临沂市民中心暖通空调系统设计及改进

阮秀英

上海同大规划建筑设计有限公司

1 工程概况

临沂市民中心项目位于临沂市北城新区北京路中段南侧，兰亭巷北，府前路东，算圣路西，基地西面为五洲湖，西北角邻市府大楼。

整个建筑为一栋东西向长193.5 9m；南北向进深80.40 m的矩形建筑。大楼西侧为地上六层；东侧为叠落式，七到十八层，每四层一跌落。地下一层，局部有夹层。建筑的总建筑面积为16万m2，建筑的总高度为83.1 m，其中地上建筑面积11万m2，地下建筑面积：4.5万m2。基地内的主体建筑为一栋6～18层的高层公共建筑，并附带有一个局部为二层的地下室。

高层公共建筑主要功能为市民服务中心和行政服务的办事机构，地下室主要功能为小汽车停车库和职工餐厅、电影院及设备房。

2 通风空调冷热源系统的特点

2.1 空调冷热源系统设计

本工程有舒适性要求的空间，设置冷暖中央空调系统。根据建筑物的平面布局、功能特点和业主要求，1～6层裙房空调系统冷暖主机形式采取如下方案：

中央空调冷、热源，采用2台650RT的水冷离心式冷水机组，置于地下空调冷热源主机房内，和2台293RT风冷热泵式冷水机，置于西六层屋面上，提供室内夏季空调系统所需的冷冻水（7/12 ℃）；冬季空调系统所需的暖水（60/45 ℃），由城市集中供热网提供热源经换热器转换（市政热源供回水温度为80/60 ℃），空调冷热源主机房内设有2台4900 kW的热交换机组。

空调水系统侧采用两管制一次泵变流量系统。

空调机组冷热源侧采用冷水机组台数控制和二通电动阀压差旁通，空调热源的换热系统设置气候补偿器。

冷、热源主机，结合冷（暖）循环水泵、冷却水泵、冷却塔、闭式膨胀水罐、电子式水处理器、电磁式流量计、压力表、温度计、各供（回）水支管、平衡温控阀门及末端空调设备等，构成了完整的中央空调系统。

7～18 层塔楼采用直接蒸发式变冷媒空调系统。值班室、消防监控室、电梯机房等，采用直接蒸发式变冷媒空调系统或独立的单元式空调机。

2.2 室内空调末端系统设计

本工程设计的中央空调系统部分，在空调冷（暖）媒介为冷（暖）水的前提下，室内空调末端设备根据不同的场合采用不同的形式。

大型公共空间，采用集中式全空气空调系统，设有空调机房，由集中的空调箱、送（回）风管、新（排）风管和散布的各种风口配件等组成；空调气流形式采用顶送散流器送风口，回风口集中设在空调机房侧墙面上，加上外墙防水新风口和室内百叶排风口，构成完整的公共空间气流组织形态。

小型单独的空间，采用半集中式空调系统，各层分别设有集中的新风空调机组及新风空调系统，分室设置变风量空调器或风机盘管，并设有新风风管和各种风口配件等；采用平顶门铰百叶滤网回风口和散流器等，构成各自空间的气流组织形态。

2.3 空调控制方式

本大楼设置楼宇自控系统（BAS），统筹控制空调系统设备的启停和运转情况。采用分散控制，集中中央监视方式（用中央监视盘进行启停·监视·计测·设定变更等操作）为提高运转效率，采用DDC（直接数据控制）方式对各空调设备进行自动控制管理。空调机组可根据负荷变化自动调节供冷（暖）量，空调末端设备可以由温控器调节冷量的需要，从而节约能量。集中式中央空调系统可采用全新风运行，以利用自然能源。

3 通风空调系统设计过程中遇到的问题总结及改进

3.1 冷热源系统选择问题

在方案阶段，1～6层裙房空调系统冷暖主机形式刚开始采取如下方案：

中央空调冷源，方案一：采用4台500RT的水冷离心式冷水机组，置于地下空调冷热源主机房内，提供室内夏季空调系统所需的冷冻水（7/12℃）；7～18层也采用水冷离心式冷水机组和1～6层的合用冷热源系统。但是甲方考虑7～18层的用途为出租，考虑能源计量的方便，7～18层的冷热源就采用了多联机系统加新风系统；方案二：采用2台293RT风冷热泵机组和2台650RT的水冷离心式冷水机组。由于甲方强烈提出临沂春秋供暖问题和4～6层特定区域员工加班时需要制冷问题，采用2台293RT风冷热泵机组解决过渡季供暖问题和4～6层特定区域员工加班时需要制冷问题，又能满足通过台数调节冷量的节能。

在这里特别提出春秋季节集中供暖停止后满足人们的舒适性所需的热负荷的计算问题，由于常规的负荷计算软件只能计算室外计算温度下的供暖热负荷，而不能计算春秋季节的供暖热负荷，所以这里采用了估算的方式进行计算。具体参考文献[1]去掉供暖期的日干球温度，剩下的日干球温度从小到大排序，根据民用建筑供暖通风与空气调节设计规范4.1.2条供暖室外计算温度应采用历年平均不保证5天的日平均温度，得出去掉供暖期后的室外计算温度11.2 ℃，具体计算可以参考文献 [2]经简单的比值关系可以得出(18-11.2)/(18+4.7)×6638=2000 kW。

1～6 层冬季空调系统所需的暖水（60/45 ℃），由城市集中供热网提供热源经换热器转换（市政热源供回水温度为80/60 ℃），空调冷热源主机房内设有2台4900 kW的热交换机组。

