寒冷地区某图书馆暖通设计

郭燕飞

(山西经济管理干部学院，山西太原030024)

寒冷地区某图书馆暖通设计

郭燕飞

(山西经济管理干部学院，山西太原030024)

介绍了某图书馆内部暖通设计方案及计算方法，针对寒冷地区层数不多的公共建筑，对其采暖系统的室内参数选择、负荷计算方法、采暖系统形式选择、防排烟系统的设置及节能设计做了分别阐述。

寒冷地区;公共建筑;采暖系统;防排烟系统;节能设计

该图书馆工程为新建建筑，建设地点位于山西省清徐县，其建筑面积14126㎡，建筑高度31.99m，地上七层，功能有报告厅、自习教室、展览厅、阅览室、书库、研究室等;局部为地上一层，功能为中心机房和蓄电池间。清徐县位于山西省晋中地区，北纬37°37'，东经112°20'，海拔773.4米;冬季采暖室外计算干球温度:－10℃，最冷月月平均室外计算相对湿度为51%，日平均温度≤±5℃的天数为141天。按照我国现行的《民用建筑热工设计规范》GB50176—1993，清徐县处于寒冷地区，设计应满足冬季保温，兼顾夏季防热的暖通设计要求。本文将分系统对该图书馆的暖通设计进行分析。

1 采暖系统设计

1.1 热源部分

该建筑工程热源为自建燃气锅炉房，供暖面积为包括图书馆在内的新建校区20多万平方米，经锅炉房内板式换热器换热，室外管网提供热媒供回水温度为75/50℃的低温热水。整个供热系统的定压补水均由锅炉房解决。

1.2 供暖室内空气设计参数

我国现行的《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736—2012中关于供暖室内设计温度是结合了不同地区居民生活习惯，分别对严寒和寒冷地区、夏热冬冷地区主要房间进行规定的，且延续我国供暖系统设计习惯，供暖建筑不做湿度要求［1］。本设计中主要房间采用18℃，次要及辅助房间采用16℃，具体参数见表1。

表1 采暖室内温度参数

1.3 采暖系统形式

我国现行的《公共建筑节能设计标准》GB50189－2005中关于采暖系统形式的选择规定:集中采暖系统在保证能分室(区)进行室温调节，同时考虑实现分区热量计量的灵活性、方便性和可能性可采用以下任一形式的采暖系统:上/下分式垂直双管系统、下分式水平双管系统、上分式垂直单双管、上分式全带跨越管的垂直单管及下分式全带跨越管的水平单管［2］。本设计不存在不同单位使用或分区出售、出租的问题，因此可采用的采暖形式只要可以保证分室进行室温调节即可。当前公共建筑使用最多的系统形式为上供下回垂直单管顺流式系统设置跨越式和三通调节阀，该系统构造简单、造价低廉、水力稳定性好，可以获得较好的供热效果。然而本工程由于各层建筑平面布置均不相同，二层及七层建筑平面轮廓与其它层也不相同，并且展览厅、自习教室、阅览室等大空间主要房间，上供下回的采暖立管会严重影响房间的美观，因此本设计立管采用下分式垂直双管异程式系统(下供下回)，各层采用下分双管同程式散热器系统。下分式异程式系统是我国分户计量实施多年来，单元立管供暖系统中最常见的型式之一。下分式异程式系统并不能简单地看成是由传统的单管供暖系统做90°旋转而得到，二者在设计、使用方式和运行上有很大的差别，尤其是各并联环路之间的压力损失相对差额不大于15%，以保证供暖系统的运行效果，因此应对室内热水供暖系统的设计进行水力平衡计算，并采取措施使压力损失相对差额控制在15%之内。一般可通过三个措施达到各并联环路之间的水力平衡:首先，环路布置应力求均匀对称，环路半径不宜过大，负担的立管数不宜过多;第二，应先调整管径，使并联环路之间压力损失相对差额的计算达到最小，管道的流速应尽力控制在经济流速及经济比摩阻下;第三，当调整管径不能满足要求时，可采取增大末端设备的阻力特性，或者根据供暖系统的形式在立管或支环路上设置静态或自力式控制阀等适用水力平衡装置等措施［3］。本设计依次采用上述三个措施，环路设计见图1，环路半径为53米，负担的8个立管;管道中热媒的最大流速不超过表2;各分支环路供水管上设置手动调节阀，回水管上设压差平衡阀;确保各并联分支环路之间的计算压力损失相对差额不大于15%。

图1 采暖系统轴测图

表2 室内供暖系统管道中热媒的最大流速

1.4 热负荷计算

供暖系统的热负荷是指在某一室外温度tw下，为了达到要求的室内温度tn，供暖系统在单位时间内向建筑物供给的热量。它是供暖设计中最基本的数据，直接影响供暖系统方案的选择、供暖管道管径和散热器等设备的确定、关系到供暖系统的使用和经济效果。本建筑冬季供暖通风系统的热负荷包括以下四部分，计算方法如下:

1.4 .1维护结构的耗热量Q1

Q1=Qj(1+βch+βf+βli+βm)(1+βf·g)(1+ βj)

其中:Q1——考虑各项附加后，某围护的耗热量

Qj——某围护的基本耗热量

βch——朝向修正

βf——风力修正

βli——两面外墙修正

βm——窗墙面积比过大

βfg——房高附加

βj——间歇附加

1.4 .2加热由外门、窗缝隙渗入室内的冷空气耗热量Q2

Q2=0.2cpρ(tn－tw)V

其中:

