遼寧科技館暖通空調設計

萬 陽

（上海建筑設計研究院有限公司，上海 200041）

0 引言

本工程位于遼寧省沈陽市，為遼寧省科學技術館（新館）項目，是融合展示、參與、培訓與實驗、研究與交流、休閑與旅游于一體的大型公益性設施。總建筑面積102508㎡，建筑高度約31.9m。地下1層、地上3層（局部為6層，為教育培訓、辦公、宿舍區域）。

圖1 遼寧科技館Fig.1 Liaoning Science&Technology Museum

地上由門廳、常設展廳、臨時展廳、球幕影院、巨幕影院、教育培訓區域、宿舍區域等組成。地下室由車庫、設備及輔助用房、餐飲、展品庫房、4D影院、動感影院、災難劇場、夢幻劇場等組成。

1 空調負荷

根據業主提供的設計任務書，以及原遼寧省科學技術館（老館）運營經驗數據，通過負荷計算軟件進行空調負荷計算。空調夏季計算總冷負荷為11257kW；冬季計算總熱負荷為17132kW（含用空調方式提供的值班采暖區域熱負荷）。單位建筑面積冷負荷指標為110W/m2；熱負荷指標為167W/m2。其中主要功能區空調負荷指標見表1。

表1 空調負荷指標Tab.1 Air conditioning load index W/m2

2 空調冷熱源

2.1 空調冷源

遼寧科技館主要由若干展廳和多個功能影劇院組成，根據其功能特點、使用特點及空調負荷的分布規律，并結合當地峰谷電價的優惠政策，通過經濟技術比較空調冷源采用冰蓄冷系統＋基載主機的系統形式。冷源設備及其配套水泵等設備設置在地下室機房，冷卻塔設置在屋頂。宿舍區域另設置1臺制冷量為272kW的空氣源冷水機組作為制冷季夜間使用。

圖2 空調冷源冷凍水系統圖Fig.2 Chilled water system

2.1.1 冰蓄冷系統的配置

遼寧科技館空調運行時段8:00～18:00共10h，夏季空調設計日總冷量（8:00～18:00）97372kWh，設計日最大冷負荷在15:00，為11257kW，蓄冰裝置容量22701kWh，蓄冰率23.3%。

采用三臺制冷量為1758kW（制冰工況制冷量為1081kW）的雙工況離心式冷水機組和兩臺制冷量為1758kW的離心式冷水機組、9臺容量為3250kWh的整體式蓄冰槽，組成機載主機加冰蓄冷系統的方式。

本項目的冰蓄冷系統采用的是雙工況制冷機組在系統的上游、冰槽在下游的串聯的方式和融冰優先的運行策略；冰蓄冷的蓄冰裝置采用蛇形盤管的整體式蓄冰槽，容量為部分負荷蓄冰，內融冰；載冷劑采用質量分數為25%的工業抑制性乙烯乙二醇溶液。冰蓄冷系統可實現夜間（22:00～5:00）雙工況制冷機組制冰蓄冷；白天（8:00～18:00）、雙工況制冷機組+蓄冰槽串聯融冰供冷、蓄冰槽單獨融冰供冷、雙工況制冷機組單獨空調供冷等多種運行模式。載冷劑溶液泵設有變頻調速裝置，以滿足不同的運行模式下不同的流量和壓降需求。系統制冰蓄冷時，供、回液溫度為-6.0～-2.91℃；系統空調供冷時，供、回液溫度為11.0～3.66℃。板式換熱器二次側空調供、回水的溫度為6～12℃。

2.1.2 冰蓄冷系統的運行和控制

冰蓄冷系統在設計日的運行情況如圖3所示。

由基載制冷主機+冰蓄冷系統組成的集中冷源可提供蓄冰、串聯融冰供冷、融冰供冷、雙工況主機供冷、基載主機供冷、基載主機供冷+蓄冰、基載主機供冷+串聯融冰供冷、串聯融冰供冷+融冰供冷、串聯融冰供冷+雙工況主機供冷、等9種空調供 冷模式，運行系統圖如圖4所示。

圖3 設計日逐時負荷分配Fig.3 Hourly cooling loads on design day

圖4 運行系統圖Fig.4 Operating system

冰蓄冷系統的控制必須滿足不同空調供冷運行模式的轉換；控制相關設備的啟停和閥門的開關。在保證系統穩定和空調品質的前提下，自動選擇最節能的模式運行。當處于過渡季或者空調的負荷有變化時，蓄冷空調的供冷方式在增加荷載時的前后順序是：儲冰槽進行融冰優先、其次是基載主機提供冷源、接著通過雙工況主機供冷；如果供冷要求逐漸減少，設備需要進行卸載，卸載的順序正好是反過來的。

2.2 空調系統熱源方式

熱源由市政熱力管網通過板式換熱器提供。市政熱力管網供回水溫度110～70℃，供熱季通過板式熱交換器提供65～50℃的空調熱水，設備及其配套水泵等設備設置在地下室。

3 空調水系統

科技館設有不同的功能服務區域，各區域的運營時間不盡相同，且冷熱源中心至各區域的距離也遠近不同。因此，空調冷熱水采用二級泵系統，一級冷凍水泵分別與基載冷水機組、冰蓄冷系統的板式換熱器匹配設置；一級熱水泵分別與板式熱交換器匹配設置，一級泵采用定流量系統。二級泵則分別按展廳區、影劇院區和教育培訓區不同功能區設置系統，二級泵采用變流量系統。系統在制冷季提供6～12℃的冷凍水、供熱季提供65～50℃的熱水。

