潤澤大數據應用展示中心綜合體暖通空調設計

劉洋

清華大學建筑設計研究院有限公司

1 工程概況

本項目位于河北省廊坊市經濟技術開發區，總用地面積203045.3m2。地上由3棟相對獨立的建筑組成（各主要功能分區見圖1所示），1#樓為研發辦公樓，建成后將滿足潤澤科技發展公司的辦公需求，并出租給大數據產業相關企業使用，按照“5A”甲級寫字樓標準設計。2#樓為酒店，建成后將出租給處于孵化階段的小型創業及創新企業。3#樓為大數據產業展示中心，供建設方及1、2#樓內辦公的相關企業展示其科技成果和創新產品。1、2、3#樓的地下部分是連通為一體的，主要功能為地下車庫，員工餐廳和設備用房。

圖1 各功能分區分布示意圖

本項目總建筑面積244657m2，各部分的技術指標見表1。

表1 分棟建筑概況表

2 空調系統設計

2.1 室內主要區域設計參數

室內主要區域設計參數如表2所示。

表2 室內主要區域設計參數

2.2 總負荷量統計

總負荷量統計如表3所示。

表3 總負荷量統計

2.3 冷熱源和空調冷熱水系統

應甲方要求本工程冷熱源由直燃機組提供。

1）冷源：位于工程東南角室外地下設置4#能源站，由直燃機組供應設計溫度7/14%℃的空調冷水。為滿足本工程初期建設的需求，采用一大兩小的配置組合，直燃機組選用能力調節裝置靈敏、可靠的機型。冷卻塔位于室外綠化帶，冷卻水進出水設計溫度為30/37%℃。

2）熱源：由直燃機組提供設計溫度60/45%℃空調熱水，80/60%℃的生活用熱水輔助熱水，經過換熱器提供50/40%℃地板輻射供暖用熱水。冷熱源系統圖見圖2。

圖2 冷熱源系統圖

2.4 空調冷熱水系統

1）空調冷熱水系統采用分區兩管制水系統，變流量運行。分別為風機盤管系統、空氣處理機組系統、地板輻射系統。

2）1#樓西側辦公最大進深達22 m，東側進深達19 m，根據文獻[1]進行內外分區，外區冬夏合用兩管制水系統。內區全年供冷兩管制水系統，冬季利用冷卻塔免費制冷，其水路設計參照文獻[2]進行設計。

3）2#樓酒店不評星（參照四星級標準設計），空調水系統采用兩管制，同時按使用功能，將客房與裙房商業的水系統分開設置。

4）空調冷水采用7/14℃大溫差，其風機盤管的選擇參照文獻[3]進行選擇。

5）冷凍水采用主機定流量，管網變流量系統，冬季空調供暖熱水一次泵變流量運行。

6）空調冷熱水系統采用高位密閉膨脹水箱定壓，并在4#能源站設軟化水系統。

2.5 空調風系統設計

1）3#樓內區展廳

3#樓首二層內區展廳南北長108 m，東西寬44 m，建筑層高12 m，每層防火分區分為兩個。內區展廳室內空調負荷主要為人員,照明及展覽設備散熱負荷。經比較，采用分層空調與全室空調，系統能耗相差不大[4]，故氣流組織采用上供下回方式，夏季供冷，冬季供暖。

空調系統送風管道敷設在展廳上空，展廳的送風口距地面高度為9.5 m，為保證空調效果，設計選用旋流風口送風，風口設電動調節裝置，可根據季節要求調節送風角度，以滿足冬夏季空調的需求。根據送風口距空調區域距離，風量及送風到達空調區域臨界風速不超過0.5m/s的要求，選用直徑為400mm的旋流送風口，共計112個，均勻布置。由于大廳不設吊頂，空調風道及送風口均明裝，為美觀起見，空調系統設集中回風口，分別布置在大廳東側空調機房側墻上。每個防火分區設置兩個空調系統，首二層內區展廳共計8個空調系統。

2）3#樓三層展廳

3#樓三層展廳南北長108 m，東西寬44 m，防火分區分為兩個，被劃分為四個小展廳，每個展廳面積1188m2。這四個展廳的屋面標高不同形成梯形屋面，最高層高達18 m，現以最高層高的展廳為例說明展廳的空調設計。根據文獻[5]，夏季展廳空調系統設計為分層系統，即人員活動區域采用全空氣低風速空調系統，滿足室內人員的溫、濕度要求。由計算得非空調區熱強度 ＜4.2 W/m3，非空調區可不設進排風裝置[5]。展廳空調送風口設在距地8 m處，兩側各設10個直徑為400mm的球型噴口送風，回風口設于機房側墻下部。

