南京江寧市民中心空調設計

夏俊 劉大偉

1 江蘇省建筑設計研究院有限公司

2 南京長江都市建筑設計有限公司

1 工程概況

南京市江寧市民中心是國家三星級綠色公共建筑、國家和江蘇省綠色建筑示范工程，為集辦公、文化活動等為一體的商業(yè)綜合樓，總建筑面積約59407.3 m2，地上5 層，地下2 層，建筑高度為31.04 m。建筑平面大致分為A、B、C 三塊區(qū)域，其中：A 區(qū)域主要功能為行政辦公中心。B 區(qū)域主要功能為音樂廳和青少年服務大廳。C 區(qū)域主要功能為文化活動中心。具體平面劃分示意圖見圖1。

圖1 平面功能示意圖

2 空調系統(tǒng)

2.1 空調負荷

根據(jù)鴻業(yè)暖通負荷計算軟件，本工程計算總冷負荷為5159 kW，計算總熱負荷為3350 kW。其中：A 區(qū)域計算冷負荷2300 kW，計算總熱負荷1460 kW。B 區(qū)域計算冷負荷859 kW，計算熱負荷490 kW。C 區(qū)域計算冷負荷為5159 kW，計算熱負荷3350 kW。

2.2 空調冷熱源

本項目位于夏熱冬冷地區(qū)，場地緊鄰外秦淮河，水系系統(tǒng)發(fā)達，根據(jù)相應的地質勘探報告，適合采用地源熱泵技術[1]。夏季地埋管按雙U 埋管取熱量67 W/m 計算，可設置的總井數(shù)為337 口，有效井深100 m，總的最大換熱量約2257 kW。可采用地源熱泵承擔部分空調冷熱負荷。

三大功能區(qū)域空調特點不同，使用要求不一，因此設計分區(qū)域分別采用不同的冷熱源形式。

A 區(qū)行政辦公中心：共5 層，主要功能為辦公室，使用率高，空調需要長期運行，耗能多，采用地埋管地源熱泵水冷螺桿式機組+水冷螺桿式機組，充分利用了土壤中的能量為建筑物提供冷熱源。

該區(qū)域夏季空調冷負荷2000 kW，冬季空調熱負荷1400 kW。根據(jù)冬季熱負荷，地質勘探報告和場地可敷設地埋管的情況，核算地埋管換熱器數(shù)量，采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)完全滿足冬季空調熱源熱量要求。冷熱源系統(tǒng)配置2 臺地源熱泵水冷螺桿式機組加1 臺水冷螺桿螺桿式機組，對應于水冷螺桿式機組選用1冷卻塔，相應配置3 臺地源循環(huán)水泵（2 用1 備），2 臺冷卻塔循環(huán)水泵（1 用1 備），4 臺冷凍水循環(huán)水泵（3用1 備），以及系統(tǒng)其他相關設備。冷水機組及水泵設置在地下一層的冷凍機房內，冷卻塔設置在屋頂。冷卻塔同時作為保證地埋管換熱系統(tǒng)總釋熱量與總取熱量基本平衡的輔助措施。

圖2 冷熱源系統(tǒng)圖

地源熱泵水冷螺桿式機組單臺供熱量886 kW，制冷量778 kW。水冷螺桿式機組制冷量757 kW。系統(tǒng)冬季總供熱量1772 kW，供回水溫度45 ℃/40 ℃。夏季總制冷量2313 kW，供回水溫度7/12 ℃。具體的冷熱源系統(tǒng)圖如圖2。

B 區(qū)音樂廳采用獨立的直接蒸發(fā)式風冷熱泵（整體式）作為冷熱源，機組設置在屋面。青少年服務大廳采用直接蒸發(fā)式風冷熱泵作為冷熱源，室外機設在屋頂，室內機設置于空調機房內。

C 區(qū)文化活動中心各房間使用時間不一，使用率相對較低，采用變頻一拖多冷劑直接蒸發(fā)空調系統(tǒng)。系統(tǒng)分區(qū)域設置，各房間根據(jù)需要開啟空調，相對獨立，互不影響，室外機設置在屋面。頂層挑高的報告廳偶爾使用，單獨采用屋頂式熱回收型風冷熱泵一體機組，充分利用排風中的能量加熱或冷卻新風。

2.3 空調風系統(tǒng)

青少年服務大廳、音樂廳、市民客廳等大空間采用全空氣低速風道送風空調方式，其中：音樂廳觀眾席采用座椅下送上回的氣流組織形式，舞臺采用側送風與下送風結合的方式。市民客廳采用地面送風與局部噴口側送風結合的方式。

音樂廳入口大廳采用二次回風空調系統(tǒng)，空調處理機組設加濕功能段，有利于創(chuàng)造舒適的室內環(huán)境。

辦公等小空間采用風機盤管或多聯(lián)機室內機加新風的空調方式。

2.4 空調水系統(tǒng)

本工程空調水系統(tǒng)采用雙管制變流量一級泵系統(tǒng)。水平同程，立管異程，異程系統(tǒng)設置平衡閥。采用高位膨脹水箱實現(xiàn)定壓和系統(tǒng)補水，膨脹水箱設置在屋頂?？照{冷水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)均設水處理系統(tǒng)，減緩設備及管道壁面的結垢銹蝕并對水系統(tǒng)起到殺菌除菌作用?？照{系統(tǒng)的補水管上均設倒流防止器和流量表。

