北京某游泳馆空调设计1.doc

北京某游泳馆空调设计1. 概述游泳作为一种竞技体育项目和人民大众体育活动，日益得到广泛的发展。作为开展这种体育活动的场所之一室内游泳馆，也在逐步发展，功能逐步完善。由于游泳馆具有特殊的建筑功能，因此，在空调负荷计算，空气处理方式，以及设备选择上都有不同于常规建筑的地方。2. 设计方案2.1 建筑特点室内游泳馆常年使用，并且功能相对单一，因此，室内的设计状态常年一致。由于其建筑功能，室内具有巨大的水面，水温基本不变。由于人员卫生要求，水体本身须循环处理，一般采用氯气消毒方式，室内空气氯气含量很高，室内的空气具有腐蚀性。2.2 空调、通风特点2.2.1 空调、通风要求由于氯气的毒性和腐蚀性，因此室内要保持一定的负压，因此要设置排风机。在空气处理过程中，不可采用常用的一次回风方式，因为含有氯气的回风会腐蚀设备。2.2.2 负荷特点室内由于湿负荷很大，且常年一致，因此，一年四季均须除湿。同时，由于室内状态基本不变，水面温度也基本恒定，水面和空气存在一定的温差，加之水面面积巨大，在冬季形成较大的显热损失，不可忽略。室内的负压要求，会产生很大的空气渗透，会带来很大的热、湿负荷，这点在计算负荷时也应根据实际情况，予以考虑。2.2.3 空调目的根据冬夏季室外状态的不同以及室内的空气状态，确定空调的方案，同时也用于判断各负荷是否可以做为设计裕量而忽略。冬季，室外温度低，空调的目的是保暖和除湿；夏季，室外温度高，湿度大，空调的目的是降温和除湿。2.2.4 能耗要求由于必须采用直流式系统，运行能耗是相当大的，因此要采用一定的节能措施，如采用热回收装置，可以节约能耗。根据热回收的机理不同，可以分为显热回收和全热回收两种，本例中采用全热回收方式，逆流换热。2.3 负荷计算负荷计算应该将控制范围内一切对室内温度和湿度产生作用的因素统一考虑，但是在实际分析和设计过程中，根据室内的具体情况和人员的接受程度，以及空调的目的不同，可以将某些负荷忽略，为实际运行提供更广阔的空间。2.3.1 夏季室内负荷夏季室内负荷包括四个方面，其中围护结构、人员、灯光等的常规冷负荷以及人员带来的湿负荷按照不稳定传热的方法计算，本文不再重复。由于室内负压产生的空气渗透，而带入的热、湿负荷，由于温差、湿差较小，可以忽略。空气向水面的传热，对于室内空气而言，本身是热量的散失，因此在夏季以降温为目的的空调计算中，这部分可以作为设计裕量，也不考虑。但是，水面向空气的传湿，大幅度的增加了室内的湿附和，应予详细计算。在计算水面向空气传湿量时，不宜按照一般手册中提供的池水蒸发量计算公式，其中：W1敞开水面湿负荷 （kg/h）F水槽蒸发面积（m2）g单位水面蒸发量（kg/(m2 h)）B当地大气压力（Pa）因为该式是按照静止水面和较小风速计算的，在游泳池的环境下，水面会溅起很多水珠，使得水和空气的接触表面大大增加，同时也会增加和空气的相对速度，因此如果按照上述公式计算的传湿量比较保守，同时，在游泳池旁边，存在这较大面积的湿润地带，这也是该类建筑所特有的，这些地带的散湿量是很难详细计算的，笔者根据相关资料*，对于游泳池的传湿量，采用了对上述公式进行修正的计算方法；对于周边湿润地带也得到了较为实际的传湿量。两部分的计算公式如下：（1）池水蒸发量其中：C蒸发系数，取值0.037P1水面空气的水蒸汽分压力（Pa）P2水表面温度的饱和水蒸汽分压力（Pa） (2)周边湿润地区的传湿量其中：W2周边湿润地区的传湿量（kg/h）空气对水的对流换热系数（kJ/m2 oC h）tg空气干球温度（oC）ts空气湿球温度（oC）湿球温度的汽化潜热（kj/kg）F湿润地带面积（m2）2.3.2 冬季室内负荷也包括四方面，当时此季节的空调要求是保暖和除湿。