臨沂市民中心暖通空調系統設計及改進

阮秀英

上海同大規劃建筑設計有限公司

1 工程概況

臨沂市民中心項目位于臨沂市北城新區北京路中段南側，蘭亭巷北，府前路東，算圣路西，基地西面為五洲湖，西北角鄰市府大樓。

整個建筑為一棟東西向長193.5 9m；南北向進深80.40 m的矩形建筑。大樓西側為地上六層；東側為疊落式，七到十八層，每四層一跌落。地下一層，局部有夾層。建筑的總建筑面積為16萬m2，建筑的總高度為83.1 m，其中地上建筑面積11萬m2，地下建筑面積：4.5萬m2。基地內的主體建筑為一棟6～18層的高層公共建筑，并附帶有一個局部為二層的地下室。

高層公共建筑主要功能為市民服務中心和行政服務的辦事機構，地下室主要功能為小汽車停車庫和職工餐廳、電影院及設備房。

2 通風空調冷熱源系統的特點

2.1 空調冷熱源系統設計

本工程有舒適性要求的空間，設置冷暖中央空調系統。根據建筑物的平面布局、功能特點和業主要求，1～6層裙房空調系統冷暖主機形式采取如下方案：

中央空調冷、熱源，采用2臺650RT的水冷離心式冷水機組，置于地下空調冷熱源主機房內，和2臺293RT風冷熱泵式冷水機，置于西六層屋面上，提供室內夏季空調系統所需的冷凍水（7/12 ℃）；冬季空調系統所需的暖水（60/45 ℃），由城市集中供熱網提供熱源經換熱器轉換（市政熱源供回水溫度為80/60 ℃），空調冷熱源主機房內設有2臺4900 kW的熱交換機組。

空調水系統側采用兩管制一次泵變流量系統。

空調機組冷熱源側采用冷水機組臺數控制和二通電動閥壓差旁通，空調熱源的換熱系統設置氣候補償器。

冷、熱源主機，結合冷（暖）循環水泵、冷卻水泵、冷卻塔、閉式膨脹水罐、電子式水處理器、電磁式流量計、壓力表、溫度計、各供（回）水支管、平衡溫控閥門及末端空調設備等，構成了完整的中央空調系統。

7～18 層塔樓采用直接蒸發式變冷媒空調系統。值班室、消防監控室、電梯機房等，采用直接蒸發式變冷媒空調系統或獨立的單元式空調機。

2.2 室內空調末端系統設計

本工程設計的中央空調系統部分，在空調冷（暖）媒介為冷（暖）水的前提下，室內空調末端設備根據不同的場合采用不同的形式。

大型公共空間，采用集中式全空氣空調系統，設有空調機房，由集中的空調箱、送（回）風管、新（排）風管和散布的各種風口配件等組成；空調氣流形式采用頂送散流器送風口，回風口集中設在空調機房側墻面上，加上外墻防水新風口和室內百葉排風口，構成完整的公共空間氣流組織形態。

小型單獨的空間，采用半集中式空調系統，各層分別設有集中的新風空調機組及新風空調系統，分室設置變風量空調器或風機盤管，并設有新風風管和各種風口配件等；采用平頂門鉸百葉濾網回風口和散流器等，構成各自空間的氣流組織形態。

2.3 空調控制方式

本大樓設置樓宇自控系統（BAS），統籌控制空調系統設備的啟停和運轉情況。采用分散控制，集中中央監視方式（用中央監視盤進行啟停·監視·計測·設定變更等操作）為提高運轉效率，采用DDC（直接數據控制）方式對各空調設備進行自動控制管理。空調機組可根據負荷變化自動調節供冷（暖）量，空調末端設備可以由溫控器調節冷量的需要，從而節約能量。集中式中央空調系統可采用全新風運行，以利用自然能源。