空調機組、新風機組的回水支管上設置電動調節(jié)閥，通過調整供水量來控制房間溫濕度、送風溫濕度。風機盤管空調回水管上配設電動二通閥，由房間回風溫度控制器控制電動二通閥的啟閉。

2.5 新風、排風及熱回收系統(tǒng)

全空氣系統(tǒng)的新風管和新風百葉均考慮能滿足過渡季節(jié)加大新風量的運行模式。深秋和初春季節(jié)，甚至可做到采用空調全新風運行，不用啟動空調水系統(tǒng)，就能滿足室內舒適度的要求。

活動中心大廳，市民客廳及政務大廳至屋面通過中庭進行排風，中庭上部設置排煙兼排風風機。過渡季開啟排風機，加大排除中庭上部熱空氣，提高室內新風供應量，既節(jié)能又提高室內舒適度。

文化活動中心辦公室新風系統(tǒng)，分區(qū)域在屋面設置新風、排風熱回收機組，回收排風中的冷、熱量處理新風。

3 自控設計要求

本工程空調通風工程設置直接數(shù)字控制系統(tǒng)，內容包括參數(shù)檢測，參數(shù)與設備狀態(tài)顯示，自動調節(jié)與控制，工況自動轉換，能量計量以及中央監(jiān)控與管理以及遠傳功能。各子系統(tǒng)范圍包括空氣調節(jié)系統(tǒng)、通風系統(tǒng)，以及冷、熱源系統(tǒng)。納入DDC 控制系統(tǒng)的空調通風設備不僅能在控制中心啟停，還要求能就地啟停并能切斷電源進行檢修。

1）冷熱源自動控制包括：根據(jù)系統(tǒng)冷、熱量的瞬時值和累計值進行監(jiān)測，并優(yōu)化控制運行臺數(shù)。機組、水泵、冷卻塔等設備連鎖啟停。供、回水溫度及壓差進行控制或監(jiān)測。設備運行狀態(tài)進行監(jiān)測及故障報警。每臺冷水機組出口設置電動碟閥，并與對應的機組和水泵連鎖開閉。

2）冷卻水系統(tǒng)自動控制包括：冷水機組運行時，冷卻水最低回水溫度的控制。冷卻塔風機的運行臺數(shù)控制或風機調速控制。采用冷卻塔供應空氣調節(jié)冷水時的供水溫度控制。

3）空氣調節(jié)風系統(tǒng)自動控制包括：房間溫濕度監(jiān)測和控制。全空氣系統(tǒng)新風采用變新風比焓值控制方式。全空氣空調機組風量大于5000 m3/h 時，風機做變頻控制。設備運行狀態(tài)的監(jiān)測及故障報警。過濾器超壓報警或顯示。

4）組合式空調末端裝置均設置電動調節(jié)閥，風機盤管空調回水管上配設電動二通閥，供回水總管之間設置旁通管及由壓差控制的旁通閥。

5）中庭的大風量的排風兼排煙風機做變頻控制。

4 綠色節(jié)能措施

1）空調冷熱源主要部分采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)，屬于可再生能源應用，系統(tǒng)運行能效高，有效節(jié)省運行費用。

2）音樂廳觀眾席采用座椅下送風，市民客廳采用地面送風與局部噴口側送風結合的方式，空調送風優(yōu)先送至人員活動區(qū)，保證人員舒適度的同時降低了整個空間的空調耗能。

3）可調新、排風比和排風熱回收措施：采用全空氣空調系統(tǒng)的區(qū)域，同時設置排風機，過渡季節(jié)可以通過加大新風量降低空調能耗。行政辦公中心、音樂廳、多功能廳、辦公等部位采用排風熱回收技術，充分利用排風中的能量加熱或冷卻新風。大型空調機組配置風量變頻裝置，實現(xiàn)恒溫變風量節(jié)能控制。

4）采用一級泵變水量空調水系統(tǒng)：空調末端設備設置電動調節(jié)閥或電動二通閥，冷熱源機房供回水管之間設壓差旁通控制器，測量供回水之間的壓差、調節(jié)旁通閥的開度。空調自動控制系統(tǒng)根據(jù)供回水總管的溫度、流量信號，計算系統(tǒng)的實際空調負荷，并控制冷水機組及其配用的空調水泵（變頻）的運行臺數(shù)和運行組合?？照{自動控制系統(tǒng)累計每臺冷水機組、空調水泵的運行時間，并控制冷水機組和空調水泵均衡運行。

5）能耗獨立分項計量：冷水機組總供水管上設能量計量裝置、設置燃氣計量裝置（均具有遠傳功能）?？照{水系統(tǒng)及冷卻塔補水總管設置水流量計量裝置。分、集水器各個支路設置能量計量裝置。多聯(lián)機設置智能化管理系統(tǒng)對空調進行配套管理，實時讀取每一臺空調室內機一系列工作參數(shù)，根據(jù)每臺室內機的實際使用比例攤分室外機耗電量來實現(xiàn)分戶計量，協(xié)助進行節(jié)能管理。

5 總結

南京江寧市民中心作為江寧區(qū)地標性建筑，順應綠色建筑的時代潮流，響應十八大報告關于美麗中國中綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展的號召，采用地源熱泵作為部分冷熱源，座椅下送風和局部地面送風以及各種節(jié)能措施，后期運行的空調能耗數(shù)據(jù)與常規(guī)空調系統(tǒng)相比節(jié)能達到30%左右，基本達到設計的預期。