其中维护结构热负荷按照常规计算。冷风渗透部分，由于温差较大，应予计算，同时冷风渗透带入的干燥空气，可以作为冬季除湿的裕量忽略。空气向水面的显热传热则与空调目的一致，应予计算。第四项为水面向空气的传湿，以及带来的潜热热量。由于冬季和夏季的室内空气状态相同，水面状态也相同，因此冬季和夏季，水面以及周边湿润地带的传湿量也相同。2.4  空气处理过程2.4.1  处理原则首先，全年的送风量一致，并且送风和排风量相同，便于空气处理过程的控制和分析，其次，要确保除湿效果，把维持室内湿度放在重要位置。同时，为了设备简单，易于管理，冬季和夏季要采用相同的热回收设备。本例中采用转轮全热回收装置，这种热回收装置的效率一般在70%左右。2.4.2  计算步骤（1）冬夏季分别计算送风量，取较大值作为确定送风量。冬季：为了防止换热器结霜，应先将室外空气预热到一个较高的温度，一般取5 oC，根据热回收效率得到热回收器出口的空气状态，由热湿比线计算送风量。夏季：根据热湿比线及送风温差确定送风量。这里需要说明的是，当冬季风量较大的时候，夏季可采用再热方式，当夏季风量较大的时候，可以选取效率较高的换热设备，或者维持现状，偏于安全。（2）根据送风量确定送风状态点，分别确定处理过程。冬季：根据热湿比线得到送风状态点，确定二次加热量。这里需要注意的是，送风温度不可过高，一般控制在45 oC左右。夏季：根据换热器效率确定新风在表冷器前的状态点，确定冷机的装机容量。2.5  能耗分析根据能耗计算，冬季热回收效果比较明显，可以达到30%左右，夏季热回收效果低于冬季。但是冬季由于采用全热回收装置，会回收部分室内的水分。2.6  计算实例室内设计状态：tg=26 oC，=70%室外设计状态：夏季：tg=33.2 oC，ts=26.4 oC                 冬季：tg=-12 oC，=45%室内负荷：冬季：围护结构和冷风渗透：243.4kW                 水面向空气的潜热传热：257.2 kW             空气向水面的传热：128.6 kW             夏季：475 kW             湿负荷：370kg/h这里需要说明的是，夏季空气渗透带来的冷负荷为28.6 kW，湿负荷为19.8kg/h,分别占夏季室内冷负荷和湿负荷的6%，5%。计算得到风量为60000m3/h夏季空气处理过程：状态点室外热回收出口送风点室内温度（oC）33.229.41826含湿量（g/kg）18.617.311.516.5焓（kJ/kg）81.57448.570.5冬季空气处理过程：状态点室外预热后热回收出口送风点室内温度（oC）-1252146.526含湿量（g/kg） 0.511.511.516.5焓（kJ/kg） 6517670.5相对湿度45%    2.7 小结2.7.1 系统采用直流式，并且进行热回收，加排风系统。2.7.2 整体处理方案为冬夏季风量一致，处理方式不同。2.7.3 冬季空调目的为升温降湿。2.7.4 夏季负荷计算中，空气向水面的显热传热量可以作为裕量。冬季负荷计算中，这部分应计入冷负荷，而由空气渗透带入的干燥空气的除湿量则可作为湿负荷计算的裕量。2.7.5 计算采用同一设备，效率各项一致。2.7.6  冬季空气进入全热回收设备前必须预热。2.7.7 冬季节能效果比夏季明显。*文中提及相关资料来自于张铁辉娱乐性游泳馆采暖通风设计若干问题的探讨（北京建筑设计研究院内部论文集），在此特别表示感谢。参考文献：北京远洋大厦暖通空调设计经验与教训工程概述远洋大厦座落于北京西长安街南侧、复兴门立交桥东南、首都黄金地带。大厦建筑面积约11万m2，建筑高度67.3m。