某市圖書館中央空調系統設計

陳婷++王艷春++尹新偉++李亞超++胡月龍

摘 要：該圖書館位于句容市，整個圖書館的建筑總面積（地下車庫和頂層不包含在內）為18 309.8 m2，市政無冷熱源配套，建筑區域內無獨立的設備機房。該設計為該市圖書館中央空調系統設計。精確地計算了建筑負荷，對比了兩種設計方案的經濟性，并對所取方案的空調系統進行了生命周期評價，給出了系統運行的資源消耗清單和環境排放清單。

關鍵詞：圖書館空調系統 經濟性分析 生命周期評價

中圖分類號：TU831 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（c）-0121-02

該圖書館位于句容市，面積之大令人驚嘆，光藏書就有50萬冊以上，因為在設計上與文化館相結合，所以，該圖書館不僅有書庫和閱覽室，還配備了展示廳（1 200 m2左右）、排練廳（500 m2）及書法、美術、音樂等各類培訓室，可以同時滿足市民的多種文化需求。

1 工程概況

1.1 建筑信息

整個圖書館的建筑總面積（地下車庫和頂層不包含在內）為18 309.8 m2，市政沒有冷熱源配套，建筑區域內沒有獨立的設備機房。空調建筑占地面積12 080 m2。總層數6層（含頂層），地下1層，各層房間大部分是辦公、研究室、閱覽室等。

1.2 空調設計參數

對于該市的冬夏兩季室外設計參數，通過查閱規范得知[3]：

夏季：日平均氣溫為31.2 ℃，干球溫度為34.8 ℃，濕球溫度為28.1 ℃。

冬季：采暖計算溫度為-1.8 ℃，空調計算溫度-4.1 ℃，通風計算溫度-4.1 ℃。

參照《公共建筑節能設計標準》GB 50189-2005，確定各類型房間的設計參數，如表1所示。

2 負荷計算

設計中的負荷計算，采用天正暖通8.5，計算過程參考文獻[1-4]。

由于該建筑西南方向的墻面窗墻比大，使得室內負荷中由建筑圍護結構的冷負荷占總負荷的比例較大。經過計算得出建筑總冷負荷為1 604 202 W，總熱負荷為818 281.9 W。該設計以冷負荷為準。

3 空調系統方案確定

3.1 該建筑空調系統負荷及運行特點

（1）通過負荷計算，我們得知如下幾點。

①新風熱濕負荷比重占總冷負荷的比例較大。

②夏季冷負荷較大，冬季熱負荷較小。

③新風量大，總冷負荷中，新風冷負荷占39.1%。

④閱覽室、排練室和會議室等都屬于大面積，人員流動量也較大。

（2）運行中的要求和特點如下。

①閱覽室等房間人員流動量和數量變動大，所以，空調系統應具備良好的調節能力才能穩定冷負荷波動。

②同時具備制冷和制熱功能，是對空調系統的基本要求。

3.2 空調系統選擇策略及其可行性方案的比較與評價

優化和提高空調系統的技術方案，我們可通過系統化的技術及經濟分析的方式實現。以下是擬定的兩種空調設計方案，對兩種方案進行比較，擇優而取。

方案一：選取風冷螺桿熱泵機組作為冷熱源，空調系統均采用風機盤管加新風系統。房間內的風機盤管用來負擔圍護結構負荷及室內負荷。新風負荷由新風機組承擔。

方案二：采用多聯機+新風處理機組的系統。室外靈活機置于屋頂或陽臺，房間負荷由室內機承擔，新風負荷由新風處理機承擔。

（1）利用建筑特點比較方案的優缺點。

方案一：安裝復雜，施工周期長。需安裝水泵、集水器和分水器等繁瑣附屬設備，還設置了專門制冷機房，加大了費用。

方案二：安裝方便，施工周期較短。

（2）空調系統的技術經濟評估。

針對上述兩個空調方案，計算出了初投資和運行費用，也進行了技術經濟評價，而由于實際數據不全，此計算均為估算，如表2所示。

4 空調系統生命周期的評價

傳統的空調系統設計方案評價，通常采用的是技術經濟分析，比較重視系統的初投資和運行費用，而對整個生命周期內能源排放對周圍環境的影響考慮不周。以下我們就以上問題提供幾個評價方法。

4.1 空調系統生命周期評價含義

生命周期評價，國際標準化組織（ISO）對此進行定義：是用于評價某一產品或服務相關的環境因素和潛在的環境影響的方法，它通過編制某一系統相關的投入與產出的清單，找出與這些投入與產出有相關的潛在的環境影響，進而對清單和存在的環境影響進行分析以指導產品的開發和應用。因實際數據不全，因此該設計的評價范圍，暫且由機組部分代替。

4.2 調查空調機組的全年的各項能耗

4.2.1 機組運行情況

南京冬冷夏熱，一年內的制冷期為120 d，制熱期為90 d，剩余為過渡期。空調一年的工作天數為180 d。在冬季和夏季，辦公室和研究室的日常運行8 h/d計算，過渡季節不運行。多媒體和電子閱覽室等則日常需運行12 h/d，周末8 h/d。

4.2.2 機組全年運行能耗計算

室內機、室外機和新風處理機是該空調系統電能消耗的主要來源。各機組的電能消耗量可依據各機組的額定功率和運行時間計算得出：室內機總年耗電量為43 776度； 室外機年耗電量為1 016 179.4度，新風處理機的年耗電量為30 240度；冬夏兩季該建筑的空調耗電量合計為1 090 195.4度，折合3 924 703.4 MJ。

4.3 清單分析

參照文獻[5]中的數據，得出我國生產1 MJ電力的能量輸入與輸出。根據計算得出的空調年耗電量1 090 195.4度（3 924 703.4 MJ），進行空調系統全年的能耗清單和排放清單分析。

資源消耗清單如表3所示。環境排放清單如表4所示。

5 結語

滿足室內人員舒適性要求，是該次設計的總體設計理念，提高空調系統運行經濟性的同時，提高空調系統的能源利用率，達到中央空調系統節能運行的目的。

該建筑采用多聯機加新風處理機的空調系統，新風部分的負荷完全由新風處理機承擔，雖然初投資相比傳統空調系統高出了33%，但全年的運行費用卻節省了26%。通過分析該空調生命周期的環境排放得出其所產生的CO2年排放量在1 244 130 kg。

參考文獻

[1] GB 50736-2012，民用采暖通風與空氣調節設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2004.

[2] 住房和城鄉建設部和國家質量監督檢查檢疫總局.GB 50019-2011，民用建筑采暖通風與空氣調節設計規范（征求意見稿）[S].

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

[4] 陸亞俊，馬最良，鄒平華.暖通空調[M].2版.北京：中國建筑工業出版，2010.

[5] 楊建新，徐成.王如松，等.產品生命周期評價方法及應用[M].北京：氣象出版社，2002.