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图书馆的空调通风如何设计?各类风口如何确定?三个方案值得学习

(2020-06-27 16:15:11)
标签:

暖通

暖通工程师

暖通空调

暖通设计

暖通设计杜老师

该项目位于广东省。规划总用地面积18344.20m2,其中建设用地面积:14772.16,总建筑面积59266.25m2,建筑主体高度40.3m。图书馆藏书320万册,阅览座位2000个。建筑地上七层,为多功能厅、阅览区、办公、教室、数据中心、典藏书库等用房;地下有半地下夹层和一层地下室,半地下夹层为展厅、会议采编、餐厅、非机动车库,地下一层为机动车库、图书配送中心与设备用房。图书馆外立面效果图如图1所示。树上鸟教育暖通设计在线教学杜老师。

图书馆的空调通风如何设计?各类风口如何确定?三个方案值得学习

 

空调设计参数

(1)室外空气计算参数

图书馆的空调通风如何设计?各类风口如何确定?三个方案值得学习

 

(2)室内设计参数

根据“民用建筑供暖通风与空气调节设计规范”、“图书馆建筑设计规范”及建设单位的具体要求,确定表2所示建筑物各部位的设计标准。

图书馆的空调通风如何设计?各类风口如何确定?三个方案值得学习

 

空调系统

(1)冷热负荷

采用HDY - SMAD 暖通空调负荷计算及分析软件进行热负荷和逐项逐时冷负荷计算,图书馆夏季冷负荷计算为5845kW,冬季热负荷计算为2218kW。

(2)冷热源

该项目在选择冷热源时,共有三个备选方案,分别如下:

方案一:采用中央空调系统主机采用3台水冷离心机组(制冷量2057kW)和2台燃气锅炉(制热量:1160) 作为系统的冷热源,其总制冷量为2057×3=6171kW,总制热量为1160×2=2320kW,夏季制冷进/出水温度12/7。冬季锅炉制热进/出水温度55/45。机组、水泵及燃气锅炉安装在建筑地下机房,冷却塔置于屋顶。

方案二:采用3台制冷量为1200kW的板管蒸发冷却式螺杆冷水机组加2台制冷量为1250kW(制热量为1200kW)的空气源热泵机组作为空调冷热源。板管蒸发冷却式螺杆冷水机组以及空气源热泵机组配套的冷热水泵设在地下室空调水泵房内,板管蒸发冷却式螺杆冷水机组以及空气源热泵机组设在主楼屋面。夏季制冷进/出水温度12/7,冬季空气源热泵机组制热进/出水温度40/45。

方案三:采用4台制冷量为1500kW (制热量为1450kW)的空气源热泵机组作为空调冷热源。空气源热泵机组配套的冷热水泵设在地下室空调水泵房内,空气源热泵机组设在主楼屋面。夏季制冷进/出水温度12/7,冬季空气源热泵机组制热进/出水温度40/45。

图书馆的空调通风如何设计?各类风口如何确定?三个方案值得学习

 

从三个方案比较来看,方案一初投资最低,运行费用也较低,但机房使用面积较大。地下室需分别设冷冻机房与锅炉房,屋顶需设冷却塔。方案二初投资适中,运行费用适中,地下室仅需设一水泵房即可满足使用要求,但屋面设备较多,荷载较大。方案三初投资与运行费用均为最高,但地下室机房所需面积与屋顶设备荷载最小。

考虑到该项目位于广东省,夏季冷负荷将远大于冬季冷负荷,若单使用空气源热泵的话将会浪费大部分热泵的制热能力,且空气源热泵COP偏低,运行费用将会比较高;若使用冷冻机组加锅炉的冷热源方式的话将会占用地下室较大面积作为设备机房,且考虑到锅炉在南方地区的使用率也不会很高,故也舍弃了该冷热源方式。

而方案二的空调方式能较好的避免上述两种传统的冷热源方式的弊端。夏季三台冷水机组和两台空气源热泵均开启,而冬天只开启两台空气源热泵。板管蒸发冷却式螺杆冷水机组系统COP较高,可达5.0。这样能使整个空调系统在夏季时能以一个比较高的效率运行,从而达到节能的目的。

