中國散裂中子源項目空調通風系統設計概述

彭 亮

(廣東省建筑設計研究院，廣東 廣州 510010)

中國散裂中子源項目空調通風系統設計概述

彭 亮

(廣東省建筑設計研究院，廣東 廣州 510010)

以中國散裂中子源項目為例，對該項目的空調系統、通風系統等設計內容進行了綜述，分析了該項目的設計要點，為類似科技基礎設施的空調通風系統設計提供參考。

基礎設施，空調系統，通風系統，設計

0 引言

隨著我國經濟水平的不斷提高，科學技術也得到空前的發展，特別是對于離子物理、核物理、生命科學等前沿科學技術越來越重視。2013年2月23日國務院發布《國家重大科技基礎設施建設中長期規劃(2012—2030年)》，規劃中明確提出重大科技基礎設施是為探索未知世界、發現自然規律、實現技術變革提供極限研究手段的大型復雜科學研究系統，是突破科學前沿、解決經濟社會發展和國家安全重大科技問題的物質技術基礎。當前我國正處于建設創新型國家的關鍵時期，按照全國科技創新大會部署和深化科技體制改革要求，前瞻謀劃和系統部署重大科技基礎設施建設，進一步提高發展水平，對于增強我國原始創新能力、實現重點領域跨越、保障科技長遠發展、實現從科技大國邁向科技強國的目標具有重要意義。

1 工程概況

中國散裂中子源(簡稱CSNS)是國家發改委立項的國家重大科技基礎設施建設項目之一，是建在中國的第一座基于加速器加速高能質子轟擊金屬靶而產生大量散射中子的中子源(見圖1)。建成后該項目將成為中國最大的科學裝置，和美國散裂中子源、日本散裂中子源、英國散裂中子源一起，構成世界四大脈沖式散裂中子源。CSNS用地位于廣東省東莞市大朗鎮水平村南，總建筑面積6萬多平方米。園區主要分為三大功能區：主裝置區、輔助設備區、綜合配套區。主裝置區作為本項目功能核心區，包括地下中子加速隧道、靶站以及地上各類工藝設施用房輔助設備區作為各類工藝設備的存儲調試使用，綜合配套區主要為辦公生活用房。

2 空調設計參數

本項目位于東莞，室外設計參數參照廣州市室外設計參數。由于各類工藝系統非常復雜，工藝房間較多，本文只列出與工藝設備緊密聯系的相關房間的室內設計參數，詳見表1。

表1 主裝置區部分典型工藝房間室內設計參數

3 空調冷源及水系統

3.1 冷源系統

空調冷負荷根據工藝專業提供的各房間工藝設備發熱量，對建筑進行詳細的負荷計算，主裝置區空調冷負荷合計6 104 kW，輔助設備區空調冷負荷合計1 763 kW，整個園區中央空調累計冷負荷總計7 867 kW，考慮同時使用系數0.9，中央空調系統冷負荷為7 080 kW。綜合配套區各樓單獨設置變頻多聯空調系統。除了空調冷負荷，還需要提供工藝設備冷卻水，經工藝水冷專業提供工藝設備冷卻水冷負荷總計14 940 kW。由于本項目對制冷系統安全性要求較高，且需要常年穩定運行，故對制冷系統的主機配置了多臺備用主機，且部分主機可以分別對空調系統和工藝水冷系統互為備用。空調冷凍水和工藝冷凍水系統冷源配置見表2。

表2 空調及工藝設備冷凍水冷源配置表

3.2 冷凍水系統

考慮到供冷半徑較長，為減少水泵功耗及減小管徑，冷凍水均采用大溫差設計。空調冷凍水系統的供回水溫度采用6 ℃/14 ℃；由于直接冷卻工藝設備的冷水(一次水)所需供水溫度絕大部分在25 ℃左右，為了提高工藝設備冷凍水(二次水)系統主機運行效率，提高工藝設備冷凍水(二次水)供水溫度，綜合各品牌主機供水溫度的要求，工藝設備冷凍水(二次水)系統主機的供回水溫度采用14.5 ℃/22.5 ℃；各系統冷卻水進出水溫度均為32 ℃/37 ℃。冷凍水泵均采用一次泵變頻控制。冷凍水系統采用異程式，通過地下綜合管溝送入主裝置區和輔助設備區的各樓空調系統。

