西安世界园艺博览会创意馆空调系统设计

1、 暖通空调 年第 卷第 期西安世界园艺博览会创意馆空调系统设计北京市建筑设计研究院赵 伟摘要 介绍了该空调系统的设计 思路 。该项目采用全空气变风量系统埋管地源热泵加地下水地源热泵 采用 了地 板送风方式 。通过合理的设备选型与控制策略设计 保证了空调系统全年的运行效果冷 热源形式为 地，。分析了设计中存在的不足关键词 空调系统 地板送风 变风量 运行 控制策略。 ， ， ， ， 建筑概况创意馆位于 年西安世界园艺博览会主轴线上 ，整个展馆结合码头和周边场 地进行设计 ，建筑布局呈 “王”字型 ，由三翼不规则 几何体组成 ，青铜金属 、石材及花园式种植屋面等不同饰面的无规则衔接处理 ，形成了错

2、落有致 、内 涵丰富的艺 术效果。作为东道主展馆 ，力求体现西安深厚的文化积淀和辉煌的历史 ，更重要的是通过富有创意的设计展现西安光明的未来 。主体采用钢筋混 凝土结合钢结构的形式 ，屋顶使用了 混凝土褶皱板结构，以满足建筑对大跨度空间的需求 ，优美的结构形式体图 建筑效果图业施工图设计。该馆建筑面积 高 ，现了功能与形式相结合的建筑艺术最高境界。基，主体 层，局 部 层，工 程 投 资 亿 元，于年月底完工 ，并于 月日正式接待国内外参观者 。本使用功能为展厅 ，主要满足以保护环境为主题的展览和园艺生态未来展览等功能 ，并提供国际竞赛活动的空间 。该建筑方案由全球景观都市主义领军人物 、英国

3、 首席设计师 教授设计 ，其建筑完成实际效果见图 。北京市建筑设计研究院完成了该项目的 机电设计方案及各专 赵伟 ，男，年月生 ，硕士 ，工程师 北京市南礼士路 号北京市建筑设计研究院（） ： 收稿日期 ： 修回日期 ： 暖通空调 年第 卷第 期工程实例空调设计参数部分均为层 高不超过 的设备夹层，不计入建筑面积 。 室外设计参数室外设计参数采用文献 提供的西安市设计气象参数 ，见表 。）在过渡 季节尽可能多地采用全新风运行，不仅有利于营造高品质的室内环境 ，也有利于节约能源 。表 室外设计参数冬 季 供 暖 室 外 设 计温度 夏 季 通 风 室 外 计 算温度 ）更有效地满足管理及控制的需

4、求 。集中设冬 季 空 调 室 外 计 算温度冬 季 空 调 室 外 计 算相对湿度 室内设计参数夏 季 空 调 室 外 计 算干球温度置的设备机房 ，供配电简单 ，控制系 统也可 集中设置，同时也方便管理人员集中管理 。夏 季 空 调 室 外 计 算湿球温度当然 ，采用集中空调机房的缺点也显 而易见：必须修建连通机房与两侧设备夹层的管廊 ，送风距离较长 ，不仅使空调机组风机能耗高 ，管道 温升也较大 。因此 ，本项目空调系统必须最大限度地降低送风温度 ，增大送回风温差 ，从而减 小空调 机组送风量 。室内房 间由展厅、员工办公室和 休息厅等组成 。展厅内温度和相对 湿度设计值按满足人体舒适度

5、及展 品相关要求确定；办公室和 休息厅均按常规做法取新风量为 （人）；展厅设定参观人数上限为 人，由于人员密度很展厅内因装饰需要形成了折板式屋面和侧墙 ，为保证建筑展示效果 ，除中间展厅主入口部分采用常规球形喷口侧送风方式外 ，展厅其余部分及首层和 层连廊部分均使用了地板送风方式 。展厅内地板送风口布置尽量避开参观人员的活动区 ，见图。大，因此新风量设计值取 （人）。室内设计参数见表 。表 室内设计参数夏季冬季新风量 （人）温 度 相对湿度 温度 相对湿度展厅员工办公室 休息厅 冷热源本工程空调设计冷负荷 ，单位 面积冷负荷指标 ；设计热负荷 ，单位面积热负荷指标 。整个园区统一采用地埋管地源

