辽宁科技馆暖通空调设计

万 阳

（上海建筑设计研究院有限公司，上海 200041）

0 引言

本工程位于辽宁省沈阳市，为辽宁省科学技术馆（新馆）项目，是融合展示、参与、培训与实验、研究与交流、休闲与旅游于一体的大型公益性设施。总建筑面积102508㎡，建筑高度约31.9m。地下1层、地上3层（局部为6层，为教育培训、办公、宿舍区域）。

图1 辽宁科技馆Fig.1 Liaoning Science&Technology Museum

地上由门厅、常设展厅、临时展厅、球幕影院、巨幕影院、教育培训区域、宿舍区域等组成。地下室由车库、设备及辅助用房、餐饮、展品库房、4D影院、动感影院、灾难剧场、梦幻剧场等组成。

1 空调负荷

根据业主提供的设计任务书，以及原辽宁省科学技术馆（老馆）运营经验数据，通过负荷计算软件进行空调负荷计算。空调夏季计算总冷负荷为11257kW；冬季计算总热负荷为17132kW（含用空调方式提供的值班采暖区域热负荷）。单位建筑面积冷负荷指标为110W/m2；热负荷指标为167W/m2。其中主要功能区空调负荷指标见表1。

表1 空调负荷指标Tab.1 Air conditioning load index W/m2

2 空调冷热源

2.1 空调冷源

辽宁科技馆主要由若干展厅和多个功能影剧院组成，根据其功能特点、使用特点及空调负荷的分布规律，并结合当地峰谷电价的优惠政策，通过经济技术比较空调冷源采用冰蓄冷系统＋基载主机的系统形式。冷源设备及其配套水泵等设备设置在地下室机房，冷却塔设置在屋顶。宿舍区域另设置1台制冷量为272kW的空气源冷水机组作为制冷季夜间使用。

图2 空调冷源冷冻水系统图Fig.2 Chilled water system

2.1.1 冰蓄冷系统的配置

辽宁科技馆空调运行时段8:00～18:00共10h，夏季空调设计日总冷量（8:00～18:00）97372kWh，设计日最大冷负荷在15:00，为11257kW，蓄冰装置容量22701kWh，蓄冰率23.3%。

采用三台制冷量为1758kW（制冰工况制冷量为1081kW）的双工况离心式冷水机组和两台制冷量为1758kW的离心式冷水机组、9台容量为3250kWh的整体式蓄冰槽，组成机载主机加冰蓄冷系统的方式。

本项目的冰蓄冷系统采用的是双工况制冷机组在系统的上游、冰槽在下游的串联的方式和融冰优先的运行策略；冰蓄冷的蓄冰装置采用蛇形盘管的整体式蓄冰槽，容量为部分负荷蓄冰，内融冰；载冷剂采用质量分数为25%的工业抑制性乙烯乙二醇溶液。冰蓄冷系统可实现夜间（22:00～5:00）双工况制冷机组制冰蓄冷；白天（8:00～18:00）、双工况制冷机组+蓄冰槽串联融冰供冷、蓄冰槽单独融冰供冷、双工况制冷机组单独空调供冷等多种运行模式。载冷剂溶液泵设有变频调速装置，以满足不同的运行模式下不同的流量和压降需求。系统制冰蓄冷时，供、回液温度为-6.0～-2.91℃；系统空调供冷时，供、回液温度为11.0～3.66℃。板式换热器二次侧空调供、回水的温度为6～12℃。

2.1.2 冰蓄冷系统的运行和控制

冰蓄冷系统在设计日的运行情况如图3所示。

由基载制冷主机+冰蓄冷系统组成的集中冷源可提供蓄冰、串联融冰供冷、融冰供冷、双工况主机供冷、基载主机供冷、基载主机供冷+蓄冰、基载主机供冷+串联融冰供冷、串联融冰供冷+融冰供冷、串联融冰供冷+双工况主机供冷、等9种空调供 冷模式，运行系统图如图4所示。

图3 设计日逐时负荷分配Fig.3 Hourly cooling loads on design day

图4 运行系统图Fig.4 Operating system

冰蓄冷系统的控制必须满足不同空调供冷运行模式的转换；控制相关设备的启停和阀门的开关。在保证系统稳定和空调品质的前提下，自动选择最节能的模式运行。当处于过渡季或者空调的负荷有变化时，蓄冷空调的供冷方式在增加荷载时的前后顺序是：储冰槽进行融冰优先、其次是基载主机提供冷源、接着通过双工况主机供冷；如果供冷要求逐渐减少，设备需要进行卸载，卸载的顺序正好是反过来的。

2.2 空调系统热源方式

热源由市政热力管网通过板式换热器提供。市政热力管网供回水温度110～70℃，供热季通过板式热交换器提供65～50℃的空调热水，设备及其配套水泵等设备设置在地下室。

3 空调水系统

科技馆设有不同的功能服务区域，各区域的运营时间不尽相同，且冷热源中心至各区域的距离也远近不同。因此，空调冷热水采用二级泵系统，一级冷冻水泵分别与基载冷水机组、冰蓄冷系统的板式换热器匹配设置；一级热水泵分别与板式热交换器匹配设置，一级泵采用定流量系统。二级泵则分别按展厅区、影剧院区和教育培训区不同功能区设置系统，二级泵采用变流量系统。系统在制冷季提供6～12℃的冷冻水、供热季提供65～50℃的热水。