且该设备冷冻机组与冷却塔可拼装成一台机组,与风冷热泵机组一同置于室外屋顶,地下室仅需设一冷热水循环水泵房即可。这样也能大大节省地下室空调设备用房的面积。

当然,此冷热源方案也有一些缺点, 例如屋面设备荷载较大等,但从节能、节地和对建筑环境的影响出发,然后综合各个方面的因素,并在和甲方沟通后确定了本方案。空调冷热源水系统原理如图2所示。

图书馆的空调通风如何设计?各类风口如何确定?三个方案值得学习

 

(3)空调风系统

1)大厅、大堂、展示区、阅览区、借阅区、演讲厅、休息区等大空间场所采用上送上回的全空气空调系统,并且按照全新风工况设计,全新风工况新风比为80%,并配置与全新风工况相匹配的排风系统,过渡季节排风与机械排烟共用管井,组合式空气处理机组采用初中效二级过滤。

2)小办公室、后勤等小空间场所均采用薄型吊顶空调机组或者风机盘管加新风的空调方式。

3)一层智能自助图书馆由于独立于主楼之外,采用变制冷剂流量多联式空调系统,并采用全热换热器提供新风。空调室外机置于一层室外。

4)古籍典藏书库、中山地方文献馆设恒温恒湿空调机组。书库用组合空气处理机组采用电加热再热方式实现温度湿度控制,电再热器与风机安全联动。

5)五层数据中心设置机房精密空调机组。

6)消防控制中心、值班室、电梯机房等设多联式或者分体式空调,能24小时工作,不受中央空调影响。

由于本项目的设计目标是绿色二星建筑,故在空调风系统中也采用了一系列的节能措施,如该项目新风均设置热回收装置,与排风换热。通过对排风的热回收,来调整新风的温度,降低空调能耗,经处理后的新风与回风混合后再送入空调机组。空调机房平面布置如图3所示;

图书馆的空调通风如何设计?各类风口如何确定?三个方案值得学习

 

另在一些人员密度变化较大的房间如阅览室、多功能厅均设有CO2浓度监测装置,当室外空气焓值高于室内空气焓值时,新风量根据室内二氧化碳浓度控制,但不高于设计新风量,且不低于设计最小新风量的10%。

(4)空调水系统

空调水系统采用按季节切换的两管制,并设置能量计量装置。系统分若干回路负担不同区域,贯通各空调设备。由于建筑平面较为复杂,空调水系统采用异程形式,夏季循环冷水,冬季循环热水,采用闭式定压罐定压补水,定压罐位于地下室水泵房。各空气处理机组设动态平衡电动调节阀组。于集水器汇合的各路回水管均设平衡调节阀,备系统平衡初调节和各管路流量测量用。

通风系统

(1) 地下车库部分设机械排风兼消防排烟系统,自然补风或机械补风,排风量按6次/h换气计算。地下汽车库及非机动车库均按防火分区设置机械送风。本项目为了满足绿建节能要求,地下车库送排风系统均设CO浓度探测器,根据浓度控制送、排风风机启动。

(2)变电站设置机械送风机械排风及气体灭火后机械通风系统。变电站气体灭火时电动关闭送、排风系统及变配电房进出风管上的防烟防火阀,灭火后手动开启送、排风系统及变配电房进出风管上的防烟防火阀,进行气体灭火后排风。排风量按事故通风标准设计。

(3)厕所设卫生间通风器与屋面排风机串联接力式的机械排风系统。

(4)污水间、垃圾房、隔油间等均设置独立的机械通风系统。

(5)为改善室内空气品质,平衡新风,展示区、阅览区、借阅区、多功能厅、休息区等设机械排风系统,加强通风换气,实现空气量的平衡,且排风量能够分别与空调季节和过渡季节相匹配。

(6)主要房间排风及补风情况详见表3。

图书馆的空调通风如何设计?各类风口如何确定?三个方案值得学习

 

防排烟系统

(1) 地下室汽车库及非机动车库按防火分区设置机械补风排烟系统。车库按防烟分区面积不大于2000m2设置。送风管和补风管合用,排风管和排烟风管合用,送风机兼作补风机,排风机兼作排烟机。平时开启送、排风机,通风系统运行。