4 空調末端

末端空調系統根據空氣是否含有放射性粒子分為常規空調末端和涉放空調末端。常規空調末端則根據服務空間冷負荷及溫濕度要求選擇組合式空調器，通過調節冷凍水閥門，一、二次回風比例、風機變頻和電加熱器等措施實現恒溫限濕的要求以滿足工藝設備的運行。涉放空調系統除了需要滿足隧道等放射性區域溫濕度要求，為了保證周圍環境和運行維護人員的安全，還需要保證風管及空調設備耐放射性腐蝕，密閉無泄漏，空調末端系統采取以下措施：

1)全部采用不銹鋼密閉風機和不銹鋼密閉空調器。所有風管管道均采用厚壁不銹鋼管焊接而成。2)為了避免含有放射性空氣泄漏，保證空調系統的密閉性，所有焊接處均需要做X光探傷檢測無損。隧道部分空調通風風管均通過埋地不銹鋼管與地面空調器進行連接，為了保證埋在土壤中的不銹鋼管不會受到土壤中水分的腐蝕而產生泄漏，不銹鋼管還外套一層鋼套管，中間填充現場發泡聚氨酯，鋼套管外再進行五油五布防腐，具體做法詳見圖2。3)所有涉放空調通風管道與隧道連接處均需要布置為“Z”字形，保證隧道內射線不會直接通過豎向通風管道影響上部安全區域。

5 隧道通風系統

由于隧道內放射性程度不同，按放射性強弱分區，各區設有獨立的通風空調系統，各區之間保持不同的負壓，即形成由直線隧道、RCS隧道到靶站的固定負壓梯度，確保空氣流動方向由非污染區到污染區、從低污染區到高污染區，防止放射性空氣的泄漏。隧道部分通風量根據工藝需求分為正常運行工況和過渡期大風量工況。正常運行工況是指在設備正常運行期間，不開啟新風，通過排風維持隧道負壓梯度。過渡期是指在設備停機后人員進入隧道前需要開啟新風和排風系統，進行大風量的空氣置換，將帶有放射性顆粒的空氣置換為干凈的空氣，保證進入隧道工作人員的安全，此時仍需要保證隧道的負壓，不能讓帶放射性顆粒的空氣泄露到室外。所有放射性區域的排風均需通過高效粒子過濾器進行過濾，最后通過排風中心煙囪進行排放。隧道及靶站主要工藝用房負壓要求及通風換氣次數見表3。各工況下排風機風量按表3進行選型設計，最后通過對各系統排風機進行變頻和管道閥門聯合調試使各工藝區域滿足負壓梯度要求。

表3 主要工藝用房負壓要求及通風換氣次數

6 結語

由于本項目工藝房間數量多、要求高，需要保持各房間溫濕度要求以滿足工藝設備的長時間連續正常運行，還需要保證各房間的負壓梯度以免放射性空氣泄露威脅人員健康。通風空調系統的設計內容較多且比較復雜，本文難以一一詳細描述，僅對部分設計要點進行概述，為類似科技基礎設施的空調通風系統設計提供一些參考。

The overview of air conditioning and ventilation system design in China spallation neutron source project

Peng Liang

(ArchitecturalDesignandResearchInstituteofGuangdongProvince，Guangzhou510010,China)

Taking Chinese spallation neutron source project as an example, the paper introduces its air-conditioning system and ventilation system design contents, analyzes its design points, which has provided some guidance for similar scientific infrastructure air-conditioning system design.

infrastruce, air-conditioning system, ventilation system, design

2015-03-07

彭 亮(1985- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)14-0121-02

TU834.3

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