經(jīng)驗(yàn)： 一種高大空間的空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)與實(shí)施
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作者：張毅
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(shí)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(xiàng)目為一學(xué)術(shù)交流中心，建設(shè)地點(diǎn)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(jī)電設(shè)備用房和樂池。
本文重點(diǎn)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(jì)與實(shí)施情況，供類似建筑空間設(shè)計(jì)參考。建筑物一層平面如圖1。
2 基本設(shè)計(jì)參數(shù)和負(fù)荷計(jì)算
表1為長沙地區(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(dòng)的學(xué)生集會(huì)場所，每學(xué)期期中與期末一段時(shí)間為集會(huì)高峰期，這時(shí)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(jì)數(shù)據(jù)，同時(shí)參照已有同類功能場館的使用情況，就本中心的實(shí)際使用情況，建設(shè)單位和設(shè)計(jì)師進(jìn)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(diǎn)，確定每次活動(dòng)人員不超過2237人，活動(dòng)時(shí)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(jìn)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(dá)98%，校核了空調(diào)機(jī)組和新風(fēng)機(jī)組的除濕量，以此作為工程設(shè)計(jì)負(fù)荷計(jì)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(jì)參數(shù)確定值[1~2]。
按表2室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)要求，大樓夏季空調(diào)計(jì)算冷負(fù)荷共2080kW，冬季空調(diào)計(jì)算熱負(fù)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(yùn)行節(jié)能為主，降低建設(shè)成本為輔，鑒于該集會(huì)場所屬于臨時(shí)性集散場所，每次集會(huì)時(shí)間都限制在4h內(nèi)，采用提前開機(jī)，利用建筑物的蓄能的功能，提前開機(jī)蓄能來平衡人員進(jìn)場時(shí)瞬時(shí)大負(fù)荷狀況；在選擇末端設(shè)備時(shí)，重點(diǎn)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(qiáng)除濕功能。本項(xiàng)目重點(diǎn)從冬季節(jié)能運(yùn)行著手，冬季除濕采用加大補(bǔ)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(shí)現(xiàn)了節(jié)能運(yùn)行。最終確定：按計(jì)算負(fù)荷2080kW的75%確定為夏季空調(diào)冷負(fù)荷，制冷設(shè)備裝機(jī)容量為1560kW；按計(jì)算負(fù)荷1125kW的85%確定為冬季空調(diào)熱負(fù)荷，供熱設(shè)備裝機(jī)容量為960kW。
2)根據(jù)確定的冷／熱源裝機(jī)容量，結(jié)合工程特點(diǎn)和使用要求，選擇兩臺麥克維爾螺桿式雙機(jī)頭變頻主機(jī)作為冷源設(shè)備，并綜合利用學(xué)校游泳館燃?xì)鉄崴仩t為冬季供熱熱源，不另配套建制熱鍋爐房和制熱設(shè)備，只選擇一臺水一水板式換熱一體化換熱機(jī)組。通過室外管引至學(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(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)按變流量運(yùn)行。
本項(xiàng)目的冷／熱源選擇，利用了建筑物蓄能的作用，平衡人員進(jìn)場時(shí)瞬時(shí)要求的大負(fù)荷狀況，降低了裝機(jī)容量，減少機(jī)房與設(shè)備安裝費(fèi)用，相比滿負(fù)荷裝機(jī)和另建機(jī)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(jì)與安裝
本工程除消防控制室和值班室等零散用房設(shè)獨(dú)立分體式空調(diào)外，全樓采用空氣系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)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(jī)盤管和2臺新風(fēng)機(jī)，末端的靈活配置和合理的氣流組織形式是本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能和減少建設(shè)成本，達(dá)到舒適性效果的關(guān)鍵所在。基本情況介紹如下：
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(jī)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(zhǔn)，層高達(dá)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(dá)到的位置設(shè)計(jì)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。
空調(diào)末端為組合式變頻二次回風(fēng)冷風(fēng)柜，與新風(fēng)混合送人室內(nèi)，設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度200C。
觀眾席風(fēng)速嚴(yán)格控制在0.5m/s以內(nèi)，下送風(fēng)座椅風(fēng)口風(fēng)速嚴(yán)格控制在0.25m/s，整個(gè)大廳無吹風(fēng)感，舞臺風(fēng)速嚴(yán)格控制在0.3m/s以內(nèi)，確保幕布與旗幟無擾動(dòng)；測量噪聲值在建筑聲學(xué)和觀眾廳噪聲標(biāo)準(zhǔn)控制范圍內(nèi)；設(shè)備運(yùn)行的噪聲與振動(dòng)無回聲與混響，嚴(yán)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(dá)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(dòng)力系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控節(jié)能運(yùn)行設(shè)計(jì)