地上共17层：包括首层商务、服务、辅助性商用，216层为办公、17层为俱乐部；地下共3层：包括餐厅、厨房、会议、物业管理办公、各类机房、汽车库、自行车库、仓库及人防等功能。标准层高3.70m，办公室内净高2.65m，空调面积约7.9万m2。大厦四立面约75%的面积为透明白玻璃点式幕墙，是一幢整体性、高档次、多功能、智能化综合写字楼。设计始于1995年，2000年8月建成并投入使用。空调系统根据大厦高起点的定位，空调系统按照高标准、高效、经济节能的原则进行设计。室内设计参数如下：场所干球温度（）相对湿度（%）最小新风量m3/h.p夏季冬季夏季冬季总裁办公室23242122554085贵宾室、个人办公室24252122554050办公室、休息室、会议室2526212260403035商场、展示厅25261820654020宴会厅、餐厅、多功能厅24252122654025咖啡厅、酒吧、舞厅23242223604030壁球、高尔夫、健身房23241920604030桑拿、浴室25262425707030门厅、大堂、走廊27281618计算机中心21232022654030电话机房、消防安全控制中心25262122554030 目前大厦冷冻机装机冷量为13185kW（3750 RT），空调总冷负荷为11866kW，冷负荷指标为108.6W/ m2。冷冻机房位于地下二、三层，采用4395kW/台（1250RT/台）离心式冷水机组三台，冷媒为R134a。冷冻水供回水温度7/12，冷却水进出水温度32/37。冷冻水系统为一次泵复式变流量系统。水泵三用一备，抽出式设置。分、集水器间设旁通管和压差调节阀以保证供回水管路压力平衡及过渡季出现冷冻回水温度过高时降低其温度，使冷水机组安全运行。为避免负荷偏载发生、平衡管网阻力，在水泵出口上设置动态平衡阀以保证水系统在出现流量变化等状况时能安全、平稳地工作。水系统由设在屋顶的膨胀水箱定压，冷冻水系统充水及补水均使用软化水。空调水系统主干管采用下供下回双管异同程结合式系统，按空气、新风处理机组和风机盘管两个环路供水。空气、新风处理机组环路为四管制，为有利于冬季加热盘管防冻，提高传热效率，热水供回水温度为85/60，由热交换站提供。为解决管路水力失调和节能的问题，各末端机组均设静态平衡阀和电动调节阀。风机盘管环路为二管制，冬、夏季供水转换在冷冻机房进行，冬季供回水温度为60/50，各供水单元回水干管上均设静态平衡阀。四管制供水，使系统具备同时供应冷热水的可能性。尤其是在过渡季，当大厦南北两侧要求分别供冷、暖时，通过管路切换，可满足要求。根据房间的使用功能，设置了全空气空调系统和风机盘管加新风的空调系统。地下一层餐厅、多功能厅、厨房、地下二层变配电间及首层大堂、顶层俱乐部采用全空气系统。根据各自的负荷特点，空调循环风量为3540m3/h.m2,新风比为3045%。综合考虑节能、降低投资、保证送风的清洁度和便于控制管理的要求，除厨房和变配电间之外，均采用一次回风系统。厨房和变配电间为直流式系统。一层大堂气流组织方式为双侧对喷多股平行射流方式，其余均为上送上回或侧送上回方式。为保证新风的清洁度，避免新、排风的交叉污染，各系统新风取风方式结合建筑特点采取由集中新风竖井从大厦上部引入和各层就地取风的两种方式，并使新风口远离各排风口。空气、新风处理机组均采用了初、中效过滤，以保证室内空气洁净度达到高标准。冬季加湿为液下浸透湿膜方式，餐厅、厨房、变配电间冬季不设加湿。为避免由于冬、夏季冷热水温差过大造成盘管因热胀冷缩导致过度疲劳、缩短使用寿命，采用了冷热双盘管。各层办公室和人员流动性大，负荷变化频繁的首层商务、服务、展示厅、零售店、贵宾室及中小会议室等采用风机盘管加新风系统。