16首都博物馆空调设计

首都博物馆空调设计 中国建筑设计研究院 　关文吉☆ 　张 　力 　蔡 　玲 　宋 　玫 　李冬冬 摘要 　根据建筑功能及对室内温湿度要求 ,文物库和文物展厅采用恒温恒湿空调 ,其他区 域采用舒适性空调。空调机房集中设置 ,排风排至地下汽车库 ,可充分利用排风余热。该工程 设有楼宇自控系统 ,空调风、水系统均实现自控。该工程已正常运行一年多。 关键词 　博物馆 　空调系统 　自动控制 Air c o n d iti o ni n g s ys t e m d e s i g n f or t h e C a p it a l Mus e u m i n B e iji n g By Guan Wenji ★ , Zhang Li , Cai Ling , Song Mei and Li Dongdong Abs t r a ct 　According t o t he building f unction and t he demand f or temperature and humidity of indoor air , applies a constant temperature and constant humidity air conditioning system f or t he relic st orages and relic exhibition hall , and a comf ort air conditioning system f or t he ot her areas . Air conditioning plant rooms are cent rally ar ranged. Exhaust air a re directly leaded int o t he underground garage , and t he exhaust heat can be used t o a la rger extent . The p roject is equipp ed wit h a building aut omatic cont rol system t o cont rol air system and water system and has op erated well more t han one year . Keywords 　museum , air conditioning system , aut omatic cont rol ★ China Architecture Design & Res earch Group , Beijing , China① 　关文吉 　代表工程 : 首都博物馆 北京金融街富凯大厦 北京金融街 B7 大厦 天津南开大学泰达学院 青岛国际商业城 1 　工程概况 首都博物馆新馆于 2001 年开始勘察设计 ,于 2005 年 12 月正式落成。该馆位于北京市西城区 ,北依长安街 ,东 临白云路 ,占地面积 24 133 m2 ,建筑面积 63 897 m2 ,建筑 高度 36. 4 m ,地上 5 层 ,地下 2 层 ,馆内设有展示厅、文物 库房、文物修复室、多功能厅、贵宾厅、礼仪大厅、餐厅、厨 房、汽车库、机电用房及库房等 ,并在地下 2 层设有六级人 防 (战时物资库) 。地下 2 层下面设有 2. 2 m 层高设备夹 层 ,主要用于敷设设备管线。 2 　空调冷热源 该工程空调设计冷负荷 8 440 kW ,空调设计热负荷 7 500 kW ,空调冷源为 3 台电制冷冷水机组 ,其中 2 台冷量 为 3 165 kW (900 rt ) 的离心机组 ,1 台冷量为 1 759 kW (500 rt)的变频离心机组。冷水泵及冷却水泵各为三用一 备 (备用泵为小泵) 。冷却塔 3 台。市政热力管网提供的 110 ℃/ 70 ℃一次市政热水经换热器后换成 60 ℃/ 50 ℃二 次空调用热水。该工程另设 2 台蒸发量为 1t/ h 的燃气蒸 汽锅炉 ,作为空调加湿及市政热力管线检修季时的生活热 水热源。