某嚴寒地區博物館建筑暖通系統設計

孟登居，秦振春

（1.江蘇省教育建筑設計研究院，江蘇 南京 210024；2.江蘇省城市規劃設計研究院，江蘇 南京 210024）

1 工程概況

阿勒泰市博物館，總建筑面積17159.91m2，其中地下建筑面積346.80m2，地上建筑面積16813.11m2(含機動車庫面積2615.31m2)。地下1層，地上3層。建筑總高度23.3m。項目選址位于新疆阿勒泰市團結南路東側，由博物館、城市規劃館和非遺中心組成。主要建筑功能為文物交流大廳、隕石展示廳、文物庫房、民俗展廳、非遺展廳、歷史文化展廳、阿勒泰千里旅游畫廊展廳等。博物館內各展廳及庫房設置恒溫恒濕空調系統，并設地板輻射供暖系統，恒溫恒濕空調機組室外機置于3層屋面，供暖系統的熱源為城市供熱管網。博物館建筑結構形式采用鋼筋混凝土框架結構，阿勒泰市博物館建筑效果圖如圖1所示。

2 設計參數

2.1 室外氣象參數

新疆阿勒泰市地理位置：北緯47.44°，東經88.05°，氣候分區為嚴寒地區B區。根據《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》室外空氣計算參數[1]如表1所示

阿勒泰市室外空氣計算參數表 表1

2.2 室內空調設計參數

設置恒溫恒濕空調系統的文物庫房、展廳，根據冬夏季節的不同，將室內溫度控制在20℃～26℃，對于庫房和展廳文物藏品對空氣濕度的變化率有一定的要求[2]，宜控制晝夜間的相對濕度差不大于5%。空調室內設計參數如表2所示。

空調室內設計參數表 表2

3 空調冷熱源

3.1 空調冷源

博物館交流大廳、庫房、民俗展廳、歷史文化展廳、千里旅游畫廊展廳等區域設置恒溫恒濕空調系統。經負荷計算，本棟建筑需設恒溫恒濕空調系統的房間內空調夏季冷負荷為518kW，圖1為夏季逐時冷負荷分布圖，本項目采用了10臺恒溫恒濕空調機組，需設置恒溫恒濕空調的場所按不同區域設置恒溫恒濕機組，采用低速風道全空氣系統，考慮到博物館建筑層高比較高，氣流組織采用上送風下回風形式，旋流風口均布送風，下部集中回風。恒溫恒濕機組為單冷機組+雙熱源（電加熱+空氣/水加熱器）+電加濕器。夏季電制冷，并結合機組內電加熱微調，來控制室內溫度達到規定要求。

3.2 空調熱源

恒溫恒濕機組采用雙熱源（電加熱+空氣/水加熱器），為確保使用效果并減少運行費用，在冬季供暖期使用空氣/水加熱器供暖，并結合地板輻射供暖系統，電加熱微調。以使室內環境溫度達到規定要求。經負荷計算，本棟建筑(含辦公、車庫等)冬季熱負荷為935.3kW。熱源為城市供熱管網，供回水溫度為50/40℃。

4 空調系統

4.1 空調形式

博物館交流大廳、庫房、民俗展廳、歷史文化展廳、千里旅游畫廊展廳等區域設置恒溫恒濕空調機組并配以余熱回收式的轉輪新風換氣機，新風經轉輪新風換氣機回收排風冷熱量，送至恒溫恒濕機組處理后送至室內。過渡季節可適當加大新風量達到節能的目的。冬季工況，為了防止全熱交換器結霜，新風入口風道內設溫濕度傳感器，當檢查檢測到新風入口溫度達到易結霜溫度時，自動啟動風道電加熱器對新風進行預熱。

4.2 氣流組織

博博物館交流大廳、庫房、民俗展廳、歷史文化展廳、千里旅游畫廊展廳等高大空間采用旋流風口送風的方式。回風統一從建筑下部集中回風，這樣可以避免空氣短路，保證室內溫濕度均勻分布。冬季除了恒溫恒濕機組送熱風外，還輔助地板輻射采暖，避免熱氣流始終在建筑上部，室內上熱下冷的問題。

5 自動控制

恒溫恒濕空調室內控制參數及控制精度為：夏季24±2℃、50±5%；冬季20±2℃、50±5%。恒溫恒濕空調系統控制原理圖如圖3所示。夏季電制冷、冬季內置水加熱盤管結合地板輻射聯合供暖，電加熱微調。濕度由電加濕器調節。風道溫濕度傳感器檢測送回風溫濕度，送至控制器與設定值比較。夏季工況：依據能量結算結果卸載調節冷媒供應系統調節送風溫濕度，電加熱器、電加濕器輔助調節，達到控制室內溫濕度的要求；冬季工況：啟用空氣-水加熱器結合地板輻射聯合供暖，電加熱器、電加濕器輔助調節，達到室內溫度的控制要求。空氣-水加熱器的回水管上設置動態平衡電動平衡閥，調節供熱量。冬季工況，為了防止全熱交換器結霜，風道溫濕度傳感器檢測到新風入口溫度低于0℃，自動啟動風道電加熱器對新風進行預熱至2℃以上，當加熱器滿負荷運行，新風入口溫度仍然不能滿足2℃以上的要求時，通過調節新風入口電動風閥直至溫度達到要求。

夏季、冬季新風經全熱交換器回收排風冷熱量，送至恒溫恒濕機組處理后送至室內。夏季工況：電動調節閥1、2、3、4打開，電動調節閥5關閉，風機FAN1、FAN2打開。冬季工況：電動調節閥1、2、3、4打開，電動調節閥5關閉，風機FAN1、FAN2打開。過度季節全新風工況：電動調節閥1、3、5打開，電動調節閥2、4關閉，風機FAN1、FAN2打開。由于新疆地區沙塵天氣較多，新風入口裝防沙用電子除塵器，沙塵嚴重天氣，新風系統關閉，電動調節閥4打開，電動調節閥1、2、3、5關閉，風機FAN2打開，風機FAN1關閉。電動調節閥1與風機FAN2連鎖，當切斷風機FAN2電源時，電動調節閥1聯鎖關閉。

6 結 語

對于博物館這類高大空間、有特殊要求的建筑內在嚴寒地區如何運用氣流組織使室內的溫濕度場達到所需的要求；如何通過控制系統達到恒溫恒濕空調系統在嚴寒地區的節能、安全運行目的；嚴寒地區新風系統如何防止全熱交換器結霜以及過渡季節采用全新風節能運行等都是我們設計中需要考慮的問題。為了實現以上目的，我們在設計中采用了包括：上送風、下部集中回風的方式以滿足室內均勻的溫濕度場的要求；并在冬季采用了恒溫恒濕機組自帶空氣—水換熱器送熱風并結合地板輻射供暖，實現冬季系統的節能運行；帶熱回收的全熱交換器過渡季節直接引入室外空氣全新風運行；冬季對引入新風溫度進行監控預熱及新風量調節等手段以防止全熱交換器結露。

[1] GB50736-2012,民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].

[2] JGJ66-1991,博物館建筑設計規范[S].