某严寒地区博物馆建筑暖通系统设计

孟登居，秦振春

（1.江苏省教育建筑设计研究院，江苏 南京 210024；2.江苏省城市规划设计研究院，江苏 南京 210024）

1 工程概况

阿勒泰市博物馆，总建筑面积17159.91m2，其中地下建筑面积346.80m2，地上建筑面积16813.11m2(含机动车库面积2615.31m2)。地下1层，地上3层。建筑总高度23.3m。项目选址位于新疆阿勒泰市团结南路东侧，由博物馆、城市规划馆和非遗中心组成。主要建筑功能为文物交流大厅、陨石展示厅、文物库房、民俗展厅、非遗展厅、历史文化展厅、阿勒泰千里旅游画廊展厅等。博物馆内各展厅及库房设置恒温恒湿空调系统，并设地板辐射供暖系统，恒温恒湿空调机组室外机置于3层屋面，供暖系统的热源为城市供热管网。博物馆建筑结构形式采用钢筋混凝土框架结构，阿勒泰市博物馆建筑效果图如图1所示。

2 设计参数

2.1 室外气象参数

新疆阿勒泰市地理位置：北纬47.44°，东经88.05°，气候分区为严寒地区B区。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》室外空气计算参数[1]如表1所示

阿勒泰市室外空气计算参数表 表1

2.2 室内空调设计参数

设置恒温恒湿空调系统的文物库房、展厅，根据冬夏季节的不同，将室内温度控制在20℃～26℃，对于库房和展厅文物藏品对空气湿度的变化率有一定的要求[2]，宜控制昼夜间的相对湿度差不大于5%。空调室内设计参数如表2所示。

空调室内设计参数表 表2

3 空调冷热源

3.1 空调冷源

博物馆交流大厅、库房、民俗展厅、历史文化展厅、千里旅游画廊展厅等区域设置恒温恒湿空调系统。经负荷计算，本栋建筑需设恒温恒湿空调系统的房间内空调夏季冷负荷为518kW，图1为夏季逐时冷负荷分布图，本项目采用了10台恒温恒湿空调机组，需设置恒温恒湿空调的场所按不同区域设置恒温恒湿机组，采用低速风道全空气系统，考虑到博物馆建筑层高比较高，气流组织采用上送风下回风形式，旋流风口均布送风，下部集中回风。恒温恒湿机组为单冷机组+双热源（电加热+空气/水加热器）+电加湿器。夏季电制冷，并结合机组内电加热微调，来控制室内温度达到规定要求。

3.2 空调热源

恒温恒湿机组采用双热源（电加热+空气/水加热器），为确保使用效果并减少运行费用，在冬季供暖期使用空气/水加热器供暖，并结合地板辐射供暖系统，电加热微调。以使室内环境温度达到规定要求。经负荷计算，本栋建筑(含办公、车库等)冬季热负荷为935.3kW。热源为城市供热管网，供回水温度为50/40℃。

4 空调系统

4.1 空调形式

博物馆交流大厅、库房、民俗展厅、历史文化展厅、千里旅游画廊展厅等区域设置恒温恒湿空调机组并配以余热回收式的转轮新风换气机，新风经转轮新风换气机回收排风冷热量，送至恒温恒湿机组处理后送至室内。过渡季节可适当加大新风量达到节能的目的。冬季工况，为了防止全热交换器结霜，新风入口风道内设温湿度传感器，当检查检测到新风入口温度达到易结霜温度时，自动启动风道电加热器对新风进行预热。

4.2 气流组织

博博物馆交流大厅、库房、民俗展厅、历史文化展厅、千里旅游画廊展厅等高大空间采用旋流风口送风的方式。回风统一从建筑下部集中回风，这样可以避免空气短路，保证室内温湿度均匀分布。冬季除了恒温恒湿机组送热风外，还辅助地板辐射采暖，避免热气流始终在建筑上部，室内上热下冷的问题。

5 自动控制

恒温恒湿空调室内控制参数及控制精度为：夏季24±2℃、50±5%；冬季20±2℃、50±5%。恒温恒湿空调系统控制原理图如图3所示。夏季电制冷、冬季内置水加热盘管结合地板辐射联合供暖，电加热微调。湿度由电加湿器调节。风道温湿度传感器检测送回风温湿度，送至控制器与设定值比较。夏季工况：依据能量结算结果卸载调节冷媒供应系统调节送风温湿度，电加热器、电加湿器辅助调节，达到控制室内温湿度的要求；冬季工况：启用空气-水加热器结合地板辐射联合供暖，电加热器、电加湿器辅助调节，达到室内温度的控制要求。空气-水加热器的回水管上设置动态平衡电动平衡阀，调节供热量。冬季工况，为了防止全热交换器结霜，风道温湿度传感器检测到新风入口温度低于0℃，自动启动风道电加热器对新风进行预热至2℃以上，当加热器满负荷运行，新风入口温度仍然不能满足2℃以上的要求时，通过调节新风入口电动风阀直至温度达到要求。

夏季、冬季新风经全热交换器回收排风冷热量，送至恒温恒湿机组处理后送至室内。夏季工况：电动调节阀1、2、3、4打开，电动调节阀5关闭，风机FAN1、FAN2打开。冬季工况：电动调节阀1、2、3、4打开，电动调节阀5关闭，风机FAN1、FAN2打开。过度季节全新风工况：电动调节阀1、3、5打开，电动调节阀2、4关闭，风机FAN1、FAN2打开。由于新疆地区沙尘天气较多，新风入口装防沙用电子除尘器，沙尘严重天气，新风系统关闭，电动调节阀4打开，电动调节阀1、2、3、5关闭，风机FAN2打开，风机FAN1关闭。电动调节阀1与风机FAN2连锁，当切断风机FAN2电源时，电动调节阀1联锁关闭。

6 结 语

对于博物馆这类高大空间、有特殊要求的建筑内在严寒地区如何运用气流组织使室内的温湿度场达到所需的要求；如何通过控制系统达到恒温恒湿空调系统在严寒地区的节能、安全运行目的；严寒地区新风系统如何防止全热交换器结霜以及过渡季节采用全新风节能运行等都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：上送风、下部集中回风的方式以满足室内均匀的温湿度场的要求；并在冬季采用了恒温恒湿机组自带空气—水换热器送热风并结合地板辐射供暖，实现冬季系统的节能运行；带热回收的全热交换器过渡季节直接引入室外空气全新风运行；冬季对引入新风温度进行监控预热及新风量调节等手段以防止全热交换器结露。

[1] GB50736-2012,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

[2] JGJ66-1991,博物馆建筑设计规范[S].