1)冷水機(jī)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(yùn)行，并與本工程空調(diào)末端聯(lián)動(dòng)，空調(diào)水系統(tǒng)壓力及溫度進(jìn)行控制及調(diào)節(jié)，完全滿足末端系統(tǒng)的負(fù)荷需求。
2)風(fēng)機(jī)盤管均設(shè)溫控器，三速開關(guān)及電動(dòng)二通閥，可根據(jù)室內(nèi)設(shè)定溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)冷凍水流量。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與風(fēng)機(jī)連鎖，風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)電動(dòng)閥關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行節(jié)能與保護(hù)功能。
3)新風(fēng)機(jī)配溫控器及比例調(diào)節(jié)電動(dòng)閥，可根據(jù)送風(fēng)溫度調(diào)節(jié)冷凍水流量。新風(fēng)機(jī)人口設(shè)防凍開關(guān)，與電動(dòng)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(yùn)行。
4)冷水機(jī)組、冷卻泵、冷凍水泵、新風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)柜和供熱機(jī)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(yùn)行或故障狀態(tài)。
6 環(huán)保節(jié)能設(shè)計(jì)與實(shí)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(shí)施的環(huán)保節(jié)能措施有：
1)冷水機(jī)組選用智能控制，可實(shí)現(xiàn)冷量自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為20%～115%，同時(shí)連鎖循環(huán)泵，根據(jù)設(shè)定值和負(fù)荷狀態(tài)自動(dòng)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(yùn)行能耗的同時(shí)，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(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求。
3)觀眾廳和舞臺空調(diào)房間設(shè)置溫濕度控制器，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)及新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)均滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》。
4)所選空調(diào)設(shè)備均采用節(jié)能、低噪聲設(shè)備。風(fēng)機(jī)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(jì)量，數(shù)據(jù)采集至計(jì)量中心主控服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一計(jì)量管理，確保系統(tǒng)運(yùn)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)A≤0.03513W/(m-K)(00C)，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(yùn)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(jī)房及空調(diào)機(jī)房內(nèi)做吸聲墻及天花，風(fēng)機(jī)出人口做消聲處理�？照{(diào)系統(tǒng)噪聲及震動(dòng)控制應(yīng)滿足《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》、《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》。
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(jì)標(biāo)準(zhǔn)》( GB50189-2005 )5.3.26條的規(guī)定。
11)建筑物熱工設(shè)計(jì)達(dá)到《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》( GB50189-2005)的要求，嚴(yán)格控制開窗面積，并對內(nèi)外墻進(jìn)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(huì)，尤其是保障了該校校慶一系列重大集會(huì)活動(dòng)，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(jì)成功的實(shí)施實(shí)例，啟示暖通工程設(shè)計(jì)師，對穩(wěn)定人群集群高大空間場所空調(diào)設(shè)計(jì)，應(yīng)重點(diǎn)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(fù)荷的有效散失與有效利用冬季室外干冷空氣平衡熱濕負(fù)荷的節(jié)能設(shè)計(jì)，并在控制自動(dòng)化運(yùn)行管理上采取措施，實(shí)現(xiàn)高大空間建筑節(jié)能運(yùn)行與降低建設(shè)成本，營造經(jīng)濟(jì)節(jié)能、舒適環(huán)保的空調(diào)環(huán)境。
摘要：
本文通過介紹一個(gè)高大空間空調(diào)系統(tǒng)工程節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)例，對于穩(wěn)定人群集群高大空間場所空調(diào)設(shè)計(jì)，應(yīng)重點(diǎn)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(jì)與控制，并在運(yùn)行管理上采取有效措施，實(shí)現(xiàn)高大空間建筑節(jié)能，營造經(jīng)濟(jì)、舒適、節(jié)能、環(huán)保的室內(nèi)空調(diào)環(huán)境。
