经验： 一种高大空间的空调节能设计与实施

   作者：张毅         

1  工程概况

    长沙市地区属典型的丘陵地貌，最明显的气候特征是冬季湿冷夏季闷热，春秋过渡季节特别短，一年中，需要供暖和供冷时间较长，空气含湿量特别高，夏季潮湿闷热，冬季湿冷刺骨。本项目为一学术交流中心，建设地点处在四面环山的丘陵地貌中，大气气流环境闭塞，建筑物地上建筑面积为13937m2，建筑高度为27.00m，地下一层，地上三层。该中心设2237人观众厅及配套用房，舞台下为地下室，主要为台仓、机电设备用房和乐池。

本文重点谈及这一高大空间的冬夏舒适性空调系统的节能设计与实施情况，供类似建筑空间设计参考。建筑物一层平面如图1。

2  基本设计参数和负荷计算

表1为长沙地区室外气象参数。

    该建筑主要用途为某高校重大政治与文化活动的学生集会场所，每学期期中与期末一段时间为集会高峰期，这时正值供暖供冷的高峰期，是最不利天气状况的的涌现期，针对该建筑物座落位置特定的室外相对湿度参数，根据该区域多年的气象资料统计数据，同时参照已有同类功能场馆的使用情况，就本中心的实际使用情况，建设单位和设计师进行了深入沟通，以节能和减少建设投入为主要出发点，确定每次活动人员不超过2237人，活动时间基本能控制在4h以内，结合集群场所人群水气散发量，对环境相对湿度进行了提高修正，修正值确定最不利气候条件下的室外相对湿度为95%，室内最大相对湿度可达98%，校核了空调机组和新风机组的除湿量，以此作为工程设计负荷计算的重要依据，也作为本工程空调设备的选型提供了采信数据。

表2为室内空调设计参数确定值[1~2]。

    按表2室内设计参数要求，大楼夏季空调计算冷负荷共2080kW，冬季空调计算热负荷共1125kW。

3  低成本和节能的空调冷／热源方案的确定

    1)提倡运行节能为主，降低建设成本为辅，鉴于该集会场所属于临时性集散场所，每次集会时间都限制在4h内，采用提前开机，利用建筑物的蓄能的功能，提前开机蓄能来平衡人员进场时瞬时大负荷状况；在选择末端设备时，重点考虑青壮年人员散湿量特别大，空气处理设备须具备加强除湿功能。本项目重点从冬季节能运行着手，冬季除湿采用加大补充室外新风方式，新风设备直接加热室外干冷空气，平衡人员散湿量，防止出现闷热状况，不但减少了冬季除湿设备的投入，而且实现了节能运行。最终确定：按计算负荷2080kW的75%确定为夏季空调冷负荷，制冷设备装机容量为1560kW；按计算负荷1125kW的85%确定为冬季空调热负荷，供热设备装机容量为960kW。

    2)根据确定的冷／热源装机容量，结合工程特点和使用要求，选择两台麦克维尔螺杆式双机头变频主机作为冷源设备，并综合利用学校游泳馆燃气热水锅炉为冬季供热热源，不另配套建制热锅炉房和制热设备，只选择一台水一水板式换热一体化换热机组。通过室外管引至学术交流中心。夏季冷冻水供回水温度为6/12℃，冬季热水供回水温度为60/50℃。采用热水／冷冻水管路异程、共管方式输送，水泵动力循环系统按变流量运行。

    本项目的冷／热源选择，利用了建筑物蓄能的作用，平衡人员进场时瞬时要求的大负荷状况，降低了装机容量，减少机房与设备安装费用，相比满负荷装机和另建机房，降低建设成本近100万元。

4  空调末端工艺节能设计与安装

    本工程除消防控制室和值班室等零散用房设独立分体式空调外，全楼采用空气系统和风机盘管相结合，共采用6台一次回风风柜和4台二次回风风柜，40台风机盘管和2台新风机，末端的灵活配置和合理的气流组织形式是本项目实现建筑节能和减少建设成本，达到舒适性效果的关键所在。基本情况介绍如下：

    1)门厅采用全空气系统，送风结合装修采用顶送及侧送形式。

    2)舞台区域采用全空气系统，按舞台布景工艺要求采用上送上回，冷风柜设于地下室（图2）。

    3)贵宾休息室、办公室、配套用房采用风机盘管加新风系统，便于灵活控制，新风管走廊敷设。

4)观众厅采用座椅下送风与顶送结合形式（图

3)。按观众厅装修标准，层高达24m，二层看台的气流组织采用上送上回形式；一层中厅座椅采用座椅下送侧回形式，中厅共安装有326只座椅专用送风口，四周采用侧送侧回形式，在风管无法达到的位置设计集中回风口，观众厅新风采用上送形式，确保了气流组织均匀无死角。

