• 【工程案例】首都博物館空調設計
  • 2015-11-24

首都博物館空調設計根據建筑功能及對室內溫濕度要求,文物庫和文物展廳采用恒溫恒濕空調,其他區域采用舒適性空調。空調機房集中設置,排風排至地下汽車庫,可充分利用排風余熱。該工程設有樓宇自控系統,空調風、水系統均實現自控。

一、工程概況

首都博物館新館于于2005年12月正式落成。該館位于北京市西城區,北依長安街,東臨白云路,占地面積24133m2,建筑面積63897m2,建筑高度36.4m,地上5層,地下2層,館內設有展示廳、文物庫房、文物修復室、多功能廳、貴賓廳、禮儀大廳、餐廳、廚房、汽車庫、機電用房及庫房等,并在地下2層設有六級人防(戰時物資庫)。地下2層下面設有2.2m層高設備夾層,主要用于敷設設備管線。

二、空調冷熱源

該工程空調設計冷負荷8440kW,空調設計熱負荷7500kW,空調冷源為3臺電制冷冷水機組,其中2臺冷量為3165kW(900rt)的離心機組,1臺冷量為1759kW(500rt)的變頻離心機組。冷水泵及冷卻水泵各為三用一備(備用泵為小泵)。冷卻塔3臺。市政熱力管網提供的110℃/70℃一次市政熱水經換熱器后換成60℃/50℃二次空調用熱水。該工程另設2臺蒸發量為1t/h的燃氣蒸汽鍋爐,作為空調加濕及市政熱力管線檢修季時的生活熱水熱源。蒸汽壓力為0.8MPa。

三、室內設計參數

根據室內溫濕度要求,該工程空調分為恒溫恒濕空調和舒適性空調。文物庫房和文物展廳采用恒溫恒濕空調,其他類房間采用舒適性空調。文物庫房和文物展廳不但對溫濕度有要求,而且對空氣含塵濃度、SOx濃度、NOx濃度也有要求,不同種類的文物對環境的溫濕度、空氣含塵濃度、SOx濃度、NOx濃度要求不同,恒溫恒濕空調室內設計參數見表1。舒適性空調室內設計參數見表2,室內新風及噪聲標準見表3。

四、周邊環境

筆者對項目所在地周邊環境室外有害物質量濃度進行了測定,結果見表4。

五、空調系統設計

1、空調水系統

該工程空調水系統分兩種形式,舒適性空調水系統為兩管制,冷水溫度7℃/12℃,熱水溫度60℃/50℃;恒溫恒濕空調水系統為四管制(另設再熱管),冷水溫度7℃/12℃,熱水溫度60℃/50℃;空調冷熱水系統均為一次泵定流量、二次泵變流量系統。風機盤管調節水閥采用電動兩通閥,新風機組、空調機組冷熱水調節閥為電動調節閥。冷熱水總管處均設有壓差旁通調節閥。

2、空調風系統

為滿足不同功能房間的空氣質量要求,大空間(如禮儀大廳、多功能廳等)舒適性空調采用兩管制一次回風全空氣雙風機低速空調系統,小房間(如辦公室等)采用風機盤管加新風系統;恒溫恒濕空調采用四管制、水電兩級再熱一次回風全空氣雙風機低速空調系統。由于絲織品、字畫等文物展柜內設有燈光,會產生照明冷負荷,所以又設有展柜空調,即大空調環境下套小空調。展柜空調采用四管制,電極加濕。

1)恒溫恒濕空調

為達到設計要求,恒溫恒濕空調機組設有如下處理功能段:混合粗效過濾段、加熱段、表冷段、加濕段、再熱段、活性炭過濾段、靜電除塵中效過濾段、風機段,見圖1。

①除塵過濾處理

粗效過濾段效率一般可達到95%,靜電除塵段過濾效率一般為80%左右,經粗、中效過濾段過濾后空調送風含塵質量濃度為:0.3916mg/m3×(1-95%×80%)=0.094mg/m3,其中0.3916mg/m3為室外空氣含塵質量濃度。

空調送風含塵質量濃度(0.094mg/m3)小于表1所要求的0.15mg/m3含塵質量濃度值。

②夏季空氣處理過程

新、回風混合后經表冷段處理到露點溫度經再熱段再熱,達到送風ε線上送風狀態點參數后送入室內。為了準確控制室內相對濕度精度不大于5%,彌補再熱段熱水盤管熱惰性的不足,在送風管道上加裝了空氣電再熱器,微調室內相對濕度。夏季空氣處理過程見圖2。

