江蘇省園藝博覽會展館暖通空調(diào)設(shè)計

秦振春 魏 霖 袁小清

（江蘇省城市規(guī)劃設(shè)計研究院，江蘇 南京 210024）

江蘇省園藝博覽會展館暖通空調(diào)設(shè)計

秦振春 魏 霖 袁小清

（江蘇省城市規(guī)劃設(shè)計研究院，江蘇 南京 210024）

介紹了江蘇省園藝博覽會的空調(diào)冷熱源、水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)設(shè)計，分析探討了花鳥餐廳大空間玻璃穹頂建筑內(nèi)如何布置合理的氣流形式避免對生態(tài)餐廳中花卉生物的影響、地源熱泵系統(tǒng)冷源的設(shè)置及地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制以實現(xiàn)地埋管側(cè)冬夏熱平衡和系統(tǒng)的節(jié)能運行。

展覽館建筑；花鳥餐廳；分層空調(diào)；地源熱泵；優(yōu)化控制

0 引言

江蘇省園藝博覽會園區(qū)用地面積137 hm2。主體建筑由主展館、副展館和濱水休閑館組成，三館建筑總面積22 987.6 m2。其中主展館建筑面積7 226.7 m2，共4層，建筑總高度30.37 m，主要建筑功能為展廳；副展館7 453.9 m2，共4層，建筑總高度30.37 m，主要建筑功能為展廳、多功能廳；濱水休閑館8 307 m2，共4層，建筑總高度22.45 m，主要建筑功能為餐廳、包間。三館建筑空調(diào)夏季總冷負荷為3 902 kW，冬季總熱負荷為1 910 kW。生活熱水溫度為55 ℃，用水量60 m3/日。三館主體采用“鋼筋混凝土＋鋼結(jié)構(gòu)”混合結(jié)構(gòu)，主展館、副展館屋頂為弧形坡屋面，濱水休閑館主體屋頂為穹頂屋面，如圖1所示。

圖1 三館建筑平面圖

1 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)

三館建筑室內(nèi)設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 空調(diào)室內(nèi)設(shè)計參數(shù)表

2 空調(diào)冷熱源

三棟建筑空調(diào)冷熱源采用地源熱泵機組，集中布置在副展館一層制冷機房內(nèi)。地源熱泵機組設(shè)計選用3臺螺桿式高溫型地源熱泵冷熱水機組，其中1臺為全熱回收型機組，全年制備生活熱水供給濱水休閑館。生活熱水系統(tǒng)常年取用地下熱量，熱水用量較小。空調(diào)系統(tǒng)夏季排熱量大于冬季取熱量，本工程選用2臺300 t/h閉式冷卻塔確保對土壤冬季取熱量與夏季排熱量基本能達到平衡。

2.1 制冷機組配置

制冷機房內(nèi)的機組配置參數(shù)如表2所示。

表2 制冷機組配置表

2.2 地埋管

根據(jù)本地塊巖土體熱物性測試報告，地埋管系統(tǒng)土壤換熱參數(shù)：土壤原始溫度 17.2 ℃，單U管（De32），單井夏季換熱指標45.5 W/m井深，單井冬季換熱指標 32.2 W/m井深。建議設(shè)計換熱井深為60 m。經(jīng)計算，單U管換熱井數(shù)為951口。換熱管采用垂直埋管并聯(lián)方式連接，每個換熱井采用大致同程的并聯(lián)方式直接接至檢查井集分水器。設(shè)計按滿足地源熱泵系統(tǒng)冬季最大取熱量確定地埋管換熱器的數(shù)量，夏季放熱不足時由閉式冷卻塔作為調(diào)峰方式。冷卻塔系統(tǒng)亦可調(diào)節(jié)地下土壤熱平衡。換熱管井的布置按區(qū)域分為3個部分，相應(yīng)連接成3個系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 地埋管井位布置圖

2.3 空調(diào)水系統(tǒng)

冷水機組依靠水路閥門切換冬夏季工況。水泵采用變頻控制，實現(xiàn)在空調(diào)部分負荷下線性調(diào)節(jié)空調(diào)水量。系統(tǒng)中設(shè)置2臺閉式冷卻塔確保對土壤冬季取熱量與夏季排熱量基本能達到平衡，如圖3所示。

地埋管分3個系統(tǒng)，每個水系統(tǒng)的回水管上安裝靜態(tài)平衡閥，確保系統(tǒng)的水力平衡。

空調(diào)末端系統(tǒng)冷熱媒的設(shè)計參數(shù)：冬季供回水溫度為 50 ℃/45 ℃；夏季供回水溫度為 7 ℃/12 ℃風機盤管設(shè)恒溫器和動態(tài)平衡電動二通閥，空氣處理機組（新風處理機組）設(shè)動態(tài)平衡電動調(diào)節(jié)閥和溫控裝置系統(tǒng)。