6、热泵结合地下水地源热泵的冷热源形式 （同时采用了地埋管换热器和水源井两种方式取得冷却水 ）。本项目选择 台制冷量为 的半封闭螺杆式冷水（热泵）机组 ，机房设在 地下设备层，夏季供回水温度为 ，冬季 供 回 水 温 度 为 。此 部分设计为常规设计 ，本文不再详述 。图 建筑首层平面及空调送风口布置空调系统地板送风空调 设计思路本工程空调系统采用全空气变风量形式 ，空调通常采用地板送风空调方式 ，尤其是送风口离人员活动区较近时 ，如果送风温度过低 ，会导致室内人员强烈的不适感 ，甚至会导致风口乃至地板结机房设在地下 层中间部分 ，内设 台额定风量为 的组合式空调机组 ，通过地下 连廊与露 。因此

7、本项目采用了基于低温送风和变风量两侧展厅下方的设备 夹层连接 。采用上述设 计方式主要是基于如下考虑 ：空调二次回风的设计思路 ，即尽可能减少空调机组的送风量和降低送风温度 ，空调机组一次送风送入与送风口连接的静压箱内后 ，与由混风末端引入的二次回风混合 ，再由设置于地板上的送风口送入展厅，并保证送风温度不低于 ，送风风速不高于）尽可能增加使用空间 ，减 小设备机房 占用的建筑面积 。地下 层仅中间部分设有消防泵房 、配电机房 、冷水机房和空调机房等 设备用房 ，其余 （）赵伟，等：西安世界园艺博览会创意馆空调系统设计 。其优点在于 ：混风末端从设备夹层内直接回风 ，并作为二次回风与空调机组送

8、风在送风静压箱内混合 ，然后由地板送风口送出 。设备夹层内混风末端 、送风静压箱、风管穿过楼板处均设置消声装置 ，并作隔声 、隔振处理 。所有风口处均设置抽屉式粗效过滤器 ，以便清洗和日常维护 。）在空调机组送风量减小时仍能提供较大的循环风量 ，解决了 因 风 量 减 小 导 致 的 气 流 分 布 不均、空气品质下降等问题 。）在控制风速的前提下 ，可 以有效地提 高送风温度 ，满足人体舒适度的要求 。）部分混风末端内设置了热水盘管，冬 季展 变工况空气处理过程厅内进行值班供暖时 ，仅开启末端循环风机即可满足室内温度要求 。室内冷负荷或热负荷以及湿负荷随时都可能变化，为了保证室内温湿度要求

9、，必须根据室内冷 （热）、湿负荷变化情况，对空调系统进行相应的调节 。本工程室内冷负荷主要由照明和工艺设备 、人员、围护结构三部分负荷构成 。其中围护结构冷负荷变化范围最大 ，人员冷负荷变化次之 ，而作为最主空调机组主要由设置于展厅顶部的回风口直接回风 ，回风量不足时由设备夹层的回风静压箱补足。空调系统图如图 所示 。要冷负荷的照明和工艺设备冷负荷基本保持不变。通过计算 ，本工程冷负荷变化范围不大 ，约在设计冷负荷的 之间变化 。室内湿负荷主要是人员的散湿及很少一部分展品的散湿 。由于参观人数存在不确定性 ，因此湿负荷变化范围很大 。根据上述分析 ，有如下三种典型的空调工况 ：）显热负荷与设计

10、值接近 ，而潜热负荷比设计值小，热湿比 。由于 增大，斜率增加 ，由图设计（其中 为设计状态下的空气处理过程）可以看出 ，热湿比线很容易与舒适区相交 ，因此处理后的空气送入房间后 ，房间温湿度参数可以比设计状态下更容易地被控制在舒适区 。图 空调系统图 地板混风末端装置混风末端内设置 台多挡变速风机 ，考虑到该风机需要独立控制且偶尔间歇运行的特点 ，采用了并联式末端混风装置 ，如图 所示 。注：此处主要分析热湿比变化条件下室内化，风机温升作为有利条件没有考虑状态点的变图 焓湿图）显热负荷比设计值小 ，潜热 负荷也 比设计图 混风末端大样图 暖通空调 年第 卷第 期工程实例值小 。前文已说明 ，

