進行能量調(diào)節(jié)；冰蓄冷系統(tǒng)的“移峰填谷”，提高電廠一次能源利用效率。在滿足系統(tǒng)可靠、靈活，運行管理便捷、高效、節(jié)能的基礎(chǔ)上，營造出現(xiàn)代舒適的環(huán)境。

[1]胡興邦,朱華,葉水泉,等.儲冷空調(diào)系統(tǒng)原理、工程及應(yīng)用[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，1997.

[2]陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.