3）3#樓二層公共休息廳

二層公共休息廳建筑面積1500m2，局部層高達22 m，根據文獻[5]，夏季展廳空調系統設計為分層系統。由計算得非空調區熱強度＞4.2 W/m3，非空調區應設進排風裝置[5]。二層公共休息廳空調送風口設在距地面7 m處，兩側各設10個直徑為630mm的球型噴口送風，回風口設于機房側墻下部。上部空間設置了機械通風系統，根據文獻[5]，進風口最低位置宜為非空調區高度的1/3處、非空調區換氣次數不宜大于3次/h，則送風口設置于距地13 m處，排風口設于休息廳頂部，換氣次數取1.5次/h。其系統原理圖見圖3。

圖3 二層公共休息廳空調通風系統原理圖

冬季休息廳機械通風系統停止工作，根據人員活動區的溫、濕度要求由空調系統向室內送熱風，并設置地板輻射采暖系統。

4）空氣熱回收系統

1#樓辦公及會議每層設置轉輪熱回收機組，2#樓酒店客房在三層集中設置板翅熱回收機組，2#樓配套商業在三層集中設置轉輪熱回收機組，3#樓洽談在頂層機房集中設置轉輪熱回收機組。在冬季，新風經過熱回收系統被加熱后送到辦公、會議、客房、商業等場所，而經過換熱后的排風被排出屋面。

3 防排煙系統設計

1）防煙系統：本建筑為高度超過50 m的一類公共建筑，其所有防煙樓梯間、消防電梯間前室和合用前室均采用機械排煙方式[6]。防煙樓梯間地上、地下分設送風機，合用前室地上、地下在屋頂合用一臺風機，各系統均設有防超壓措施。

2）排煙系統：這里主要介紹展廳及公共休息大廳高大空間排煙系統，其他功能區的防排煙系統按常規方法設計，不再一一贅述。

3#樓首二層展廳層高為12 m，不劃分防煙分區應按每平方米面積不小于60m3/h計算[6]。3#樓三層展廳及二層公共休息大廳層高超過12m按照換氣次數考慮設機械排煙系統：體積小于17000m3的其排煙量按其體積的6次/h換氣計算。體積大于17000m3的，其排煙量按其體積的4次/h換氣計算，且排煙量不小于102000m3/h[6]。

4 自動控制

4.1 冷熱源水系統主要自控項目

1）空調冷水和冷卻水：①直燃機組與冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機電氣連鎖。②根據系統需冷量的變化，控制直燃機組及對應一次空調冷水泵運行臺數。③控制空調冷水、熱水供回水總管之間旁通閥開度，保證直燃機最小流量。④冷卻塔與對應電動水閥之間的電氣聯鎖。⑤冷卻水溫控制冷卻塔風機啟停與轉速。

2）補水、定壓：①空調水膨脹水箱液位控制補水泵啟停。②軟化水箱最低液位控制補水泵停止運行。③軟化水箱液位控制軟化裝置進水電動閥開閉。

4.2 空氣處理和通風裝置主要自控項目

1）一次回風單風機定風量全空氣的系統+排風系統

①回風溫度控制空氣處理機組水路電動閥開度，加熱盤管的電動閥冬季保持最小開度為全開的1/3。

②加熱盤管表面溫度低于設定值時，關閉新風閥，全開加熱盤管水路二通閥，溫度回升后，機組恢復工作。

③防凍控制：設置熱水閥先于風機和風閥開啟，后于風機和風閥關閉的聯鎖裝置。

④根據室外空氣狀態，采用固定溫度法，改變新、回風閥開度進行最大和最小新風比控制。冬，夏以及重污染天氣一次回風機組均在最小新風下運行。安裝新風流量計，保證新風量。新風、回風、排風閥采用可調式風閥并相互聯鎖。