由于項目處在北方嚴寒地區，水系統的防凍尤為重要，除了設置夜間值班采暖系統外，針對空調水系統防凍設計也采取了一系列措施：熱水泵、采暖水泵提供應急電源，以確保冬季防凍；新風進風口處、排風排出口處均裝設電動密閉風閥與風機聯動啟閉；電動密閉風閥至室外風口的風管需保溫；空調熱水電動閥設置最小開度控制；新風空調機組的新風進風管設置回流旁通措施。

4 空調風系統

4.1 高大空間功能場所

門廳、展示廳、休息廳、講解回廊、報告廳、多功能廳等高大空間功能場所，采用單風管定風量一次回風全空氣低速空調系統，根據建筑布置盡可能采用上送下回或側送下回。部分系統在過渡季采用可調新風比的措施,過渡季利用通過焓值控制程序來控制新回風的比例增加空調的新風量，盡可能利用室外低溫、低焓值的空氣為室內供冷，達到節能的目的。部分區域的新、排風系統設置熱回收裝置，在供冷和供暖季回收部分排風能量，節約能耗。為保證門廳、展廳等大空間空調效果，頂送送風口選用溫控可調型旋流風口，可根據供冷和供暖季送風溫度的變化自動改變送風葉片角度，調節送風射程，達到滿意的送風效果。除采取上述技術措施外，展示廳、講解回廊區沿外墻（窗）設置地板管槽式風機盤管，在空調季承擔部分外圍護結構負荷，在供熱季還作為此區域的值班供暖系統。

4.2 小空間功能場所

工作間、貴賓室、教室、辦公室、會議室、宿舍等小空間用房采用風機盤管加獨立新風系統

4.3 中小型影劇院

遼寧科技館設置不同功能的影劇院，其中中小型影劇院有4D影院、動感影院、災難劇場、夢幻劇場，由于整體空間不大，設計采用單風管定風量一次回風全空氣低速空調系統，上送下回，新風與排風之間設置熱回收裝置，節約能耗。影劇院設備間根據工藝要求設置獨立的通風或空調系統。部分放映設備根據工藝要求設直流空調系統。

4.4 球幕影院

科技館球幕影院位于直徑40m的球形大廳內，影院為嵌套在球形大廳內的一個27m直徑球形影廳。根據建筑空間的特點，球幕影院為一高大空間，為保證位于低區的觀眾區環境舒適，空調風系統采用單風管定風量二次回風全空氣低速空調系統，座椅下送風，上部回風，另新風與排風之間設置全熱回收裝置，節約能耗。

由于有球幕影院空間結構復雜局促，風管布置空間有限，設計中采用了空調、消防主管道（井）合用，通過風閥切換不同運行模式。即影廳空調送風管與消防補風管在地下設備層合用送風主管，送入座位下空腔；影廳空調回風管與消防排煙管合用主管道，當發生火災報警時，關閉空調風閥和機組，聯鎖開啟消防電動風閥和消防風機，自動切換運行模式。

4.5 巨幕影院

巨幕影院為科技館最高大的功能空間，設計采用單風管定風量二次回風全空氣低速空調系統，座椅下送風，上部側回風。這樣既能保證觀眾區環境舒適又節省能耗。

影院放映間根據工藝要求設置獨立的空調系統，（觀眾廳排風經再處理后排入影院設備間（無人）作為直流空調系統的補風。）

5 供暖系統

根據遼寧沈陽的氣候特點，入口門廳、臨時展廳門廳、影院地上及地下門廳、教育培訓入口門廳等高大空間，除設置有空調系統外，另增設輔助地面輻射供暖系統，供暖季提供55～45℃的熱水。

圖5 球幕影院排煙系統圖Fig.5 Smoke exhaust system of dome theater

由于科技館為間歇運營場所，為保證館內各水系統正常運行，防止凍結。夜間全館設置值班供暖系統：入口大廳、臨時展廳門廳、影院地上及地下門廳、教育培訓入口門廳等高大空間，利用輔助地面輻射供暖系統作為值班供暖；影院、劇場、教育培訓區域及宿舍區域等已設置空調系統的區域采用低速運行空調系統或風機盤管系統作為值班采暖。其中外區樓梯間、衛生間、空調機房等有水管通過的區域設置風機盤管系統作為值班供暖；展示廳、講解回廊區主要利用地板管槽式風機盤管作為值班供暖系統，不足時采用低速運行空調系統作為值班采暖；地下室車庫、設備用房、展品庫房等設置專用值班供暖系統。

6 自動控制系統

遼寧科技館空調、通風與供暖系統主要采用集中監控（BAS）控制模式，但同時具備完善的手動操作系統和就地開關。集中監控（BAS）自控系統包括參數檢測、參數與設備狀態顯示、自動調節與控制、工況自動轉換、設備聯鎖與自動保護、能量計量以及中央監控與管理等內容。集中監控使這個大型多功能場館運行節能，管理高效。

7 結語

遼寧科技館（新館）作為大型科普教育設施，體現“人-科技-自然”的主題思想，設計需提供綠色、智能、環保、節能、舒適的休閑空間。為實現上述設計宗旨，本工程暖通設計采用了一系列節能措施：對小時人流量變化幅度大的區域在空調季采用CO2濃度傳感器對空調新風進行調節；過渡季通過焓值控制程序來增加新風供冷；設置全熱熱回收裝置，回收部分排風能量。水系統采用變流量系統，冷水機組采用變頻控制進行能量調節；冰蓄冷系統的“移峰填谷”，提高電廠一次能源利用效率。在滿足系統可靠、靈活，運行管理便捷、高效、節能的基礎上，營造出現代舒適的環境。

[1]胡興邦,朱華,葉水泉,等.儲冷空調系統原理、工程及應用[M].杭州：浙江大學出版社，1997.

[2]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.