3.2 气候补偿器的设置问题

初步设计审图意见中提出空调热源的换热系统应设置气候补偿器。这个问题的提出是为了解决热源出力与末端热负荷之间不平衡的问题，是实现建筑供暖大幅度节能并提高室内供暖质量的关键所在。气候补偿器是一种调节热源出力与供暖用户负荷之间供需平衡的设备。就此问题查阅关于气候补偿器的资料，根据文献[3]发现气候补偿器实际运行效果并不明显，针对气候补偿器的控制目标和实际运行中存在的问题，一是通过控制电动调节阀来调节旁通水量，并且通过增大旁通管的管径（适当降低旁通管阻抗）增大可以调节的旁通水量范围。二是对于间供系统，根据二次侧供水温度与计算温度的比较情况，调节锅炉运行状态，将二次侧供水温度控制在计算温度允许范围之内。三是用动态的温度响应函数确定系统的计算温度，并进一步研究不同系统温度响应函数的具体形式。具体气候补偿器在系统图中的设置详见图1，如下。

图1 气候补偿器在系统图中的设置

3.3 末端形式的调整问题

刚接受项目的时候，工程设计周期很短，大概只有两个月，况且排烟井和正压风井还没有跟建筑专业配合，考虑中庭和东边厅是两层挑空，无法像其他房间采用风机盘管加新风系统，采用了全空气系统，档案室采用了全空气系统。体量大，人流量大，新风量大，冷量大，是这个项目的特点，当初的设计意图是考虑排风热回收，由于市甲方对外立面的要求比较高，立面上不允许开百叶风口，所以新风和排烟都必须通过竖井，考虑到再加排风竖井，都在空调机房内布置有困难，因此没有考虑排风和热回收，也是做这个项目时间仓促和考虑不周全的地方。另外新风井的风速不宜大于5 m/s，也应该特别注意，这样新风井的截面积比较大，和建筑专业配合时要尽早提出来。

3.4 地下室食堂空调设计的改进

地下餐厅面积有3600 m2，冷负荷636 kW，采用风机盘管加新风系统，餐厅的人员密度采用0.22人/m2，新风量为2400 m3/h。考虑到地下室没有窗，不能通过窗进行排风，所以周边小的餐厅设置了排气扇把污浊的空气排到大餐厅，在大餐厅里设置了排风系统，把污浊空气排到下沉广场，在此需注意排风口与新风口的水平距离大于10 m或者高差大于3 m。

3.5 防排烟系统设置的改进

通过排烟井进行排烟，每层有四个防火分区，每个防火分区南北各布置一个空调机房，空调机房内侧上布置了排烟井，强电井，这样布置建筑上把设备井道集中布置了，使得建筑面积的使用率高，但是这样给设备专业特别是暖通专业增大了布管难度，一层有全空气系统的送回风管跟排烟管的交叉问题，再加上跟电气桥架的交叉问题，使得现场施工时后续问题特别多。做设计时，布置管道时，也尽量考虑三种方案，比较哪一种管道走向比较好，加上设计周期很紧，有时间静下来认真总结时，感觉还是有很多不足的地方。另外排烟风管管径和风口进行放大，防止屋面排烟风机的风量为60000 m3/h的风井，一个排烟风机所带的防烟分区面积相差比较大，使得每个防烟分区的排烟量相差比较大，即使屋面排烟风机通风旁通风管调节风量，末端风管管径和风口的风速也超过规范20 m/s和10 m/s的限制，所以末端排烟风管管径和风口进行了放大，具体详见图2。

图2 末端排烟风管管径和风口进行放大

地下室车库排风兼排烟风管阻力是通过系统最不利环路的阻力估算的，对于绝大部分空调通风风管系统，都可以用式（1）估算，但是针对排烟系统的特点，风管内空气流速大引起动压过大的原因，仍然采用（1）式势必引起较大的误差，根据参考文献[4]排烟系统总阻力计算采用式（2）。选择常做的地下车库排风兼排烟的系统计算做对比，后者稍大，相对误差小于15%。根据以上结论，本次地下车库排风兼排烟的初步设计阶段风管阻力计算采用式（2）计算。将排烟风管的风速尽量控制在15 m/s以下，由于部分地下室层高为5 m，层高比较高，导致排烟量比较大，管道阻力比较大，阻力大多选了800 Pa左右。

式中：△P为风管阻力，Pa；R为单位长度风管摩擦阻力损失，Pa/m；L为风管总长度，m；K为整个管网局部阻力和沿程阻力的比值。

3.6 档案室空调通风系统设置

在二层和三层分别设置了面积为687 m2和415 m2两个档案室，初步设计送风量按照6次/h换气次数，档案室面积被书库的占有率为40%计算，送风量分别为15000 m3/h和8000 m3/h，考虑到档案室人员比较少，新风按照10%的比例选取。针对档案室的空调系统较常规空调系统的特殊性，设置为恒温恒湿全空气空调系统，考虑到考虑到过渡季节通风，在送风管道上设置了管道式除湿机，以满足档案室对温度的恒温恒湿的要求。另外还需注意的是既然考虑了过渡季节的通风问题，应该加大空调机组的新风风管和新风百叶风口的面积。

4 结论

1）冷热源的选择以及冷水机组和风冷热泵机组冷量的搭配，解决了春秋供暖期开始前和停止后的供暖问题，还解决了制冷期间四至六层B区的出租办公室晚上加班时间的制冷问题。避免了小冷量的使用开启制冷量大的机组，达到节能的目的。

2）气候补偿器的设置通过控制电动调节阀来调节旁通水量，并且通过增大旁通管的管径（适当降低旁通管阻抗）增大可以调节的旁通水量范围。

3）排烟末端排烟风管管径和风口进行了放大和排烟风管的阻力计算改进，是设计过程中的改进，更有利于排烟系统的运行实际，是今后设计中应该注意的地方。