润泽大数据应用展示中心综合体暖通空调设计

刘洋

清华大学建筑设计研究院有限公司

1 工程概况

本项目位于河北省廊坊市经济技术开发区，总用地面积203045.3m2。地上由3栋相对独立的建筑组成（各主要功能分区见图1所示），1#楼为研发办公楼，建成后将满足润泽科技发展公司的办公需求，并出租给大数据产业相关企业使用，按照“5A”甲级写字楼标准设计。2#楼为酒店，建成后将出租给处于孵化阶段的小型创业及创新企业。3#楼为大数据产业展示中心，供建设方及1、2#楼内办公的相关企业展示其科技成果和创新产品。1、2、3#楼的地下部分是连通为一体的，主要功能为地下车库，员工餐厅和设备用房。

图1 各功能分区分布示意图

本项目总建筑面积244657m2，各部分的技术指标见表1。

表1 分栋建筑概况表

2 空调系统设计

2.1 室内主要区域设计参数

室内主要区域设计参数如表2所示。

表2 室内主要区域设计参数

2.2 总负荷量统计

总负荷量统计如表3所示。

表3 总负荷量统计

2.3 冷热源和空调冷热水系统

应甲方要求本工程冷热源由直燃机组提供。

1）冷源：位于工程东南角室外地下设置4#能源站，由直燃机组供应设计温度7/14%℃的空调冷水。为满足本工程初期建设的需求，采用一大两小的配置组合，直燃机组选用能力调节装置灵敏、可靠的机型。冷却塔位于室外绿化带，冷却水进出水设计温度为30/37%℃。

2）热源：由直燃机组提供设计温度60/45%℃空调热水，80/60%℃的生活用热水辅助热水，经过换热器提供50/40%℃地板辐射供暖用热水。冷热源系统图见图2。

图2 冷热源系统图

2.4 空调冷热水系统

1）空调冷热水系统采用分区两管制水系统，变流量运行。分别为风机盘管系统、空气处理机组系统、地板辐射系统。

2）1#楼西侧办公最大进深达22 m，东侧进深达19 m，根据文献[1]进行内外分区，外区冬夏合用两管制水系统。内区全年供冷两管制水系统，冬季利用冷却塔免费制冷，其水路设计参照文献[2]进行设计。

3）2#楼酒店不评星（参照四星级标准设计），空调水系统采用两管制，同时按使用功能，将客房与裙房商业的水系统分开设置。

4）空调冷水采用7/14℃大温差，其风机盘管的选择参照文献[3]进行选择。

5）冷冻水采用主机定流量，管网变流量系统，冬季空调供暖热水一次泵变流量运行。

6）空调冷热水系统采用高位密闭膨胀水箱定压，并在4#能源站设软化水系统。

2.5 空调风系统设计

1）3#楼内区展厅

3#楼首二层内区展厅南北长108 m，东西宽44 m，建筑层高12 m，每层防火分区分为两个。内区展厅室内空调负荷主要为人员,照明及展览设备散热负荷。经比较，采用分层空调与全室空调，系统能耗相差不大[4]，故气流组织采用上供下回方式，夏季供冷，冬季供暖。

空调系统送风管道敷设在展厅上空，展厅的送风口距地面高度为9.5 m，为保证空调效果，设计选用旋流风口送风，风口设电动调节装置，可根据季节要求调节送风角度，以满足冬夏季空调的需求。根据送风口距空调区域距离，风量及送风到达空调区域临界风速不超过0.5m/s的要求，选用直径为400mm的旋流送风口，共计112个，均匀布置。由于大厅不设吊顶，空调风道及送风口均明装，为美观起见，空调系统设集中回风口，分别布置在大厅东侧空调机房侧墙上。每个防火分区设置两个空调系统，首二层内区展厅共计8个空调系统。

2）3#楼三层展厅

3#楼三层展厅南北长108 m，东西宽44 m，防火分区分为两个，被划分为四个小展厅，每个展厅面积1188m2。这四个展厅的屋面标高不同形成梯形屋面，最高层高达18 m，现以最高层高的展厅为例说明展厅的空调设计。根据文献[5]，夏季展厅空调系统设计为分层系统，即人员活动区域采用全空气低风速空调系统，满足室内人员的温、湿度要求。由计算得非空调区热强度 ＜4.2 W/m3，非空调区可不设进排风装置[5]。展厅空调送风口设在距地8 m处，两侧各设10个直径为400mm的球型喷口送风，回风口设于机房侧墙下部。

