江苏省园艺博览会展馆暖通空调设计

秦振春 魏 霖 袁小清

（江苏省城市规划设计研究院，江苏 南京 210024）

江苏省园艺博览会展馆暖通空调设计

秦振春 魏 霖 袁小清

（江苏省城市规划设计研究院，江苏 南京 210024）

介绍了江苏省园艺博览会的空调冷热源、水系统、空调系统、控制系统设计，分析探讨了花鸟餐厅大空间玻璃穹顶建筑内如何布置合理的气流形式避免对生态餐厅中花卉生物的影响、地源热泵系统冷源的设置及地源热泵空调系统优化控制以实现地埋管侧冬夏热平衡和系统的节能运行。

展览馆建筑；花鸟餐厅；分层空调；地源热泵；优化控制

0 引言

江苏省园艺博览会园区用地面积137 hm2。主体建筑由主展馆、副展馆和滨水休闲馆组成，三馆建筑总面积22 987.6 m2。其中主展馆建筑面积7 226.7 m2，共4层，建筑总高度30.37 m，主要建筑功能为展厅；副展馆7 453.9 m2，共4层，建筑总高度30.37 m，主要建筑功能为展厅、多功能厅；滨水休闲馆8 307 m2，共4层，建筑总高度22.45 m，主要建筑功能为餐厅、包间。三馆建筑空调夏季总冷负荷为3 902 kW，冬季总热负荷为1 910 kW。生活热水温度为55 ℃，用水量60 m3/日。三馆主体采用“钢筋混凝土＋钢结构”混合结构，主展馆、副展馆屋顶为弧形坡屋面，滨水休闲馆主体屋顶为穹顶屋面，如图1所示。

图1 三馆建筑平面图

1 室内设计参数

三馆建筑室内设计参数如表1所示。

表1 空调室内设计参数表

2 空调冷热源

三栋建筑空调冷热源采用地源热泵机组，集中布置在副展馆一层制冷机房内。地源热泵机组设计选用3台螺杆式高温型地源热泵冷热水机组，其中1台为全热回收型机组，全年制备生活热水供给滨水休闲馆。生活热水系统常年取用地下热量，热水用量较小。空调系统夏季排热量大于冬季取热量，本工程选用2台300 t/h闭式冷却塔确保对土壤冬季取热量与夏季排热量基本能达到平衡。

2.1 制冷机组配置

制冷机房内的机组配置参数如表2所示。

表2 制冷机组配置表

2.2 地埋管

根据本地块岩土体热物性测试报告，地埋管系统土壤换热参数：土壤原始温度 17.2 ℃，单U管（De32），单井夏季换热指标45.5 W/m井深，单井冬季换热指标 32.2 W/m井深。建议设计换热井深为60 m。经计算，单U管换热井数为951口。换热管采用垂直埋管并联方式连接，每个换热井采用大致同程的并联方式直接接至检查井集分水器。设计按满足地源热泵系统冬季最大取热量确定地埋管换热器的数量，夏季放热不足时由闭式冷却塔作为调峰方式。冷却塔系统亦可调节地下土壤热平衡。换热管井的布置按区域分为3个部分，相应连接成3个系统，如图2所示。

图2 地埋管井位布置图

2.3 空调水系统

冷水机组依靠水路阀门切换冬夏季工况。水泵采用变频控制，实现在空调部分负荷下线性调节空调水量。系统中设置2台闭式冷却塔确保对土壤冬季取热量与夏季排热量基本能达到平衡，如图3所示。

地埋管分3个系统，每个水系统的回水管上安装静态平衡阀，确保系统的水力平衡。

空调末端系统冷热媒的设计参数：冬季供回水温度为 50 ℃/45 ℃；夏季供回水温度为 7 ℃/12 ℃风机盘管设恒温器和动态平衡电动二通阀，空气处理机组（新风处理机组）设动态平衡电动调节阀和温控装置系统。

3 空调系统

3.1 空调形式

3.1.1 主展馆、副展馆

展厅、多功能厅等大空间区域采用变风量空调机组并配以余热回收式的转轮新风换气机，小会议室、休息室、办公室及门厅等小空间均采用风机盘管加新风空调系统。

3.1.2 滨水休闲馆

餐厅为大空间区域，采用变风量空调机组并配以余热回收式的转轮新风换气机，包间、休息室、备餐室及门厅等小空间均采用风机盘管加新风空调系统。

3.2 气流组织

主展馆、副展馆建筑内的展厅和多功能等高大空间采用旋流风口送风的方式。

滨水休闲馆建筑内的简易餐厅采用旋流风口送风。花鸟餐厅，为了体现生态餐厅的特色，玻璃穹顶钢网架下面将悬挂各种有特色的花卉植物，为了避免送风管道对花卉植物采光和送风气流对花卉植物生长的影响，花鸟餐厅靠通道的内侧采用喷口送风的方式，喷口高度略低于花卉高度，外侧玻璃穹顶与餐厅地面交界处附近设置可调百叶风口地面送风的方式，另外由于餐厅顶部为玻璃穹顶，会产生温室效应，集聚大量的热量，为此我们在花鸟餐厅辅助用房的平台上设置排风机，排出花鸟餐厅顶部的余热。采用这样的分层送风系统使空调系统与植物花卉互不干扰，如图4所示。