失火时继续开启送、排风(烟)机(若为双速风机,此时排风(烟)机高速运行),通过弱电信号切换风管上的相关阀门使平时排风系统转为失火时的排烟系统,当烟气温度达到280时,排风(烟)机入口处的防火阀熔断关闭,同时关闭送、排风(烟)机。

(2)地下超过20m的内走道以及面积超过50m2的房间设置均机械排烟和机械补风系统,地上不满足自然排烟条件的区域以及高度超过12m的中庭全部采用机械排烟方式。失火时开启排烟风机及相应的排烟风口。当烟气温度达到280时,排烟风机入口处的防火阀熔断关闭,同时关闭排烟风机。

(3)所有不满足自然排烟要求的防烟楼梯间以及合用前室均设置机械加压送风系统。地上楼梯间与地下楼梯间加压送风系统分别设置。防烟楼梯间余压值为40~50Pa,通过在楼梯间正压送风井下段1/3处设置压力传感器,控制正压送风干管上的泄压支管上的对开多叶电动调节阀以维持防烟楼梯间余压。

该项目为了确保立面的美观,几乎无可对外开启的窗扇,这便造成需机械排烟的面积很大,消防风机较多。且为了配合景观的需求,屋顶的大部分面积将设计成为一个空中花园,可供摆放设备的空间很少,这便给消防设计带来了难题。

图书馆的空调通风如何设计?各类风口如何确定?三个方案值得学习

 

但同时发现图书馆内部阅览区、展览厅等大空间较多,这些大空间均设置了全空气系统,过渡季节需配置与全新风工况相匹配的排风系统。故目前的做法是按风量要求将排风系统与排烟系统进行整合,并将过渡季节排风与机械排烟的风管、管井、风机合用。

在地下室消防设计时发现图书配送 中心、自动分拣区等区域的走道较窄,对空调风管布置很不利。为了尽量减少风管的体积和数量,在设计时决定将平时新风管和消防补风管 合 用 一 根 风管,空调新风机出口加装常开的MEE阀,消防补风机出口加装常闭的MECH阀,能实现平时和消防时的顺利切换。

风管伸至同时需要新风和消防补风的房间时,新风支管上加装MEE阀确保火灾时能使其切断,另单独设GP常闭式消防补风口。这样,既解决了层高问题,又能保证平时和消防两套系统能够顺利切换。如图4所示。

图书馆的空调通风如何设计?各类风口如何确定?三个方案值得学习

 

经过上述设计,目前该项目除正压送风风管与中庭排烟等少部分消防风管外,其余消防风管均与空调、通风风管合用,管井、设备也尽可能的做到共用。这便大大节省了管材、管井面积与设备的数量,在确保通风、消防要求的同时也满足了景观的需求。

结语

空调冷热源在空调系统总造价与运行费用方面均占有很大的比例。建筑空调冷热源有多种形式可供选择,不同的冷热源形式,其造价、对建筑空间的要求、能源消耗质与量、对环境的影响、运行管理方式与费用都不同。

空调冷热源的选择应结合当地的能源条件与价格、建筑的性质与条件、建设单位与使用单位的情况、投资与运行费用、安全与环境因素等方面综合考虑。所以在项目进行前,对于如何做好一个项目,对于更好的满足甲方需求,都是非常有必要在冷热源的方案选择上仔细斟酌的。

图书馆的空调通风如何设计?各类风口如何确定?三个方案值得学习

 

该项目为了达到绿色二星建筑标准,除了文中提及的节能措施外,还另考虑了其他一些措施如室内采用调节方便、能独立开启、可提高人员舒适性的空调末端;提高建筑围护结构的保温隔热性能,减少空调采暖运行时的冷热损失等。

绿色建筑设计主张调整或改变现行的设计观念和方式,我国目前正处于经济快速发展阶段,作为大量消耗能源和资源的建筑业,必须发展绿色建筑,改变当前高投入、高消耗、高污染、低效率的模式,实现建筑业的可持续发展。面对全球经济一体化的发展趋势,发展绿色建筑是我国的必由之路。

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