⑤對應排風機的啟停。

2）辦公新風機組+排風系統。

①送風溫度控制水路電動閥開度，加熱盤管的電動閥冬季保持最小開度為全開的1/3。

②冬季送風濕度控制加濕開啟。

③加熱盤管表面溫度低于設定值時，關閉新風閥，全開加熱盤管水路二通閥，溫度回升后，機組恢復工作。

④防凍控制：設置熱水閥先于風機和風閥開啟，后于風機和風閥關閉的聯鎖裝置。

⑤根據管理人員預先設定的程序，新風機組自動在預定時間啟停，并根據需要隨時改變和設定設備工作的時間程序。安裝新風流量計，保證新風量。

⑥總排風機，根據靜壓控制排風機頻率與臺數，防止樓內正壓過高。

⑦餐廳，會議室，多功能廳，健身房，大堂及人員密集的辦公區域設CO2濃度探測器，對室內空氣進行CO2檢測，根據檢測數據調節新風量。當CO2傳感器監測到室內CO2濃度超過設定量值（1800 mg/m3）時，進行報警，同時自動啟動新排風系統。新風機組根據室內的CO2濃度進行自動運行控制。設置甲醛濃度探測器，實現對甲醛濃度超標實時報警。

5 節能

5.1 冷熱源和空調供暖水系統

1）直燃機組的性能系數、熱效率滿足了文獻[7]的要求。

2）空調冷、熱水循環泵采用變頻水泵，夏季空調冷水 EC（H）R=0.0166＜ 限值 0.0167，冬季空調供冷 EC（H）R=0.0248＜限值0.0262，滿足文獻[7]的要求。

3）根據冷卻水溫度控制冷卻塔風機臺數、轉速。

4）空調末端設備，冷熱源設備和空調，供暖水系統設有能量調節的自控裝置。

5）熱源一次、二次、集分水器每一支路均安裝熱計量水表。各樓棟、各層設置熱計量裝置。水表具備遠傳功能可將數據傳送到設備監控系統。

5.2 空調通風系統

1）全空氣空調系統過渡季可加大新風運行，利用新風作冷源，全空氣空調系統可達到的最大總新風比，不低于75%。配有相對應的排風機，以適應新風量的變化。

2）冬夏季人員密度相對較大且變化較大的房間根據室內CO2濃度檢測值，實現最小新風量控制。設置甲醛濃度探測器，實現對甲醛濃度超標實時報警。

3）采用合理的氣流組織形式，提高通風效率，減少供冷量和送風量。

4）通風系統單位風量耗功率Ws＜限值0.27 W/m3/h，空調新風系統單位風量耗功率Ws＜限值0.24 W/m3/h，辦公部分定風量系統單位風量耗功率Ws＜限值0.27 W/m3/h。滿足文獻[7]的要求。

5）地下停車庫設CO濃度監測點，按防火分區設置，每個防火分區至少設置1個，在靠近排風機房排風口位置。地下停車庫的送、排風系統根據CO濃度控制對應區域送、排風機的啟停。

6）空調機組內設電子空氣凈化裝置，凈化空氣中可吸入顆粒物、細菌、病毒、微生物等，提高了室內空氣品質。

7）部分新風系統設有排風熱回收裝置。采用轉輪和板翅全熱熱回收機組，制冷熱回收效率（焓效率）＞65%，制熱熱回收效率（焓效率）＞65%，滿足文獻[7]的要求。

6 結語

本工程按照綠色建筑一星級標準設計，本著節能減排原則為出發點，采用如下節能技術：

1）不同高度空間建筑采用不同的氣流組織形式：3#樓內區展廳采用旋流送風口，風口設電動調節裝置，可根據季節要求調節送風角度，以滿足冬夏季空調的需求。3#樓三層展廳及二層公共休息廳采用同側送回風的分層空調形式，比常規的頂送全室空調系統可節能30%左右[7]，采取調整送風角度等措施可解決冬季熱氣流上浮的問題。

2）全空氣系統過渡季節采用全新風運行。

3）采用大溫差空調水系統，以降低輸送能耗，減少設備投資。

4）辦公、會議、酒店客房、配套商業等采用全熱回收節能技術。

5）內區辦公冬季采用冷卻塔免費制冷。

[1]趙榮義.簡明空調設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1998

[2]北京市建筑設計研究院.北京地區冷卻塔供冷系統設計指南[S].北京:中國計劃出版社,2011

[3]張少良,盧軍,楊柳.低溫大溫差工況下風機盤管機組性能的測試研究[J].暖通空調,2014,44(3):84-88

[4]齊旭東,唐基富,尹龍.山東省國際會議及展覽中心暖通空調設計[J].暖通空調,2003,33(3):84-86

[5]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊(第2版)[M].北京:中國建筑工業出版社,2008

[6]中華人民共和國公安部.GB50045-95高層民用建筑設計防火規范[S].北京:中國計劃出版社,2005

[7]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB50189-2015公共建筑節能設計標準[S].北京:中國建筑工業出版社,2015