3）3#楼二层公共休息厅

二层公共休息厅建筑面积1500m2，局部层高达22 m，根据文献[5]，夏季展厅空调系统设计为分层系统。由计算得非空调区热强度＞4.2 W/m3，非空调区应设进排风装置[5]。二层公共休息厅空调送风口设在距地面7 m处，两侧各设10个直径为630mm的球型喷口送风，回风口设于机房侧墙下部。上部空间设置了机械通风系统，根据文献[5]，进风口最低位置宜为非空调区高度的1/3处、非空调区换气次数不宜大于3次/h，则送风口设置于距地13 m处，排风口设于休息厅顶部，换气次数取1.5次/h。其系统原理图见图3。

图3 二层公共休息厅空调通风系统原理图

冬季休息厅机械通风系统停止工作，根据人员活动区的温、湿度要求由空调系统向室内送热风，并设置地板辐射采暖系统。

4）空气热回收系统

1#楼办公及会议每层设置转轮热回收机组，2#楼酒店客房在三层集中设置板翅热回收机组，2#楼配套商业在三层集中设置转轮热回收机组，3#楼洽谈在顶层机房集中设置转轮热回收机组。在冬季，新风经过热回收系统被加热后送到办公、会议、客房、商业等场所，而经过换热后的排风被排出屋面。

3 防排烟系统设计

1）防烟系统：本建筑为高度超过50 m的一类公共建筑，其所有防烟楼梯间、消防电梯间前室和合用前室均采用机械排烟方式[6]。防烟楼梯间地上、地下分设送风机，合用前室地上、地下在屋顶合用一台风机，各系统均设有防超压措施。

2）排烟系统：这里主要介绍展厅及公共休息大厅高大空间排烟系统，其他功能区的防排烟系统按常规方法设计，不再一一赘述。

3#楼首二层展厅层高为12 m，不划分防烟分区应按每平方米面积不小于60m3/h计算[6]。3#楼三层展厅及二层公共休息大厅层高超过12m按照换气次数考虑设机械排烟系统：体积小于17000m3的其排烟量按其体积的6次/h换气计算。体积大于17000m3的，其排烟量按其体积的4次/h换气计算，且排烟量不小于102000m3/h[6]。

4 自动控制

4.1 冷热源水系统主要自控项目

1）空调冷水和冷却水：①直燃机组与冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机电气连锁。②根据系统需冷量的变化，控制直燃机组及对应一次空调冷水泵运行台数。③控制空调冷水、热水供回水总管之间旁通阀开度，保证直燃机最小流量。④冷却塔与对应电动水阀之间的电气联锁。⑤冷却水温控制冷却塔风机启停与转速。

2）补水、定压：①空调水膨胀水箱液位控制补水泵启停。②软化水箱最低液位控制补水泵停止运行。③软化水箱液位控制软化装置进水电动阀开闭。

4.2 空气处理和通风装置主要自控项目

1）一次回风单风机定风量全空气的系统+排风系统

①回风温度控制空气处理机组水路电动阀开度，加热盘管的电动阀冬季保持最小开度为全开的1/3。

②加热盘管表面温度低于设定值时，关闭新风阀，全开加热盘管水路二通阀，温度回升后，机组恢复工作。

③防冻控制：设置热水阀先于风机和风阀开启，后于风机和风阀关闭的联锁装置。

④根据室外空气状态，采用固定温度法，改变新、回风阀开度进行最大和最小新风比控制。冬，夏以及重污染天气一次回风机组均在最小新风下运行。安装新风流量计，保证新风量。新风、回风、排风阀采用可调式风阀并相互联锁。