3 通風空調系統設計過程中遇到的問題總結及改進

3.1 冷熱源系統選擇問題

在方案階段，1～6層裙房空調系統冷暖主機形式剛開始采取如下方案：

中央空調冷源，方案一：采用4臺500RT的水冷離心式冷水機組，置于地下空調冷熱源主機房內，提供室內夏季空調系統所需的冷凍水（7/12℃）；7～18層也采用水冷離心式冷水機組和1～6層的合用冷熱源系統。但是甲方考慮7～18層的用途為出租，考慮能源計量的方便，7～18層的冷熱源就采用了多聯機系統加新風系統；方案二：采用2臺293RT風冷熱泵機組和2臺650RT的水冷離心式冷水機組。由于甲方強烈提出臨沂春秋供暖問題和4～6層特定區域員工加班時需要制冷問題，采用2臺293RT風冷熱泵機組解決過渡季供暖問題和4～6層特定區域員工加班時需要制冷問題，又能滿足通過臺數調節冷量的節能。

在這里特別提出春秋季節集中供暖停止后滿足人們的舒適性所需的熱負荷的計算問題，由于常規的負荷計算軟件只能計算室外計算溫度下的供暖熱負荷，而不能計算春秋季節的供暖熱負荷，所以這里采用了估算的方式進行計算。具體參考文獻[1]去掉供暖期的日干球溫度，剩下的日干球溫度從小到大排序，根據民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范4.1.2條供暖室外計算溫度應采用歷年平均不保證5天的日平均溫度，得出去掉供暖期后的室外計算溫度11.2 ℃，具體計算可以參考文獻 [2]經簡單的比值關系可以得出(18-11.2)/(18+4.7)×6638=2000 kW。

1～6 層冬季空調系統所需的暖水（60/45 ℃），由城市集中供熱網提供熱源經換熱器轉換（市政熱源供回水溫度為80/60 ℃），空調冷熱源主機房內設有2臺4900 kW的熱交換機組。

3.2 氣候補償器的設置問題

初步設計審圖意見中提出空調熱源的換熱系統應設置氣候補償器。這個問題的提出是為了解決熱源出力與末端熱負荷之間不平衡的問題，是實現建筑供暖大幅度節能并提高室內供暖質量的關鍵所在。氣候補償器是一種調節熱源出力與供暖用戶負荷之間供需平衡的設備。就此問題查閱關于氣候補償器的資料，根據文獻[3]發現氣候補償器實際運行效果并不明顯，針對氣候補償器的控制目標和實際運行中存在的問題，一是通過控制電動調節閥來調節旁通水量，并且通過增大旁通管的管徑（適當降低旁通管阻抗）增大可以調節的旁通水量范圍。二是對于間供系統，根據二次側供水溫度與計算溫度的比較情況，調節鍋爐運行狀態，將二次側供水溫度控制在計算溫度允許范圍之內。三是用動態的溫度響應函數確定系統的計算溫度，并進一步研究不同系統溫度響應函數的具體形式。具體氣候補償器在系統圖中的設置詳見圖1，如下。

圖1 氣候補償器在系統圖中的設置

3.3 末端形式的調整問題

剛接受項目的時候，工程設計周期很短，大概只有兩個月，況且排煙井和正壓風井還沒有跟建筑專業配合，考慮中庭和東邊廳是兩層挑空，無法像其他房間采用風機盤管加新風系統，采用了全空氣系統，檔案室采用了全空氣系統。體量大，人流量大，新風量大，冷量大，是這個項目的特點，當初的設計意圖是考慮排風熱回收，由于市甲方對外立面的要求比較高，立面上不允許開百葉風口，所以新風和排煙都必須通過豎井，考慮到再加排風豎井，都在空調機房內布置有困難，因此沒有考慮排風和熱回收，也是做這個項目時間倉促和考慮不周全的地方。另外新風井的風速不宜大于5 m/s，也應該特別注意，這樣新風井的截面積比較大，和建筑專業配合時要盡早提出來。