    空调末端为组合式变频二次回风冷风柜，与新风混合送人室内，设计送风温度200C。

    观众席风速严格控制在0.5m/s以内，下送风座椅风口风速严格控制在0.25m/s，整个大厅无吹风感，舞台风速严格控制在0.3m/s以内，确保幕布与旗帜无扰动；测量噪声值在建筑声学和观众厅噪声标准控制范围内；设备运行的噪声与振动无回声与混响，严格控制其对舞台音响设备造成的共鸣干扰。这种灵活多样，因地制宜的气流组织形式达到了观众厅空间环境，确保了温湿度场均匀，解决了多层观众厅大空间容易形成下冷上热的空气场等诸多问题。

5  动力系统自动监控节能运行设计

    1)冷水机组及热源设备由外网提供，控制系统采用变流量变频运行，并与本工程空调末端联动，空调水系统压力及温度进行控制及调节，完全满足末端系统的负荷需求。

    2)风机盘管均设温控器，三速开关及电动二通阀，可根据室内设定温度自动调节冷冻水流量。电动调节阀与风机连锁，风机停止运行时电动阀关闭，实现运行节能与保护功能。

    3)新风机配温控器及比例调节电动阀，可根据送风温度调节冷冻水流量。新风机人口设防冻开关，与电动密闭风阀连锁，过渡季节全空气系统加大新风量运行。

    4)冷水机组、冷却泵、冷冻水泵、新风机、冷风柜和供热机组全部采用变频控制，可在控制室集中控制，亦可就地控制。每台空调设备均可在控制室显示其运行或故障状态。

6  环保节能设计与实施

    为使空调系统在满足舒适使用的情况下更加满足节能规范的要求，实施的环保节能措施有：

    1)冷水机组选用智能控制，可实现冷量自动调节，调节范围为20%～115%，同时连锁循环泵，根据设定值和负荷状态自动调节。

    2)冷冻水采用6℃供回水温差，冷却水采用7℃供回水温差，减少循环水泵运行能耗的同时，也减小输水管径。空调水系统的输送能效比完全满足了《公共建筑节能设计标准》要求。

    3)观众厅和舞台空调房间设置温湿度控制器，实现节能运行。室内设计参数及新风量标准均满足《公共建筑节能设计标准》。

    4)所选空调设备均采用节能、低噪声设备。风机的单位风量耗功率值、循环水泵最大输送能效比小于规范限值。

    5)空调末端冷热水管利用温度传感器，采用超声波冷热量表计量，数据采集至计量中心主控服务器及数据库统一计量管理，确保系统运行流量均衡节能，消除部分区域过冷过热。

    6)保温材料满足有关规范关于消防方面的要求，采用难燃B级柔性泡沫橡塑保温，导热系数A≤0.03513W/(m-K)(00C)，氧指数≥32，湿阻因子≥7000，表面密度≥40kg/m3。

    7)过渡季节全空气系统加大新风量运行，热湿平 均功能明显，节能效果显著。

    8)空调风管可采用复合风管等新型材料。所有通风空调系统的管道材料、保温材料、消声材料、粘结剂等应满足消防规范要求。

    9)空调设备均设减震措施，制冷机房及空调机房内做吸声墙及天花，风机出人口做消声处理。空调系统噪声及震动控制应满足《民用建筑隔声设计规范》、《城市区域环境噪声标准》。

    10)空气调节风系统的单位风量耗功率满足《公共建筑节能设计标准》( GB50189-2005 )5.3.26条的规定。

    11)建筑物热工设计达到《公共建筑节能设计标准》( GB50189-2005)的要求，严格控制开窗面积，并对内外墙进行保温处理，吊顶保温隔热。

7  结束语

本工程已投入一年多，举行了多次集会，尤其是保障了该校校庆一系列重大集会活动，空调效果良好。本文介绍这一高大空间空调系统工程节能设计成功的实施实例，启示暖通工程设计师，对稳定人群集群高大空间场所空调设计，应重点考虑空调系统气流组织形式、送风形式，保证场馆湿负荷的有效散失与有效利用冬季室外干冷空气平衡热湿负荷的节能设计，并在控制自动化运行管理上采取措施，实现高大空间建筑节能运行与降低建设成本，营造经济节能、舒适环保的空调环境。

摘要：

本文通过介绍一个高大空间空调系统工程节能设计实例，对于稳定人群集群高大空间场所空调设计，应重点考虑空调系统气流组织形式、送风形式与送风速度，保证夏季热湿空气的自然散失与有效利用，冬季热湿空气的节能设计与控制，并在运行管理上采取有效措施，实现高大空间建筑节能，营造经济、舒适、节能、环保的室内空调环境。