针对销售和出租以及物业管理的需要，各层办公室大开间区域均按约100m2面积划分控制单元、设置供回水回路以便于检修和维护并避免干扰其它租户。为了减少室内风机盘管的负荷，减少凝结水量，有利于降低风机盘管的噪音，保证新风的清洁度，将新风处理到室内状态的机器露点温度并送至风机盘管出风口上。这一做法还避免了若将新风送至风机盘管回风口位置上，当风机盘管的风机停止时，新风从回风口流入房间把沾附在回风过滤网上的灰尘吹入室内的缺点。为保证大厦24小时值守的机要部门、业务值班室及计算机中心等特殊部门的正常运行并不受集中空调系统运行的影响和干扰，节约能源，设置了局部空调系统。电话总机房、消防安全监控中心，楼宇自动化监控中心分别设置风冷柜式空调机组；计算机中心采用机房专用恒温恒湿机组；航运业务值班室及机要室采用VRV系统；弱电电缆引入小室和电梯机房采用分体空调。冬季热源及采暖系统设计采暖空调热负荷为12650kW，热指标为115.8W/m2。热源由城市热网供给，一次水供回水温度为95/70，经热交换后，高温二次水供回水温度为85/60，供采暖系统及空气、新风处理机组使用。各类机房、自行车库等设58的值班采暖，人防掩蔽体采暖设计温度为18，厕所为16；低温二次水供回水温度为60/50，供风机盘管和汽车坡道化雪系统使用（化雪系统因故未上）。为保证一层室内良好的温度环境，抵挡大门的冷风侵入，在各大门入口处均设置了热空气幕。通风防排烟系统各类机房或库房的通风换气次数名称换气次数（次/h）名称换气次数（次/h）地下库房3变配电所20厕所10油库、油泵房10厨房40冷冻机房、8汽车库6水泵房3煤气表房10热交换站、锅炉房10柴油发电机房12电缆引入小室5 为避免二次污染，结合大厦建筑结构的特点，地下各类用房分别采用窗井排、补风及屋顶高空排放两种通风排烟方式。地下各类机房、库房和汽车库均通过不同窗井排风排烟和补风；垃圾间、厕所和厨房分别通过排风竖井将排风从屋顶排出。须设机械排烟的库房、汽车库及厨房等均设置采用双速风机的通风兼排烟两用系统及补风系统。部分系统根据需要同时设置了通风电动风阀和排烟防火阀。平时通风时，双速风机低速运转，开启电动风阀，关闭排烟防火阀；火灾时，双速风机高速运行，关闭电动风阀，按防烟分区开启各排烟防火阀及启动补风系统，以保证通风兼排烟的双重功能要求。中庭通风兼排烟风机位于屋顶设备层。平时根据中庭的空气温度开启部分风机，火灾时，所有风机全开，以保证顺利排烟。楼梯间及其前室，消防电梯间前室均分别设置机械加压送风系统。着火时，通过楼梯间常开风口及被开启的前室着火层及其上下各一层的风口送风，使风压按楼梯间前室走道形成递减的压力梯度，以达到防烟的目的。须设机械排烟的空调房间及内走道均设置机械排烟系统或通风兼排烟系统。为保证排烟顺利，在无自然补风条件的空调房间，利用其空调系统进行补风：即按防烟分区分别设置排烟防火阀，着火时，开启机械排烟系统及该防烟分区的排烟防火阀，保持空调送风作为补风，达到空调系统按防烟分区及时补风，排烟系统顺利排烟的目的。空调系统控制作为大厦先进的BAS楼宇自控系统重要组成部分的空调系统控制，是保证空调系统达到高效节能的目的，实现现代化运行管理的重要手段。根据大厦的功能特点，为了便于管理和节省投资，空调系统控制采取了中央控制和局部区域自控相结合的方式。冷冻机房设置双重控制即以机房就地控制为主，以中央控制室监控为辅的方式。自控包括开停机的自动动作程序，通过负荷流量计算来确定开机台数及调节运行负荷率、机组的轮时启动程序以及旁通环路的自动开启和关闭。空气、新风处理机采取以中央控制为主、就地控制为辅的方式。空气处理机组自控包括根据回风温、湿度控制其表冷（或加热）段及加湿器（冬季）的水阀开度、调节新风比、通过过滤器两侧的压差传感信号报告过滤器的堵塞情况、提供风机故障报警及设备停机时自动关闭新风阀。