⑤对应排风机的启停。

2）办公新风机组+排风系统。

①送风温度控制水路电动阀开度，加热盘管的电动阀冬季保持最小开度为全开的1/3。

②冬季送风湿度控制加湿开启。

③加热盘管表面温度低于设定值时，关闭新风阀，全开加热盘管水路二通阀，温度回升后，机组恢复工作。

④防冻控制：设置热水阀先于风机和风阀开启，后于风机和风阀关闭的联锁装置。

⑤根据管理人员预先设定的程序，新风机组自动在预定时间启停，并根据需要随时改变和设定设备工作的时间程序。安装新风流量计，保证新风量。

⑥总排风机，根据静压控制排风机频率与台数，防止楼内正压过高。

⑦餐厅，会议室，多功能厅，健身房，大堂及人员密集的办公区域设CO2浓度探测器，对室内空气进行CO2检测，根据检测数据调节新风量。当CO2传感器监测到室内CO2浓度超过设定量值（1800 mg/m3）时，进行报警，同时自动启动新排风系统。新风机组根据室内的CO2浓度进行自动运行控制。设置甲醛浓度探测器，实现对甲醛浓度超标实时报警。

5 节能

5.1 冷热源和空调供暖水系统

1）直燃机组的性能系数、热效率满足了文献[7]的要求。

2）空调冷、热水循环泵采用变频水泵，夏季空调冷水 EC（H）R=0.0166＜ 限值 0.0167，冬季空调供冷 EC（H）R=0.0248＜限值0.0262，满足文献[7]的要求。

3）根据冷却水温度控制冷却塔风机台数、转速。

4）空调末端设备，冷热源设备和空调，供暖水系统设有能量调节的自控装置。

5）热源一次、二次、集分水器每一支路均安装热计量水表。各楼栋、各层设置热计量装置。水表具备远传功能可将数据传送到设备监控系统。

5.2 空调通风系统

1）全空气空调系统过渡季可加大新风运行，利用新风作冷源，全空气空调系统可达到的最大总新风比，不低于75%。配有相对应的排风机，以适应新风量的变化。

2）冬夏季人员密度相对较大且变化较大的房间根据室内CO2浓度检测值，实现最小新风量控制。设置甲醛浓度探测器，实现对甲醛浓度超标实时报警。

3）采用合理的气流组织形式，提高通风效率，减少供冷量和送风量。

4）通风系统单位风量耗功率Ws＜限值0.27 W/m3/h，空调新风系统单位风量耗功率Ws＜限值0.24 W/m3/h，办公部分定风量系统单位风量耗功率Ws＜限值0.27 W/m3/h。满足文献[7]的要求。

5）地下停车库设CO浓度监测点，按防火分区设置，每个防火分区至少设置1个，在靠近排风机房排风口位置。地下停车库的送、排风系统根据CO浓度控制对应区域送、排风机的启停。

6）空调机组内设电子空气净化装置，净化空气中可吸入颗粒物、细菌、病毒、微生物等，提高了室内空气品质。

7）部分新风系统设有排风热回收装置。采用转轮和板翅全热热回收机组，制冷热回收效率（焓效率）＞65%，制热热回收效率（焓效率）＞65%，满足文献[7]的要求。

6 结语

本工程按照绿色建筑一星级标准设计，本着节能减排原则为出发点，采用如下节能技术：

1）不同高度空间建筑采用不同的气流组织形式：3#楼内区展厅采用旋流送风口，风口设电动调节装置，可根据季节要求调节送风角度，以满足冬夏季空调的需求。3#楼三层展厅及二层公共休息厅采用同侧送回风的分层空调形式，比常规的顶送全室空调系统可节能30%左右[7]，采取调整送风角度等措施可解决冬季热气流上浮的问题。

2）全空气系统过渡季节采用全新风运行。

3）采用大温差空调水系统，以降低输送能耗，减少设备投资。

4）办公、会议、酒店客房、配套商业等采用全热回收节能技术。

5）内区办公冬季采用冷却塔免费制冷。

[1]赵荣义.简明空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998

[2]北京市建筑设计研究院.北京地区冷却塔供冷系统设计指南[S].北京:中国计划出版社,2011

[3]张少良,卢军,杨柳.低温大温差工况下风机盘管机组性能的测试研究[J].暖通空调,2014,44(3):84-88

[4]齐旭东,唐基富,尹龙.山东省国际会议及展览中心暖通空调设计[J].暖通空调,2003,33(3):84-86

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

[6]中华人民共和国公安部.GB50045-95高层民用建筑设计防火规范[S].北京:中国计划出版社,2005

[7]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50189-2015公共建筑节能设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2015