由圖2可知,在室內設計溫濕度精度范圍內,高相對濕度線和低溫度線交點處再熱溫差最大,但不大于2℃,因此確定空氣電再熱器再熱溫差為2℃。

③冬季空氣處理過程

恒溫恒濕空調房間基本為內區,冬季熱濕處理過程特點是冷卻加濕。新、回風混合后經表冷段等濕降溫、等溫蒸汽加濕再送入室內。恒溫恒濕空調冬季空氣處理過程見圖3。

2)氣流組織形式

吊頂高度低于4.6m的空間采用百葉上送或散流器上送,上回風方式;吊頂高度高于4.6m的空間采用旋流風口上送,上回風方式。

由于展廳內溫濕度受參觀人數干擾很大,故將展品布置在展廳送風區內,以確保展廳內溫濕度的穩定性。

禮儀大廳建筑面積1865m2,由于建筑的特殊性,其送風方式成為一大難題,經專家、業主多次論證,報請北京市領導批準,最終采用可調送風角度的中部噴口側送與下部單層百葉集中側送相結合的送風方式。大廳設有2臺風量為35000m3/h的空調機組,大門兩側各1個系統,每個系統北側設4個噴口。噴口最大射程35m,每個噴口送風量5000m3/h,南側設1個單層百葉風口,送風量13000m3/h,噴口送風參數見表5。大廳采用集中下回風方式。圖4為禮儀大廳送回風示意圖。

3)自動控制

該工程設有一套樓宇自控系統,空調自控為樓宇自控系統的一部分,冷水機組、冷水泵、冷卻水泵、冷卻塔、空調機組、新風機組、蒸汽鍋爐及給水泵、風機、系統電控閥件等均納入DDC空調自控系統。

冷水機組、冷水泵、冷卻水泵,冷卻塔由冷水機組供應商提供群控,外留接口,接至DDC控制主機。根據負荷控制單機制冷量及運行臺數。

新風機組由送風溫濕度控制電動調節水閥和蒸汽閥門開度;舒適性空調機組由室內溫濕度控制電動調節水閥、蒸汽閥門開度;恒溫恒濕空調機組夏季由室內相對濕度控制冷水閥以控制機器露點溫度,由室內溫度控制再熱水閥以控制送風溫度,由回風溫度控制電再熱器以微調室內相對濕度;冬季由室內溫度控制冷水閥和熱水閥,由室內相對濕度控制蒸汽閥。

六、工程設計特點

1、集中設置空調機房,充分利用排風余熱。

由于建筑平、立面的特殊性,全空氣系統空調機房很難找到合適位置。考慮到建筑物北立面外是下沉水景庭院,水景庭院外是地下車庫,因此在水景庭院下面的地下2層設置了一個長條形集中空調機房,布置了16臺空調機組(占空調機組總臺數的45%),從水景庭院取新風,排風排至汽車庫。既避免了排風、取風風管過長問題,又可充分利用空調排風的余冷余熱,使汽車庫有一個冬暖夏涼的舒適環境。其不足是風管沿程阻力損失及冷熱損失大。

該工程全空氣空調機房共設3個,空調機組總臺數為35臺。

2、設有1臺冷量為1759kW(500rt)的變頻冷水機組,在較大冷負荷范圍內可實現冷水機組變頻調節,減少了部分冷負荷時的電力消耗。

3、設有蒸汽鍋爐排污節能裝置,可降低排放水溫,回收余熱。

國內一般蒸發量小于4t/h的蒸汽鍋爐不設連續排污。該工程選用2臺蒸發量1t/h的國外蒸汽鍋爐,要求連續排污。連續排污降溫池傳統做法是加自來水降溫,既浪費水又浪費熱。該工程在軟水箱內設置了一組換熱盤管,鍋爐排污水經換熱后溫度降至30℃排放,回收了余熱。

七、設計體會

1、該工程的冷熱濕負荷計算較為準確,空調系統方式選擇較為合理。經過一個冬季運行考驗,各房間溫濕度等參數基本達到設計要求。

2、將30個空調機組集中布置在3個大空調機房內,其中有2個機房設置在地下2層,1個設置在展廳入口過道夾層內。節省了寸土寸金的建筑面積,且可有效利用排風。

3、選擇冷量為1759kW(500rt)的變頻冷水機組,可在較大范圍內低電耗調節供冷量。

4、蒸汽鍋爐排污節能裝置較好地解決了排污問題。

5、展柜空調方式合理,效果好。
 

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