淺談數字化建筑暖通空調系統探討

趙昌新　劉潤宇

摘要：本文以某學院圖書館工程為實例，介紹了數字化建筑暖通空調系統的設計。根據各區域不同的使用要求，書庫、檔案庫采用熱泵式熱回收型溶液全空氣機組，學術報告廳及圖書館社科文獻閱覽大廳采用組合式空氣處理機組，閱覽室、辦公室采用水冷機組。

關鍵詞：數字化；圖書館；全空氣；地下庫房

中圖分類號：TU83 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）05—130—03

前言

隨著科技不斷進步，我們的生活也在不斷地發生變化。數字技術的高速發展，當下我們已經習慣使用手機、電腦等電子設備。不僅如此，數字技術的應用已經擴展到社會的各處，建筑領域當然也不例外，如何設計出實用、合理的“數字化”建筑，是當今設計的一個重要主題，也是一道難題。

本文結合曾經設計過的某院校數字化圖書館，從以下幾點介紹本建筑中空調系統設計：室內設計參數；供暖系統設計；空調系統設計；模塊化螺桿式冷水機組在該工程中的應用；大空間區域空調系統設計。

1工程概況

該工程位于北京市，主要功能為圖書館、多功能學術報告廳、綜合檔案館。總建筑面積18322.98 m²，其中圖書館13394.26m²，檔案館1344.42 m²，多功能學術報告廳3584.3。建筑層數、高度為地下1層，地下室層高3.9＼4.925.5m；地上6層，其中一層7.5＼8.1m，二層525.6 m，三至四層為4.5＼13.2 m，五層為4.2m：建筑總高31.7m（屋頂結構板頂）。

2室內設計參數

室內設計參數除按照GB50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》及GB50189-2005《公共建筑節能設計標準》以外，還根據甲方提出要求取值，甲方提出要求：借閱區的溫度不宜低于5℃和高于30℃，相對濕度不宜小于40%和大于65%；儲存庫溫度應保持在12～24℃之間，日較差不應大于2℃，相對濕度應為45%～60%，日較差不應大于10%。最終取值如下：

3供暖系統設計

為滿足舒適和美觀要求，一層圖書館門廳、展廳及報告廳前廳設置低溫地板輻射采暖系統，供回水溫度60/50℃。每組分集水器均設置恒溫控制閥，根據房間溫控器調節室內溫度。

其他房間均設置鋼管三柱型散熱器，每組散熱器設置恒溫閥。因考慮到幕墻情況，外墻被豎向幕墻分割開，設置立管較為不便，故采用水平跨越式系統。

4空調系統設計

4.1空調系統設計

（1）地下書庫和檔案庫及地上報告廳、社科文獻閱覽大廳設全空氣系統，將新風與回風經組合式空調機組集中處理后送入房間，房間的溫濕度集中控制。

（2）其它房間設風機盤管加新風系統，滿足舒適性要求。

4.2模塊化螺桿式冷水機組在該工程中的應用

根據該建筑如下特點，進行系統選用：報告廳全年使用頻率不高，圖書館、閱覽大廳寒暑假基本不使用，只有辦公及書庫需滿足全年使用要求。即空調系統長期處于部分負荷運行。而模塊化冷水機組的主要特點是可以根據負荷需要選擇模塊單元的規格和數量進行組合，使機組的負荷與實際需要得到最佳配合。而且，模塊化冷水機組還具有部分負荷下的效率優勢，可以有效地節省機組全年的運行能耗。故該工程采用五臺MSCW485（V）模塊化螺桿式冷水機組組合，單臺制冷量QL=484KW。選用四臺低噪音型CTA-560UFW冷卻塔模塊組合與之配套。夏季根據使用情況，開啟相應數量機組及冷卻塔。

4.3 HVA-SR熱泵式熱回收型溶液全空氣機組在書庫及檔案庫中的應用：

書庫及檔案庫設在地下一層，且無窗井，為封閉空間。地下建筑地溫的變化既受氣溫的影響，又受埋深的影響。地溫隨著深度的增加而衰減和延遲，到達一定深度后，則為一個常數。而且地下建筑均不記太陽輻射熱，因此，地下建筑的圍護結構冷熱負荷均比地面建筑少。但是由于地下建筑圍護結構表面散濕，又不受太陽照射影響，因此相對地面建筑較為潮濕。在夏季，地下室內溫度比室外空氣溫度低，室外空氣進入地下建筑后，溫度下降，相對濕度升高，當壁面溫度低于露點時，即出現凝結水。致使地下建筑夏季潮濕問題更為突出。地下建筑濕源大體包括以下幾項：施工水、裂隙水、壁面散濕、空氣帶入的水分、人員散濕、工藝散濕等。本工程建筑專業對地下防水做法及施工提出要求，且地下書庫及檔案庫無工藝散濕，因此本專業主要考慮壁面散濕、空氣帶入水分及人員散濕。經甲方提供使用情況，庫房區人員進入較少，人員散濕可以忽略不計。書庫及檔案庫對環境要求嚴格，以防止圖書及檔案潮濕、霉變。北京地區夏季溫度高濕度大，冬季干燥，濕度低。