蒸汽压力为 0. 8 MPa。 3 　室内设计参数 根据室内温湿度要求 ,该工程空调分为恒温恒湿空调 和舒适性空调。文物库房和文物展厅采用恒温恒湿空调 , 其他类房间采用舒适性空调。文物库房和文物展厅不但对 温湿度有要求 ,而且对空气含尘浓度、SO x 浓度、NO x 浓度 ·05· 工程实例 　　　　暖通空调 HV &A C 　2007 年第 37 卷第 6 期 　　　　　　　　 ①☆关文吉 ,男 ,1955 年 2 月生 ,硕士研究生 ,教授级高级工程师 , 机电院副院长 100044 北京市西直门外车公庄大街 19 号中国建筑设计研究 院机电院 (010) 68302568 E2mail : guanwenji @263. net 收稿日期 :2007 - 03 - 20 也有要求 ,不同种类的文物对环境的温湿度、空气含尘浓 度、SO x 浓度、NO x 浓度要求不同 ,恒温恒湿空调室内设计 参数见表 1。舒适性空调室内设计参数见表 2 ,室内新风及 噪声标准见表 3。 表 1 　恒温恒湿空调室内设计参数 夏季 冬季 悬浮颗粒质量浓度/ NO2 (SO2 ,O3)质量浓度/ CO 质量浓度/ NO 质量浓度/ 温度/ ℃相对湿度/ % 温度/ ℃相对湿度/ % (mg/ m3) (mg/ m3) (mg/ m3) (mg/ m3) 展区 24 ±2 60 ±5 20 ±2 50 ±5 0. 15 0. 01 4. 0 0. 05 藏品区 24 ±2 60 ±5 20 ±2 50 ±5 0. 15 0. 01 4. 0 0. 05 珍品库 22 ±1 50 ±5 22 ±1 50 ±5 0. 15 0. 01 4. 0 0. 05 文物保护 24 ±2 60 ±5 20 ±2 50 ±5 0. 15 0. 01 4. 0 0. 05 表 2 　舒适性空调室内设计参数 夏季 冬季 温度/ ℃ 相对湿度/ % 温度/ ℃ 相对湿度/ % 社教区 25 60 20 40 办公区 25 60 18 40 会议室 25 60 20 40 餐厅 26 60 18 40 表 3 　室内新风及噪声标准 展区 藏品区 珍品库文物保护 社教区 办公区 会议室 餐厅 新风标准/ 20 20 20 20 25 20 25 25 (m3/ (人·h) ) 噪声标准 NR 40 45 45 45 45 45 42 45 4 　周边环境 2000 年 2 月 22 日 ,笔者对项目所在地周边环境室外 有害物质量浓度进行了测定 ,结果见表 4。 表 4 　室外有害物质量浓度平均值 mg/ m3 悬浮颗粒 SO2 NO x CO 有害物质量浓度 0. 391 6 0. 138 2 0. 151 8 1. 590 8 5 　空调系统设计 5. 1 　空调水系统 该工程空调水系统分两种形式 ,舒适性空调水系统为 两管制 ,冷水温度 7 ℃/ 12 ℃,热水温度 60 ℃/ 50 ℃;恒温 恒湿空调水系统为四管制 (另设再热管) ,冷水温度 7 ℃/ 12 ℃,热水温度 60 ℃/ 50 ℃;空调冷热水系统均为一次泵定 流量、二次泵变流量系统。风机盘管调节水阀采用电动两 通阀 ,新风机组、空调机组冷热水调节阀为电动调节阀。冷 热水总管处均设有压差旁通调节阀。 5. 2 　空调风系统 为满足不同功能房间的空气质量要求 ,大空间 (如礼仪 大厅、多功能厅等)舒适性空调采用两管制一次回风全空气 双风机低速空调系统 ,小房间 (如办公室等) 采用风机盘管 加新风系统 ;恒温恒湿空调采用四管制、水电两级再热一次 回风全空气双风机低速空调系统。由于丝织品、字画等文 物展柜内设有灯光 ,会产生照明冷负荷 ,所以又设有展柜空 调 ,即大空调环境下套小空调。展柜空调采用四管制 ,电极 加湿。 5. 2. 1 　恒温恒湿空调 为达到设计要求 ,恒温恒湿空调机组设有如下处理功 能段 :混合粗效过滤段、加热段、表冷段、加湿段、再热段、活 性炭过滤段、静电除尘中效过滤段、风机段 ,见图 1。 图 1 　恒温恒湿空调机组 5. 