江蘇省園藝博覽會展館暖通空調設計

秦振春 魏 霖 袁小清

（江蘇省城市規劃設計研究院，江蘇 南京 210024）

江蘇省園藝博覽會展館暖通空調設計

秦振春 魏 霖 袁小清

（江蘇省城市規劃設計研究院，江蘇 南京 210024）

介紹了江蘇省園藝博覽會的空調冷熱源、水系統、空調系統、控制系統設計，分析探討了花鳥餐廳大空間玻璃穹頂建筑內如何布置合理的氣流形式避免對生態餐廳中花卉生物的影響、地源熱泵系統冷源的設置及地源熱泵空調系統優化控制以實現地埋管側冬夏熱平衡和系統的節能運行。

展覽館建筑；花鳥餐廳；分層空調；地源熱泵；優化控制

0 引言

江蘇省園藝博覽會園區用地面積137 hm2。主體建筑由主展館、副展館和濱水休閑館組成，三館建筑總面積22 987.6 m2。其中主展館建筑面積7 226.7 m2，共4層，建筑總高度30.37 m，主要建筑功能為展廳；副展館7 453.9 m2，共4層，建筑總高度30.37 m，主要建筑功能為展廳、多功能廳；濱水休閑館8 307 m2，共4層，建筑總高度22.45 m，主要建筑功能為餐廳、包間。三館建筑空調夏季總冷負荷為3 902 kW，冬季總熱負荷為1 910 kW。生活熱水溫度為55 ℃，用水量60 m3/日。三館主體采用“鋼筋混凝土＋鋼結構”混合結構，主展館、副展館屋頂為弧形坡屋面，濱水休閑館主體屋頂為穹頂屋面，如圖1所示。

圖1 三館建筑平面圖

1 室內設計參數

三館建筑室內設計參數如表1所示。

表1 空調室內設計參數表

2 空調冷熱源

三棟建筑空調冷熱源采用地源熱泵機組，集中布置在副展館一層制冷機房內。地源熱泵機組設計選用3臺螺桿式高溫型地源熱泵冷熱水機組，其中1臺為全熱回收型機組，全年制備生活熱水供給濱水休閑館。生活熱水系統常年取用地下熱量，熱水用量較小。空調系統夏季排熱量大于冬季取熱量，本工程選用2臺300 t/h閉式冷卻塔確保對土壤冬季取熱量與夏季排熱量基本能達到平衡。

2.1 制冷機組配置

制冷機房內的機組配置參數如表2所示。

表2 制冷機組配置表

2.2 地埋管

根據本地塊巖土體熱物性測試報告，地埋管系統土壤換熱參數：土壤原始溫度 17.2 ℃，單U管（De32），單井夏季換熱指標45.5 W/m井深，單井冬季換熱指標 32.2 W/m井深。建議設計換熱井深為60 m。經計算，單U管換熱井數為951口。換熱管采用垂直埋管并聯方式連接，每個換熱井采用大致同程的并聯方式直接接至檢查井集分水器。設計按滿足地源熱泵系統冬季最大取熱量確定地埋管換熱器的數量，夏季放熱不足時由閉式冷卻塔作為調峰方式。冷卻塔系統亦可調節地下土壤熱平衡。換熱管井的布置按區域分為3個部分，相應連接成3個系統，如圖2所示。

圖2 地埋管井位布置圖

2.3 空調水系統

冷水機組依靠水路閥門切換冬夏季工況。水泵采用變頻控制，實現在空調部分負荷下線性調節空調水量。系統中設置2臺閉式冷卻塔確保對土壤冬季取熱量與夏季排熱量基本能達到平衡，如圖3所示。

地埋管分3個系統，每個水系統的回水管上安裝靜態平衡閥，確保系統的水力平衡。

空調末端系統冷熱媒的設計參數：冬季供回水溫度為 50 ℃/45 ℃；夏季供回水溫度為 7 ℃/12 ℃風機盤管設恒溫器和動態平衡電動二通閥，空氣處理機組（新風處理機組）設動態平衡電動調節閥和溫控裝置系統。

3 空調系統

3.1 空調形式

3.1.1 主展館、副展館

展廳、多功能廳等大空間區域采用變風量空調機組并配以余熱回收式的轉輪新風換氣機，小會議室、休息室、辦公室及門廳等小空間均采用風機盤管加新風空調系統。

3.1.2 濱水休閑館

餐廳為大空間區域，采用變風量空調機組并配以余熱回收式的轉輪新風換氣機，包間、休息室、備餐室及門廳等小空間均采用風機盤管加新風空調系統。

3.2 氣流組織

主展館、副展館建筑內的展廳和多功能等高大空間采用旋流風口送風的方式。

濱水休閑館建筑內的簡易餐廳采用旋流風口送風。花鳥餐廳，為了體現生態餐廳的特色，玻璃穹頂鋼網架下面將懸掛各種有特色的花卉植物，為了避免送風管道對花卉植物采光和送風氣流對花卉植物生長的影響，花鳥餐廳靠通道的內側采用噴口送風的方式，噴口高度略低于花卉高度，外側玻璃穹頂與餐廳地面交界處附近設置可調百葉風口地面送風的方式，另外由于餐廳頂部為玻璃穹頂，會產生溫室效應，集聚大量的熱量，為此我們在花鳥餐廳輔助用房的平臺上設置排風機，排出花鳥餐廳頂部的余熱。采用這樣的分層送風系統使空調系統與植物花卉互不干擾，如圖4所示。