3 空調(diào)系統(tǒng)

3.1 空調(diào)形式

3.1.1 主展館、副展館

展廳、多功能廳等大空間區(qū)域采用變風量空調(diào)機組并配以余熱回收式的轉(zhuǎn)輪新風換氣機，小會議室、休息室、辦公室及門廳等小空間均采用風機盤管加新風空調(diào)系統(tǒng)。

3.1.2 濱水休閑館

餐廳為大空間區(qū)域，采用變風量空調(diào)機組并配以余熱回收式的轉(zhuǎn)輪新風換氣機，包間、休息室、備餐室及門廳等小空間均采用風機盤管加新風空調(diào)系統(tǒng)。

3.2 氣流組織

主展館、副展館建筑內(nèi)的展廳和多功能等高大空間采用旋流風口送風的方式。

濱水休閑館建筑內(nèi)的簡易餐廳采用旋流風口送風?；B餐廳，為了體現(xiàn)生態(tài)餐廳的特色，玻璃穹頂鋼網(wǎng)架下面將懸掛各種有特色的花卉植物，為了避免送風管道對花卉植物采光和送風氣流對花卉植物生長的影響，花鳥餐廳靠通道的內(nèi)側(cè)采用噴口送風的方式，噴口高度略低于花卉高度，外側(cè)玻璃穹頂與餐廳地面交界處附近設(shè)置可調(diào)百葉風口地面送風的方式，另外由于餐廳頂部為玻璃穹頂，會產(chǎn)生溫室效應(yīng)，集聚大量的熱量，為此我們在花鳥餐廳輔助用房的平臺上設(shè)置排風機，排出花鳥餐廳頂部的余熱。采用這樣的分層送風系統(tǒng)使空調(diào)系統(tǒng)與植物花卉互不干擾，如圖4所示。

圖3 地源熱泵水系統(tǒng)流程圖

圖4 花鳥餐廳送風示意圖

4 自動控制

4.1 空調(diào)末端自動控制

4.1.1 變風量空氣處理機組（帶余熱回收）

本控制系統(tǒng)風系統(tǒng)調(diào)節(jié)優(yōu)先，水系統(tǒng)微調(diào)。根據(jù)回風溫度信號控制變頻送風機轉(zhuǎn)速，風量最小值不小于總風量的80%。然后水系統(tǒng)控制比例積分動態(tài)流量平衡閥，調(diào)節(jié)冷/熱水量，使回風溫度保持在所要求的范圍內(nèi)。過渡季節(jié)，電動調(diào)節(jié)閥1最大開度，旁通閥2打開，回風閥3關(guān)閉，電動調(diào)節(jié)閥與風機連鎖，全新風工況運行，如圖5所示。

4.1.2 變風量空氣處理機組（新風型）

根據(jù)送風溫度信號控制電動閥，調(diào)節(jié)冷/熱水量，使房間溫度保持在所要求的范圍內(nèi)。裝于冷/熱水進水管上的恒溫器可進行系統(tǒng)冬/夏季節(jié)轉(zhuǎn)換。夏季時，系統(tǒng)供冷水，當送風溫度高于設(shè)定值時，電動閥開大，使送風溫度下降；冬季時，系統(tǒng)供熱水，當送風溫度低于設(shè)定值時，電動閥開大，使送風溫度上升，如圖6所示。

圖5 變風量空氣處理機組（帶余熱回收）控制原理圖

圖6 變風量空氣處理機組(新風型)控制系統(tǒng)圖

4.1.3 風機盤管

溫控器具有通/斷2個工作位置，溫控器的通斷可控制電動閥的動作，使室內(nèi)溫度保持在需要的范圍內(nèi)。溫控器內(nèi)的三速開關(guān)用于手動調(diào)節(jié)風機的風速。當溫控器內(nèi)的三速開關(guān)置于“關(guān)”位置時，風機電路被切斷，同時電動閥必須關(guān)閉。如圖7所示。

圖7 風機盤管控制系統(tǒng)圖

4.2 冷熱源自動控制

冷熱源自動控制系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)冷熱源系統(tǒng)的自動監(jiān)控，確保系統(tǒng)在安全可靠、高效運行的前提下滿足末端用戶供冷（供熱）需求。系統(tǒng)從冷熱源站制冷制熱、生活熱水，用戶側(cè)、地源側(cè)泵管網(wǎng)穩(wěn)定輸冷輸熱和末端用戶穩(wěn)定供冷供熱3個環(huán)節(jié)進行控制，在滿足用戶需求的前提下，使系統(tǒng)運行于最佳工況，實現(xiàn)經(jīng)濟運行。

