黎建良 劉紅平 夏建中 張宇翔

1國防科學技術大學校務部2長沙師范學院電子信息工程系3華南理工大學建筑設計研究院

某學術交流中心高大空間的空調節(jié)能設計與實施

黎建良1劉紅平2夏建中1張宇翔3

1國防科學技術大學校務部2長沙師范學院電子信息工程系3華南理工大學建筑設計研究院

本文通過介紹一個高大空間空調系統(tǒng)工程節(jié)能設計實例，對于穩(wěn)定人群集群高大空間場所空調設計，應重點考慮空調系統(tǒng)氣流組織形式、送風形式與送風速度，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)能設計與控制，并在運行管理上采取有效措施，實現高大空間建筑節(jié)能，營造經濟、舒適、節(jié)能、環(huán)保的室內空調環(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。本項目為一學術交流中心，建設地點處在四面環(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、機電設備用房和樂池。

圖1 一層空調平面圖

本文重點談及這一高大空間的冬夏舒適性空調系統(tǒng)的節(jié)能設計與實施情況，供類似建筑空間設計參考。建筑物一層平面如圖1。

2 基本設計參數和負荷計算

表1為長沙地區(qū)室外氣象參數。

表1 長沙地區(qū)室外氣象參數

該建筑主要用途為某高校重大政治與文化活動的學生集會場所，每學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期，針對該建筑物座落位置特定的室外相對濕度參數，根據該區(qū)域多年的氣象資料統(tǒng)計數據，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，建設單位和設計師進行了深入溝通，以節(jié)能和減少建設投入為主要出發(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，結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%，室內最大相對濕度可達98%，校核了空調機組和新風機組的除濕量，以此作為工程設計負荷計算的重要依據，也作為本工程空調設備的選型提供了采信數據。

表2為室內空調設計參數確定值[1～2]。

表2 室內空調設計參數確定值

按表2室內設計參數要求，大樓夏季空調計算冷負荷共2080kW，冬季空調計算熱負荷共1125kW。

3 低成本和節(jié)能的空調冷/熱源方案的確定

1）提倡運行節(jié)能為主，降低建設成本為輔，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，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；在選擇末端設備時，重點考慮青壯年人員散濕量特別大，空氣處理設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方式，新風設備直接加熱室外干冷空氣，平衡人員散濕量，防止出現悶熱狀況，不但減少了冬季除濕設備的投入，而且實現了節(jié)能運行。最終確定：按計算負荷2080kW的75%確定為夏季空調冷負荷，制冷設備裝機容量為1560kW；按計算負荷1125kW的85%確定為冬季空調熱負荷，供熱設備裝機容量為960kW。

2）根據確定的冷/熱源裝機容量，結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備，并綜合利用學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術交流中心。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，減少機房與設備安裝費用，相比滿負荷裝機和另建機房，降低建設成本近100萬元。

4 空調末端工藝節(jié)能設計與安裝

本工程除消防控制室和值班室等零散用房設獨立分體式空調外，全樓采用空氣系統(tǒng)和風機盤管相結合，共采用6臺一次回風風柜和4臺二次回風風柜，40臺風機盤管和2臺新風機，末端的靈活配置和合理的氣流組織形式是本項目實現建筑節(jié)能和減少建設成本，達到舒適性效果的關鍵所在。基本情況介紹如下：

1）門廳采用全空氣系統(tǒng)，送風結合裝修采用頂送及側送形式。

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，冷風柜設于地下室（圖2）。

3）貴賓休息室、辦公室、配套用房采用風機盤管加新風系統(tǒng)，便于靈活控制，新風管走廊敷設。

4）觀眾廳采用座椅下送風與頂送結合形式（圖3）。按觀眾廳裝修標準，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回形式，中廳共安裝有326只座椅專用送風口，四周采用側送側回形式，在風管無法達到的位置設計集中回風口，觀眾廳新風采用上送形式，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、樂池及地下送風平面圖

空調末端為組合式變頻二次回風冷風柜，與新風混合送入室內，設計送風溫度20℃。

觀眾席風速嚴格控制在0.5m/s以內，下送風座椅風口風速嚴格控制在0.25m/s，整個大廳無吹風感，舞臺風速嚴格控制在0.3m/s以內，確保幕布與旗幟無擾動；測量噪聲值在建筑聲學和觀眾廳噪聲標準控制范圍內；設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)能運行設計

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

2）風機盤管均設溫控器，三速開關及電動二通閥，可根據室內設定溫度自動調節(jié)冷凍水流量。電動調節(jié)閥與風機連鎖，風機停止運行時電動閥關閉，實現運行節(jié)能與保護功能。

3）新風機配溫控器及比例調節(jié)電動閥，可根據送風溫度調節(jié)冷凍水流量。新風機入口設防凍開關，與電動密閉風閥連鎖，過渡季節(jié)全空氣系統(tǒng)加大新風量運行。

4）冷水機組、冷卻泵、冷凍水泵、新風機、冷風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。每臺空調設備均可在控制室顯示其運行或故障狀態(tài)。

6 環(huán)保節(jié)能設計與實施

為使空調系統(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，可實現冷量自動調節(jié)，調節(jié)范圍為20%～115%，同時連鎖循環(huán)泵，根據設定值和負荷狀態(tài)自動調節(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{水系統(tǒng)的輸送能效比完全滿足了《公共建筑節(jié)能設計標準》要求。

3）觀眾廳和舞臺空調房間設置溫濕度控制器，實現節(jié)能運行。室內設計參數及新風量標準均滿足《公共建筑節(jié)能設計標準》。

4）所選空調設備均采用節(jié)能、低噪聲設備。風機的單位風量耗功率值、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，數據采集至計量中心主控服務器及數據庫統(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）保溫材料滿足有關規(guī)范關于消防方面的要求，采用難燃B級柔性泡沫橡塑保溫，導熱系數λ≤0.03513W/(m·K（)0℃），氧指數≥32，濕阻因子≥7000，表面密度≥40kg/m3。

7）過渡季節(jié)全空氣系統(tǒng)加大新風量運行，熱濕平均功能明顯，節(jié)能效果顯著。

8）空調風管可采用復合風管等新型材料。所有通風空調系統(tǒng)的管道材料、保溫材料、消聲材料、粘結劑等應滿足消防規(guī)范要求。

9）空調設備均設減震措施，制冷機房及空調機房內做吸聲墻及天花，風機出入口做消聲處理?？照{系統(tǒng)噪聲及震動控制應滿足《民用建筑隔聲設計規(guī)范》、《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準》。

10）空氣調節(jié)風系統(tǒng)的單位風量耗功率滿足《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189-2005）5.3.26條的規(guī)定。

11）建筑物熱工設計達到《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189-2005）的要求，嚴格控制開窗面積，并對內外墻進行保溫處理，吊頂保溫隔熱。

7 結束語

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，空調效果良好。本文介紹這一高大空間空調系統(tǒng)工程節(jié)能設計成功的實施實例，啟示暖通工程設計師，對穩(wěn)定人群集群高大空間場所空調設計，應重點考慮空調系統(tǒng)氣流組織形式、送風形式，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)能設計，并在控制自動化運行管理上采取措施，實現高大空間建筑節(jié)能運行與降低建設成本，營造經濟節(jié)能、舒適環(huán)保的空調環(huán)境。

[1]中國建筑科學研究院,中國建筑業(yè)協會建筑節(jié)能專業(yè)委員會.公共建筑節(jié)能設計標準(GB50189-2005)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005

[2]中國建筑科學研究院.民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(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；國防科學技術大學校務部（410073）；E-mail:lijianliang12@126.com