Q2——通过外门冷风渗透耗热量

cp——室外温度下空气比热容

ρ——室外温度下空气密度

V——渗透空气体积流量

1.4 .3加热由外门进入室内的冷空气耗热量Q3

Q3=Qj×βk

其中:

Q3——通过外门冷风侵入耗热量

Qj——某围护的基本耗热量

βk——外门开启外门开启冲入冷风耗热量附加率

1.4 .4通风耗热量Q4

Q4=0.28cpρ(tn－tw)V

计算方法及各字母含义同Q2。

2 通风及防排烟系统设计

根据《高层民用建筑设计防火规范》GB50045—95(2005版)的要求，本建筑在以下位置处设置机械排风(烟)系统:

①本建筑长度为44m的内走道，竖向设置两套机械排烟系统，排烟风机位于屋顶。火灾时，远程开启着火层走道板式排烟口，同时启动排烟风机进行排烟，自然补风。

②本建筑中庭高度23.7m，体积为5025m3，按6次/h计算，选用风量为34500m3/h的消防高温排烟专用风机，设置于屋顶。火灾时，启动消防高温排烟风机进行排烟，自然补风。

③一层变配电室及中心机房设置七氟丙烷气体灭火系统，分别设置机械排风系统。排风机平时低速间歇排风;着火时，关闭房间内风机和风管上70℃电动防火阀，待气体灭火实施完毕，电控启动防火阀及排风机进行排风，自然补风。

④公共卫生间、放映室、电梯机房分别设置排风系统，换气次数均为10次/h。

3 节能设计

我国目前城镇民用建筑运行耗电占我国总发电量的22%—24%，北方地区城镇供暖消耗的燃煤占我国非发电用煤量的15%—18%。(建筑消耗的能源占全国商品能源的21%—24%。)这些数值都仅为建筑运行所消耗的能源，不包括建筑材料制造用能及建筑施工过程能耗。随着我国城市化程度的不断提高，建筑能耗的比例将继续提高，最终接近发达国家目前33%的水平。我国城镇民用建筑能源消耗可分为如下几类:(a)北方地区供暖能耗约占民用建筑总能耗的56%—58%;(b)除供暖外的住宅能耗(照明、炊事、生活热水、家电、空调)，约占民用建筑总能耗的18%—20%;(c)除供暖外的非住宅民用建筑(办公室、中小商店、学校等)能耗，主要是照明、空调和办公电器，约占民用建筑总能耗的14%—16%;(d)大型公共建筑(高档写字楼、星级酒店、大型购物中小等)能耗，约占民用建筑总能耗的12%—14%［4］。我国建筑节能的重点为:建筑围护结构的节能、建筑供暖系统的节能、灯具和其他电器效率的提高、新建大型公共建筑的节能、既有大型公共建筑的节能改造。其中，前两项的节能贡献大致可达到60%。

本设计的节能设计分为建筑围护结构节能设计和暖通系统节能设计两部分。

3.1 建筑围护结构节能设计

①体形系数为:0.19

各朝向窗墙面积比分别为:南:0.38北:0.35东:0.30西:0.31

②围护结构传热系数:

屋面:0.52W/㎡·K;外墙:0.56 W/㎡·K

外窗:2.70W/㎡·K;阳台板底:0.57 W/㎡·K

③经节能设计热工计算，该工程达到50%的设计标准

3.2 暖通系统节能设计

①每组散热器供水支管上设置两通温控阀，回水管上设置截止阀，保证分室调节室温。

②建筑热力入口采用带热量表的入口装置，热力入口处的水力平衡阀门采用自力式压差控制阀，保证外网管路采用质量调节时，本建筑的流量分配。

③对敷设在地沟内的采暖管道进行保温，以减少热量损失。

④本建筑采用蜂窝状铝膜式排风热回收机组补偿排风热损失。

该图书馆作为新建校区内的标志性建筑，除立面效果外，其内部采暖、通风设计给使用者带来舒适度及安全运转都及其重要。本文针对北方建筑体量不大或层数不高的公共建筑物暖通设计方案及方法进行了系统的分析，供类似建筑暖通设计参考。

［1］中国建筑科学研究院.GB50736－2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2012.

［2］中国建筑科学研究院.中国建筑业协会建筑节能专业委员会.GB50189－2005公共建筑节能设计标准［S］.北京:中国建筑工业出版社，2005.

［3］肖兰生，张瑞芝.热水供暖系统基本形式综述［J］.暖通空调，2009，39(10).

［4］江忆.我国建筑耗能状况及有效的节能途径［J］.暖通空调，2005，35(5).

Heating and Ventilation Design of Some Library in Cold Region

GUO Yan－fei
(Shanxi Economic Management Cadre College，Taiyuan 030024，China)

The paper introduces the heating and ventilation design scheme and computing method of the inside of some library.Itmakes respective expositions of choice of room parameter，load computingmethod and choice of heating system forms of the heating system in public buildingswith few floors in cold region，setting and computing method of smoke control system aswell as energy conservation design.

Cold region;public buildings;heating system;smoke control system;energy conservation design

TU83

B

1673－5382(2014)02－0086－04

(责任编辑 侯中岩)

2014－03－21

郭燕飞(1983－)，女，山西临汾人，山西经济管理干部学院助教，硕士.