新风处理机组自控包括根据室外空气焓值控制其表冷（或加热）段及加湿器（冬季）水阀开度，通过过滤器两侧的压差信号报告过滤器的堵塞情况，提供风机故障报警及设备停机时自动关闭新风阀，冬季当加热段后温度低于5及停机时提供防冻保护。门厅、厕所等公共场所的风机盘管采取中央控制方式，由中央控制室实行远程群控。其它专用场所风机盘管采取局部区域就地控制方式。通过温控三速开关控制风机盘管风机的启停和三速运转，根据室温自动调节盘管水阀的开关。经验及教训冷水机组的配置及外遮阳的应用远洋大厦冷水机组配置方案因业主的原因及建筑的变化经历了“部分冰蓄冷”、“二大一小主机”、及目前的“三大主机”的配置变动。大厦在建期间，由于加层（增加了二层）以及带形镀膜玻璃窗改为落地白色透明玻璃点式幕墙，使建筑面积增加了近1.5万m2，窗墙比由原来的1:4变为3:1，窗玻璃的遮挡系数也变大，导致冷负荷大为增加。在冷冻机房和变配电所无法扩大增容的情况下，采取了三台1250RT/台的冷机配置，并在大厦东、西、南三受光面设置了大面积卷帘式智能化外遮阳。经过四个夏季的运行，冷水机组和外遮阳的联合使用满足了设计要求，但晚上须正常启用一台冷机才能负担夜间负荷。由于大厦24小时工作的部门均设置了独立的局部空调系统，当晚上加班人员离去后冷水机组就停止制冷，晚上加班期间负荷变化不显著，因此在本工程中，大冷机低负荷运行的不合理情况并不明显。卷帘式外遮阳的有效使用，大大减少了窗玻璃的辐射得热，达40%以上。削减了装机冷量和电量，缓解了过渡季东、南、西向房间过热的程度，是节能和节省运行费用的途径之一。四管制供水及动、静态平衡阀的配合使用由于大厦大面积使用白色透明玻璃点式幕墙，在冬季和过渡季部分时段，大厦北侧和南、西侧热负荷不平衡，当卷帘式外遮阳无法使用时，出现北侧需要供暖、南侧需要供冷的情况。四管制的空调水系统为满足这一要求提供了可能性。虽然四管制增加了系统的投资，但与满足不了用户的舒适性要求，造成物业经营管理上的较大经济损失相比，还是合理的。在大厦57台空气、新风处理机组中，新风处理机组占86%，远远多于空气处理机组，新风处理机组负荷也远大于空气处理机组负荷。并且绝大部分新风处理机组风量一样，负荷相同，使用时间一致。要保证机组正常工作，供水系统主要矛盾是保证流量按比例分配。工程中利用静态平衡阀调节性能基本上按线性变化的特性解决了这一问题。不仅在设计工况下，保证了流量的合理分配，即使当管路供水量因大厦负荷变化而改变时，各机组之间的流量分配比例仍大致不变。对于采用并联环路制冷系统而言，保证安全平稳运行的难题是避免多台冷水机组并联运行时发生出力不均的偏载现象和部分机组运行时，因流量减少管路水力特性发生变化，造成水泵电机电流过载的问题。利用动态平衡阀自动调节补偿管路阻力的特性可有效避免偏载和电机电流过载的发生。本工程中，由于动、静态平衡阀的配合使用，保证了水系统安全、有效及平稳的运行，避免了人为疏忽造成危害的可能，节省了管理维护工作量。冬季日照的充分利用及技术经济的合理平衡因采用白色透明玻璃幕墙导致不同朝向得热不平衡的问题，同时也提供了冬季合理利用日照，减少供热量，节省能源的契机。由于时间和空间的限制，本工程不能做到将南、西受光面多余的日照得热提供给需热量大的地方。但合理利用日照得热对于平衡大楼的热负荷和节能来说，是很有意义的。在现代建筑中，由于建筑美观的需要，大量采用玻璃等通透性建筑材料，为建筑节能和节省设备投资带来了很大的困难，如果能够综合考虑技术经济诸方面的因素，协调好各专业的关系，应该能够找到一个合理的平衡点。结束语远洋大厦暖通空调系统自投入使用以来，经过三个冬季、四个夏季的运行，事实证明系统达到了设计的要求，为大厦各项功能的完美实现做出了贡献。参考文献