11、本项目显热负荷变化范围小而潜热负荷变化范围大 ，因此最有可能出现的情况仍的空调系统完全能满足室内舒适度和空气品质的要求 ，得到了各方面的一致好评 ，但 其间仍 有许多值得总结的经验教训 ，供各位专家和同行探讨 。然是 。设计）显热负荷比设计值小 ，潜热负荷基本不变 ，）送风管路如采用土建风道或土建送风静压箱时 ，一定要慎之又慎 。创意馆展厅内部分坡道上设置的送风口 ，由于安装空间限制 ，无法将 风管接至风口处 ，而是将空调机组一次送风与混风末端二。图 中的空气处理 过 程 设计 示出了显热负荷为 设计值的 、湿负荷基本不变时的情况 。从图 可以看出 ，在这种最不利工况下 ，室 内 相 对 湿

12、度 仍 能 保 证 小 于 ；反之，如果采用定风量系统 ，在不采取再热 措施的情况下 ，室内状态点将落在 相对湿度线以下 ，不仅能耗增加 ，室内舒适度也得不到保证 。次回风混合后 ，送入坡道与底板之间的空腔内（构成土建静压箱 ），而后由坡道上的风口送出 。尽管施工方一再强调要把所有缝隙堵严 ，但施工验收时的实测结果表明 ，土建静压箱上安装的送风口风速 系统控制策略仅为 ，漏风非常严重 。空调系统控制可以分为空调机组的控制和混风末端的控制 ，并需要通过适当的控制策略达到在满足送风温度 、风速 、室内温 度和相对湿度要求的同时 ，降低系统能耗的目的 。）本工程采用了地下水加地埋管地源热泵的冷热源形

13、式 ，不仅投资高 ，而且也很 难解决 冬夏季冷热负荷不 匹配 的 问 题，给 以 后 长 久 使 用 带 来 隐患。由于冷热源方案是由整个园区统一规定的 ，作为设计者也 只能 勉 为 其 难，但 笔 者 对 此 类 展 览 建筑，尤其是大型建筑采用地源热泵作为主要冷热源持保留态度 。）室温控制展厅内温度直接由空调机组控制 。在空调机组回风管上设置温度传感器 ，根据室内温度的设定值与实测回风温度的差值确定风机的转速 ，传感器测得的回风温度高于设定值时 ，增加风机变频器频率，提高风机转速 ；反之则降低风机转速 ，风机变频器设置最低频率限制 （ ）。）变风量系统对于展览建筑的适用性在节中略有叙述 ，

14、文献中给出了较多的分析和案例。笔者认为 ，此类系统用于单一空间的整体调节较为有利 ，而且能够最大程度地在部分负荷下减小空调机组的风量 ，节约能源 ；但对于一台空调机组负责多个使用功能房间的系统 ，则需慎用变风量系统 。空调机组冷水回水管上设电动调节阀。当风机运行频率高于 时，通过调整电动调节阀开度来控制机器露点 （空调机组一次送风温度 ）恒定 ；当风机运行频率低至 时，则在保持风机频率为 的同时 ，通过调节电动水阀开 度，提 高机器露点温度 ，从而满足要求 。结语 阐述了西安园艺博览会创意馆采用全空气变风量系统结合地板送风方式的设计方法及相关参数选择 ，为此类空调系统应用在展览建筑提供了现实的案例 。）室内相对湿度控制如 节所述，该系统可以在 最 不 利 的 工 况下，控制室内相对湿度小于 ，因此控制策略不涉及相对湿度控制内容 。 分析了此类建筑的负荷变化特性及空调系统的变工况运行特点 ，提出了相应的控制策略 。 简要分析了变风量系统在展览建筑中的适用性。变风量系统适合应用于此类开敞式的大型展览空间 ，在不使用再热的情况下仍能满足室内舒适度的要求 。）送风温度控制送风温度由混风末端控制 ，当送风温度低于设定值（ ）时，增大混风末端装