綜上考慮，選用熱泵式熱回收型全空氣機組，滿足基本人員使用下，控制新風量，防止帶入過多濕氣。該機組適用條件為：（1）.適用于全空氣系統，圍護結構密閉性好的建筑；（2）.室內排風可利用，且排風量>70%新風量；（3）.應用環境：-5℃≤室外新風溫度<36℃。經計算，檔案庫區選用一臺HVA-SR-12-EP-3.6送風量范圍7200—12000m³；新風量范圍2400-4000m³/h；制冷量104kw：除濕量77kg/h；制熱量112kw；加濕量29kg/h。書庫區選用一臺HVA-SR-12-EP-3.0送風量范圍6000-10000mVh；新風量范圍1 800-3000m³/h；制冷量87kw：除濕量64kg/h；制熱量93kw；加濕量24kg/h。由制冷機房及熱交換問提供冷熱水，夏季降溫除濕，冬季加熱加濕。另要求電氣專業預留移動除濕機插座，防止極端天氣機組運行效率過低，達不到環境要求。

4.4大空間區域空調系統設計

學術報告廳及圖書館社科文獻閱覽大廳跨度為28×31m，層高分別為13.1及13.5米，是典型的高大空間。

（1）學術報告廳也用為禮堂，分為舞臺和觀眾廳兩部分，輔助用房設在觀眾廳局部二層部分的一層。整體為封閉式建筑，無外窗外門。

觀演建筑的觀眾廳作為主要的使用部分，設計要求高，空間完整封閉，一般不使用自然通風系統，現多采用下送風方式的空調控制系統。觀眾廳的氣流組織形式有：頂棚上送風下回風、上部噴口送風下回風、下送風上回風（置換通風方式）。考慮到影劇院類建筑通常具有面積大、頂棚高、人員集中等特點，因節能以及舒適性的要求，置換通風方式在觀演建筑觀眾廳中得到了廣泛的應用。往往在座椅部位或壁面下部設置進風口，觀眾廳上部設置出風口。國家大劇院采用的就是座椅下送風方式。這種送風方式避免了將燈光和屋頂負荷的對流部分帶入空調區域，可使送風量大大減少，從而節省了設備運行和投資費用。但下送風風口形式復雜、數量多，難以運行管理，目前這種送風方式大多應用在影劇院和體育館等高大空間建筑。本工程考慮到（1）土建部分的初投資和施工難度，（2）地下建筑為設備機房、書庫及檔案庫設備管道已錯綜復雜，若設下送風，增加地下建筑風管，（3）使用運行管理難度；學術報告廳的觀眾席采用上部噴口送風下回風的方式。

觀演建筑中的舞臺也屬于高大空間，它是觀演建筑中另一重要而必備的場所，是“演”所必不可少的空間。舞臺因為機械設備等的要求其平面尺寸雖然相對觀眾廳來講較小，但空間高度往往比觀眾廳高很多，是典型的高大空間。本工程考慮到（1）舞臺機械設備多，頂部不適合走風管；（2）主要保證對象為下部舞臺表演人員；（3）標高8m處設有鋼結構馬道；采用分設兩層風機盤管的空調方式，馬道下部設一層，馬道頂部設一層，均貼墻面。在不影響舞臺設備的布置的情況下滿足使用要求。

（2）社科文獻閱覽大廳地面標高13.1m，下部為觀眾廳，上部為屋面，屋面標高26.6m。南北方向于17.6m標高處分為局部二層。空調采用側送下回的氣流方式，送風管由豎向風道在南北局部二層處，分兩層設置，24.4m標高設一層，設噴口南北對吹；16.15m標高設一層，設噴口南北對吹。地面結合裝飾墻做靜壓箱，設回風口回風，由豎向風道回到機組。機組放置于屋頂空調機房內。

在設計上，大空間空調送風噴口均選用溫控型噴口。可根據送風工況（冷，熱）的不同，通過調節送風偏角，夏季送冷風工況可將送風口旋轉角向上調節，冬季送熱風工況將送風口旋轉角向下調節。

5結語

作為“數字化”建筑，本工程雖為圖書館，但實際內部使用功能較多，綜合性較強。各功能區域環境要求、空間結構及使用情況各不相同，作為暖通專業在設計上除了要根據各區域使用環境要求進行系統設計外，還需綜合考慮實際運行情況，合理劃分系統、選用設備，達到運行節能、便于管理的目的。