熱回收型地源熱泵冷熱水機組控制：除機組自帶的控制功能外，自控系統(tǒng)應(yīng)對機組的啟停、進出水溫度及流量、最佳運行工況以及冬夏季接管轉(zhuǎn)換等進行監(jiān)控，并對整個系統(tǒng)中的設(shè)備在不同的模式下運行的工況進行優(yōu)化。自控系統(tǒng)對生活熱水箱的進出水溫度、水箱內(nèi)溫度梯度進行監(jiān)控。

換熱井水系統(tǒng)控制：共有3組換熱井系統(tǒng)，在系統(tǒng)部分負荷時，關(guān)閉部分井水系統(tǒng)及其對應(yīng)的水泵，控制系統(tǒng)設(shè)置自定義、負荷計算2種控制方式。負荷計算方式：根據(jù)安裝在總管的供回水溫度傳感器及流量傳感器，自動計算出末端用戶負荷需求，以此確定開啟水泵及換熱井的組數(shù)。并自動累積換熱井運行時間，從而確定哪一組開啟與關(guān)閉。

設(shè)備運行時間控制：各熱泵機組、水泵、冷卻塔、換熱井系統(tǒng)必須注意均衡使用，除盡量均衡同組設(shè)備的使用時間外，還需均衡設(shè)備的啟動次數(shù)，同時避免設(shè)備停用過久。

水泵變頻控制：與熱泵機組對應(yīng)的循環(huán)水泵設(shè)置變頻控制，根據(jù)供回水壓差自動調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)在空調(diào)部分負荷下線性調(diào)節(jié)空調(diào)水量，達到節(jié)約能源的目的。但水泵流量不能低于熱泵機組的最低限。

冷卻塔控制：冷卻塔系統(tǒng)對土壤源換熱水系統(tǒng)進行冷量補充。控制系統(tǒng)根據(jù)自動計量的冬夏季冷熱量進行計算，自動開啟冷卻塔進行冷量補充，以達到全年系統(tǒng)冷熱量平衡。夏季工況時，當室外溫度濕球溫度較低，有利于冷卻塔換熱時，優(yōu)先啟動冷卻塔系統(tǒng)，開啟冷卻塔閥門，關(guān)閉相應(yīng)組數(shù)地源換熱井。天氣炎熱時，地源側(cè)優(yōu)先啟動。整個過程記錄地源側(cè)、空調(diào)側(cè)冷熱量交換量，通過上述原則，平衡冬夏季換熱量。

5 結(jié)語

本項目中采用的地源熱泵系統(tǒng)，如何通過自控控制系統(tǒng)達到地源熱泵的節(jié)能運行目的且實現(xiàn)地埋管側(cè)冬夏季熱平衡尤其重要。對于高大空間、有特殊要求建筑內(nèi)如何實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)與建筑內(nèi)部有機融合且滿足空調(diào)系統(tǒng)舒適、節(jié)能的要求以及過渡季節(jié)采用全新風節(jié)能運行是我們設(shè)計中需要考慮的問題。為了實現(xiàn)以上目的，我們在設(shè)計中采用了包括：對地源熱泵系統(tǒng)地源側(cè)及用戶側(cè)運行溫度、能耗等數(shù)據(jù)進行自動監(jiān)測，優(yōu)化了系統(tǒng)控制；帶熱回收的空氣處理機組過渡季節(jié)直接引入室外空氣全新風運行；配合室內(nèi)裝飾的要求合理布置好空調(diào)氣流組織，使空調(diào)系統(tǒng)與室內(nèi)裝飾有機融合。通過這些手段使空調(diào)系統(tǒng)在滿足室內(nèi)所需溫度、濕度等要求的前提下，為我們提供舒適的室內(nèi)環(huán)境，且達到整個空調(diào)系統(tǒng)安全、節(jié)能運行的目的。

[1] GB50736—2012 民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范

[2] GB50366—2005（2009年版） 地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范

[3]建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)督與行業(yè)發(fā)展司，中國建筑標準設(shè)計研究院編.全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施節(jié)能專篇：暖通空調(diào)·動力.中國計劃出版社，2007

2014-07-09

秦振春（1981—），男，江蘇高郵人，碩士研究生，工程師，研究方向：中央空調(diào)設(shè)計與優(yōu)化。