圖3 地源熱泵水系統流程圖

圖4 花鳥餐廳送風示意圖

4 自動控制

4.1 空調末端自動控制

4.1.1 變風量空氣處理機組（帶余熱回收）

本控制系統風系統調節優先，水系統微調。根據回風溫度信號控制變頻送風機轉速，風量最小值不小于總風量的80%。然后水系統控制比例積分動態流量平衡閥，調節冷/熱水量，使回風溫度保持在所要求的范圍內。過渡季節，電動調節閥1最大開度，旁通閥2打開，回風閥3關閉，電動調節閥與風機連鎖，全新風工況運行，如圖5所示。

4.1.2 變風量空氣處理機組（新風型）

根據送風溫度信號控制電動閥，調節冷/熱水量，使房間溫度保持在所要求的范圍內。裝于冷/熱水進水管上的恒溫器可進行系統冬/夏季節轉換。夏季時，系統供冷水，當送風溫度高于設定值時，電動閥開大，使送風溫度下降；冬季時，系統供熱水，當送風溫度低于設定值時，電動閥開大，使送風溫度上升，如圖6所示。

圖5 變風量空氣處理機組（帶余熱回收）控制原理圖

圖6 變風量空氣處理機組(新風型)控制系統圖

4.1.3 風機盤管

溫控器具有通/斷2個工作位置，溫控器的通斷可控制電動閥的動作，使室內溫度保持在需要的范圍內。溫控器內的三速開關用于手動調節風機的風速。當溫控器內的三速開關置于“關”位置時，風機電路被切斷，同時電動閥必須關閉。如圖7所示。

圖7 風機盤管控制系統圖

4.2 冷熱源自動控制

冷熱源自動控制系統應能實現冷熱源系統的自動監控，確保系統在安全可靠、高效運行的前提下滿足末端用戶供冷（供熱）需求。系統從冷熱源站制冷制熱、生活熱水，用戶側、地源側泵管網穩定輸冷輸熱和末端用戶穩定供冷供熱3個環節進行控制，在滿足用戶需求的前提下，使系統運行于最佳工況，實現經濟運行。

熱回收型地源熱泵冷熱水機組控制：除機組自帶的控制功能外，自控系統應對機組的啟停、進出水溫度及流量、最佳運行工況以及冬夏季接管轉換等進行監控，并對整個系統中的設備在不同的模式下運行的工況進行優化。自控系統對生活熱水箱的進出水溫度、水箱內溫度梯度進行監控。

換熱井水系統控制：共有3組換熱井系統，在系統部分負荷時，關閉部分井水系統及其對應的水泵，控制系統設置自定義、負荷計算2種控制方式。負荷計算方式：根據安裝在總管的供回水溫度傳感器及流量傳感器，自動計算出末端用戶負荷需求，以此確定開啟水泵及換熱井的組數。并自動累積換熱井運行時間，從而確定哪一組開啟與關閉。

設備運行時間控制：各熱泵機組、水泵、冷卻塔、換熱井系統必須注意均衡使用，除盡量均衡同組設備的使用時間外，還需均衡設備的啟動次數，同時避免設備停用過久。

水泵變頻控制：與熱泵機組對應的循環水泵設置變頻控制，根據供回水壓差自動調節水泵轉速，以實現在空調部分負荷下線性調節空調水量，達到節約能源的目的。但水泵流量不能低于熱泵機組的最低限。

冷卻塔控制：冷卻塔系統對土壤源換熱水系統進行冷量補充。控制系統根據自動計量的冬夏季冷熱量進行計算，自動開啟冷卻塔進行冷量補充，以達到全年系統冷熱量平衡。夏季工況時，當室外溫度濕球溫度較低，有利于冷卻塔換熱時，優先啟動冷卻塔系統，開啟冷卻塔閥門，關閉相應組數地源換熱井。天氣炎熱時，地源側優先啟動。整個過程記錄地源側、空調側冷熱量交換量，通過上述原則，平衡冬夏季換熱量。

5 結語

本項目中采用的地源熱泵系統，如何通過自控控制系統達到地源熱泵的節能運行目的且實現地埋管側冬夏季熱平衡尤其重要。對于高大空間、有特殊要求建筑內如何實現空調系統與建筑內部有機融合且滿足空調系統舒適、節能的要求以及過渡季節采用全新風節能運行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：對地源熱泵系統地源側及用戶側運行溫度、能耗等數據進行自動監測，優化了系統控制；帶熱回收的空氣處理機組過渡季節直接引入室外空氣全新風運行；配合室內裝飾的要求合理布置好空調氣流組織，使空調系統與室內裝飾有機融合。通過這些手段使空調系統在滿足室內所需溫度、濕度等要求的前提下，為我們提供舒適的室內環境，且達到整個空調系統安全、節能運行的目的。

[1] GB50736—2012 民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范

[2] GB50366—2005（2009年版） 地源熱泵系統工程技術規范

[3]建設部工程質量安全監督與行業發展司，中國建筑標準設計研究院編.全國民用建筑工程設計技術措施節能專篇：暖通空調·動力.中國計劃出版社，2007

2014-07-09

秦振春（1981—），男，江蘇高郵人，碩士研究生，工程師，研究方向：中央空調設計與優化。