由于项目处在北方严寒地区，水系统的防冻尤为重要，除了设置夜间值班采暖系统外，针对空调水系统防冻设计也采取了一系列措施：热水泵、采暖水泵提供应急电源，以确保冬季防冻；新风进风口处、排风排出口处均装设电动密闭风阀与风机联动启闭；电动密闭风阀至室外风口的风管需保温；空调热水电动阀设置最小开度控制；新风空调机组的新风进风管设置回流旁通措施。

4 空调风系统

4.1 高大空间功能场所

门厅、展示厅、休息厅、讲解回廊、报告厅、多功能厅等高大空间功能场所，采用单风管定风量一次回风全空气低速空调系统，根据建筑布置尽可能采用上送下回或侧送下回。部分系统在过渡季采用可调新风比的措施,过渡季利用通过焓值控制程序来控制新回风的比例增加空调的新风量，尽可能利用室外低温、低焓值的空气为室内供冷，达到节能的目的。部分区域的新、排风系统设置热回收装置，在供冷和供暖季回收部分排风能量，节约能耗。为保证门厅、展厅等大空间空调效果，顶送送风口选用温控可调型旋流风口，可根据供冷和供暖季送风温度的变化自动改变送风叶片角度，调节送风射程，达到满意的送风效果。除采取上述技术措施外，展示厅、讲解回廊区沿外墙（窗）设置地板管槽式风机盘管，在空调季承担部分外围护结构负荷，在供热季还作为此区域的值班供暖系统。

4.2 小空间功能场所

工作间、贵宾室、教室、办公室、会议室、宿舍等小空间用房采用风机盘管加独立新风系统

4.3 中小型影剧院

辽宁科技馆设置不同功能的影剧院，其中中小型影剧院有4D影院、动感影院、灾难剧场、梦幻剧场，由于整体空间不大，设计采用单风管定风量一次回风全空气低速空调系统，上送下回，新风与排风之间设置热回收装置，节约能耗。影剧院设备间根据工艺要求设置独立的通风或空调系统。部分放映设备根据工艺要求设直流空调系统。

4.4 球幕影院

科技馆球幕影院位于直径40m的球形大厅内，影院为嵌套在球形大厅内的一个27m直径球形影厅。根据建筑空间的特点，球幕影院为一高大空间，为保证位于低区的观众区环境舒适，空调风系统采用单风管定风量二次回风全空气低速空调系统，座椅下送风，上部回风，另新风与排风之间设置全热回收装置，节约能耗。

由于有球幕影院空间结构复杂局促，风管布置空间有限，设计中采用了空调、消防主管道（井）合用，通过风阀切换不同运行模式。即影厅空调送风管与消防补风管在地下设备层合用送风主管，送入座位下空腔；影厅空调回风管与消防排烟管合用主管道，当发生火灾报警时，关闭空调风阀和机组，联锁开启消防电动风阀和消防风机，自动切换运行模式。

4.5 巨幕影院

巨幕影院为科技馆最高大的功能空间，设计采用单风管定风量二次回风全空气低速空调系统，座椅下送风，上部侧回风。这样既能保证观众区环境舒适又节省能耗。

影院放映间根据工艺要求设置独立的空调系统，（观众厅排风经再处理后排入影院设备间（无人）作为直流空调系统的补风。）

5 供暖系统

根据辽宁沈阳的气候特点，入口门厅、临时展厅门厅、影院地上及地下门厅、教育培训入口门厅等高大空间，除设置有空调系统外，另增设辅助地面辐射供暖系统，供暖季提供55～45℃的热水。

图5 球幕影院排烟系统图Fig.5 Smoke exhaust system of dome theater

由于科技馆为间歇运营场所，为保证馆内各水系统正常运行，防止冻结。夜间全馆设置值班供暖系统：入口大厅、临时展厅门厅、影院地上及地下门厅、教育培训入口门厅等高大空间，利用辅助地面辐射供暖系统作为值班供暖；影院、剧场、教育培训区域及宿舍区域等已设置空调系统的区域采用低速运行空调系统或风机盘管系统作为值班采暖。其中外区楼梯间、卫生间、空调机房等有水管通过的区域设置风机盘管系统作为值班供暖；展示厅、讲解回廊区主要利用地板管槽式风机盘管作为值班供暖系统，不足时采用低速运行空调系统作为值班采暖；地下室车库、设备用房、展品库房等设置专用值班供暖系统。

6 自动控制系统

辽宁科技馆空调、通风与供暖系统主要采用集中监控（BAS）控制模式，但同时具备完善的手动操作系统和就地开关。集中监控（BAS）自控系统包括参数检测、参数与设备状态显示、自动调节与控制、工况自动转换、设备联锁与自动保护、能量计量以及中央监控与管理等内容。集中监控使这个大型多功能场馆运行节能，管理高效。

7 结语

辽宁科技馆（新馆）作为大型科普教育设施，体现“人-科技-自然”的主题思想，设计需提供绿色、智能、环保、节能、舒适的休闲空间。为实现上述设计宗旨，本工程暖通设计采用了一系列节能措施：对小时人流量变化幅度大的区域在空调季采用CO2浓度传感器对空调新风进行调节；过渡季通过焓值控制程序来增加新风供冷；设置全热热回收装置，回收部分排风能量。水系统采用变流量系统，冷水机组采用变频控制进行能量调节；冰蓄冷系统的“移峰填谷”，提高电厂一次能源利用效率。在满足系统可靠、灵活，运行管理便捷、高效、节能的基础上，营造出现代舒适的环境。

[1]胡兴邦,朱华,叶水泉,等.储冷空调系统原理、工程及应用[M].杭州：浙江大学出版社，1997.

[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2008.