图3 地源热泵水系统流程图

图4 花鸟餐厅送风示意图

4 自动控制

4.1 空调末端自动控制

4.1.1 变风量空气处理机组（带余热回收）

本控制系统风系统调节优先，水系统微调。根据回风温度信号控制变频送风机转速，风量最小值不小于总风量的80%。然后水系统控制比例积分动态流量平衡阀，调节冷/热水量，使回风温度保持在所要求的范围内。过渡季节，电动调节阀1最大开度，旁通阀2打开，回风阀3关闭，电动调节阀与风机连锁，全新风工况运行，如图5所示。

4.1.2 变风量空气处理机组（新风型）

根据送风温度信号控制电动阀，调节冷/热水量，使房间温度保持在所要求的范围内。装于冷/热水进水管上的恒温器可进行系统冬/夏季节转换。夏季时，系统供冷水，当送风温度高于设定值时，电动阀开大，使送风温度下降；冬季时，系统供热水，当送风温度低于设定值时，电动阀开大，使送风温度上升，如图6所示。

图5 变风量空气处理机组（带余热回收）控制原理图

图6 变风量空气处理机组(新风型)控制系统图

4.1.3 风机盘管

温控器具有通/断2个工作位置，温控器的通断可控制电动阀的动作，使室内温度保持在需要的范围内。温控器内的三速开关用于手动调节风机的风速。当温控器内的三速开关置于“关”位置时，风机电路被切断，同时电动阀必须关闭。如图7所示。

图7 风机盘管控制系统图

4.2 冷热源自动控制

冷热源自动控制系统应能实现冷热源系统的自动监控，确保系统在安全可靠、高效运行的前提下满足末端用户供冷（供热）需求。系统从冷热源站制冷制热、生活热水，用户侧、地源侧泵管网稳定输冷输热和末端用户稳定供冷供热3个环节进行控制，在满足用户需求的前提下，使系统运行于最佳工况，实现经济运行。

热回收型地源热泵冷热水机组控制：除机组自带的控制功能外，自控系统应对机组的启停、进出水温度及流量、最佳运行工况以及冬夏季接管转换等进行监控，并对整个系统中的设备在不同的模式下运行的工况进行优化。自控系统对生活热水箱的进出水温度、水箱内温度梯度进行监控。

换热井水系统控制：共有3组换热井系统，在系统部分负荷时，关闭部分井水系统及其对应的水泵，控制系统设置自定义、负荷计算2种控制方式。负荷计算方式：根据安装在总管的供回水温度传感器及流量传感器，自动计算出末端用户负荷需求，以此确定开启水泵及换热井的组数。并自动累积换热井运行时间，从而确定哪一组开启与关闭。

设备运行时间控制：各热泵机组、水泵、冷却塔、换热井系统必须注意均衡使用，除尽量均衡同组设备的使用时间外，还需均衡设备的启动次数，同时避免设备停用过久。

水泵变频控制：与热泵机组对应的循环水泵设置变频控制，根据供回水压差自动调节水泵转速，以实现在空调部分负荷下线性调节空调水量，达到节约能源的目的。但水泵流量不能低于热泵机组的最低限。

冷却塔控制：冷却塔系统对土壤源换热水系统进行冷量补充。控制系统根据自动计量的冬夏季冷热量进行计算，自动开启冷却塔进行冷量补充，以达到全年系统冷热量平衡。夏季工况时，当室外温度湿球温度较低，有利于冷却塔换热时，优先启动冷却塔系统，开启冷却塔阀门，关闭相应组数地源换热井。天气炎热时，地源侧优先启动。整个过程记录地源侧、空调侧冷热量交换量，通过上述原则，平衡冬夏季换热量。

5 结语

本项目中采用的地源热泵系统，如何通过自控控制系统达到地源热泵的节能运行目的且实现地埋管侧冬夏季热平衡尤其重要。对于高大空间、有特殊要求建筑内如何实现空调系统与建筑内部有机融合且满足空调系统舒适、节能的要求以及过渡季节采用全新风节能运行是我们设计中需要考虑的问题。为了实现以上目的，我们在设计中采用了包括：对地源热泵系统地源侧及用户侧运行温度、能耗等数据进行自动监测，优化了系统控制；带热回收的空气处理机组过渡季节直接引入室外空气全新风运行；配合室内装饰的要求合理布置好空调气流组织，使空调系统与室内装饰有机融合。通过这些手段使空调系统在满足室内所需温度、湿度等要求的前提下，为我们提供舒适的室内环境，且达到整个空调系统安全、节能运行的目的。

[1] GB50736—2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范

[2] GB50366—2005（2009年版） 地源热泵系统工程技术规范

[3]建设部工程质量安全监督与行业发展司，中国建筑标准设计研究院编.全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇：暖通空调·动力.中国计划出版社，2007

2014-07-09

秦振春（1981—），男，江苏高邮人，硕士研究生，工程师，研究方向：中央空调设计与优化。