3.4 地下室食堂空調設計的改進

地下餐廳面積有3600 m2，冷負荷636 kW，采用風機盤管加新風系統，餐廳的人員密度采用0.22人/m2，新風量為2400 m3/h。考慮到地下室沒有窗，不能通過窗進行排風，所以周邊小的餐廳設置了排氣扇把污濁的空氣排到大餐廳，在大餐廳里設置了排風系統，把污濁空氣排到下沉廣場，在此需注意排風口與新風口的水平距離大于10 m或者高差大于3 m。

3.5 防排煙系統設置的改進

通過排煙井進行排煙，每層有四個防火分區，每個防火分區南北各布置一個空調機房，空調機房內側上布置了排煙井，強電井，這樣布置建筑上把設備井道集中布置了，使得建筑面積的使用率高，但是這樣給設備專業特別是暖通專業增大了布管難度，一層有全空氣系統的送回風管跟排煙管的交叉問題，再加上跟電氣橋架的交叉問題，使得現場施工時后續問題特別多。做設計時，布置管道時，也盡量考慮三種方案，比較哪一種管道走向比較好，加上設計周期很緊，有時間靜下來認真總結時，感覺還是有很多不足的地方。另外排煙風管管徑和風口進行放大，防止屋面排煙風機的風量為60000 m3/h的風井，一個排煙風機所帶的防煙分區面積相差比較大，使得每個防煙分區的排煙量相差比較大，即使屋面排煙風機通風旁通風管調節風量，末端風管管徑和風口的風速也超過規范20 m/s和10 m/s的限制，所以末端排煙風管管徑和風口進行了放大，具體詳見圖2。

圖2 末端排煙風管管徑和風口進行放大

地下室車庫排風兼排煙風管阻力是通過系統最不利環路的阻力估算的，對于絕大部分空調通風風管系統，都可以用式（1）估算，但是針對排煙系統的特點，風管內空氣流速大引起動壓過大的原因，仍然采用（1）式勢必引起較大的誤差，根據參考文獻[4]排煙系統總阻力計算采用式（2）。選擇常做的地下車庫排風兼排煙的系統計算做對比，后者稍大，相對誤差小于15%。根據以上結論，本次地下車庫排風兼排煙的初步設計階段風管阻力計算采用式（2）計算。將排煙風管的風速盡量控制在15 m/s以下，由于部分地下室層高為5 m，層高比較高，導致排煙量比較大，管道阻力比較大，阻力大多選了800 Pa左右。

式中：△P為風管阻力，Pa；R為單位長度風管摩擦阻力損失，Pa/m；L為風管總長度，m；K為整個管網局部阻力和沿程阻力的比值。

3.6 檔案室空調通風系統設置

在二層和三層分別設置了面積為687 m2和415 m2兩個檔案室，初步設計送風量按照6次/h換氣次數，檔案室面積被書庫的占有率為40%計算，送風量分別為15000 m3/h和8000 m3/h，考慮到檔案室人員比較少，新風按照10%的比例選取。針對檔案室的空調系統較常規空調系統的特殊性，設置為恒溫恒濕全空氣空調系統，考慮到考慮到過渡季節通風，在送風管道上設置了管道式除濕機，以滿足檔案室對溫度的恒溫恒濕的要求。另外還需注意的是既然考慮了過渡季節的通風問題，應該加大空調機組的新風風管和新風百葉風口的面積。

4 結論

1）冷熱源的選擇以及冷水機組和風冷熱泵機組冷量的搭配，解決了春秋供暖期開始前和停止后的供暖問題，還解決了制冷期間四至六層B區的出租辦公室晚上加班時間的制冷問題。避免了小冷量的使用開啟制冷量大的機組，達到節能的目的。

2）氣候補償器的設置通過控制電動調節閥來調節旁通水量，并且通過增大旁通管的管徑（適當降低旁通管阻抗）增大可以調節的旁通水量范圍。

3）排煙末端排煙風管管徑和風口進行了放大和排煙風管的阻力計算改進，是設計過程中的改進，更有利于排煙系統的運行實際，是今后設計中應該注意的地方。