2. 1. 1 　除尘过滤处理 粗效过滤段效率一般可达到 95 % ,静电除尘段过滤效 率一般为 80 %左右 ,经粗、中效过滤段过滤后空调送风含 尘质量浓度为 :0. 391 6 mg/ m3 ×(1 - 95 % ×80 %) = 0. 094 mg/ m3 ,其中0. 391 6 mg/ m3为室外空气含尘质量浓度。 空调送风含尘质量浓度 (0. 094 mg/ m3 ) 小于表 1 所要 求的 0. 15 mg/ m3 含尘质量浓度值。 5. 2. 1. 2 　夏季空气处理过程 新、回风混合后经表冷段处理到露点温度经再热段再 热 ,达到送风ε线上送风状态点参数后送入室内。为了准 确控制室内相对湿度精度不大于 5 % ,弥补再热段热水盘 管热惰性的不足 ,在送风管道上加装了空气电再热器 ,微调 室内相对湿度。夏季空气处理过程见图 2。 图 2 　夏季空气处理过程 由图 2 可知 ,在室内设计温湿度精度范围内 ,高相对湿 度线和低温度线交点处再热温差最大 ,但不大于 2 ℃,因此 确定空气电再热器再热温差为2 ℃。 5. 2. 1. 3 　冬季空气处理过程 恒温恒湿空调房间基本为内区 ,冬季热湿处理过程特点 ·15·　　　　　　　　暖通空调 HV &A C 　2007 年第 37 卷第 6 期 　　　　工程实例 是冷却加湿。新、回风混合后经表冷段等湿降温、等温蒸汽 加湿再送入室内。恒温恒湿空调冬季空气处理过程见图 3。 图 3 　冬季空气处理过程 5. 2. 2 　气流组织形式 吊顶高度低于 4. 6 m 的空间采用百叶上送或散流器 上送 ,上回风方式 ;吊顶高度高于 4. 6 m 的空间采用旋流风 口上送 ,上回风方式。 由于展厅内温湿度受参观人数干扰很大 ,故将展品布 置在展厅送风区内 ,以确保展厅内温湿度的稳定性。 礼仪大厅建筑面积 1 865 m2 ,由于建筑的特殊性 ,其送 风方式成为一大难题 ,经专家、业主多次论证 ,报请北京市 领导批准 ,最终采用可调送风角度的中部喷口侧送与下部 单层百叶集中侧送相结合的送风方式。大厅设有 2 台风量 为 35 000 m3 / h 的空调机组 ,大门两侧各 1 个系统 ,每个系 统北侧设 4 个喷口。喷口最大射程 35 m ,每个喷口送风量 5 000 m3 / h , 南侧设 1 个单层百叶风口 ,送风量 13 000 m3 / h ,喷口送风参数见表 5。大厅采用集中下回风方式。图 4 为礼仪大厅送回风示意图。 图 4 　礼仪大厅送回风示意图 表 5 　喷口送风参数 夏季 冬季 风量/ (m3/ h) 5 000 5 000 送风角度/ (°) 15 - 16 射程/ m 35 35 送风温差/ ℃ 13 22 距喷口 35 m 处诱导比 1 ∶48 1 ∶49 活动区风速/ (m/ s) 0. 21 0. 21 喷口 1 m 处 A 声级噪声/ dB ≤47 47 喷口压力损失/ Pa 90 90 　　2005 年冬季大厅温度保持在 16～20 ℃,效果良好。 5. 2. 3 　自动控制 该工程设有一套楼宇自控系统 ,空调自控为楼宇自控 系统的一部分 ,冷水机组、冷水泵、冷却水泵、冷却塔、空调 机组、新风机组、蒸汽锅炉及给水泵、风机、系统电控阀件等 均纳入 DDC 空调自控系统。 冷水机组、冷水泵、冷却水泵 ,冷却塔由冷水机组供应 商提供群控 ,外留接口 ,接至 DDC 控制主机。根据负荷控 制单机制冷量及运行台数。 新风机组由送风温湿度控制电动调节水阀和蒸汽阀门 开度 ;舒适性空调机组由室内温湿度控制电动调节水阀、蒸 汽阀门开度 ;恒温恒湿空调机组夏季由室内相对湿度控制 冷水阀以控制机器露点温度 ,由室内温度控制再热水阀以 控制送风温度 ,由回风温度控制电再热器以微调室内相对 湿度 ;冬季由室内温度控制冷水阀和热水阀 ,由室内相对湿 度控制蒸汽阀。 6 　工程设计特点 6. 1 　集中设置空调机房 ,充分利用排风余热 由于建筑平、立面的特殊性 ,全空气系统空调机房很难 找到合适位置。考虑到建筑物北立面外是下沉水景庭院 , 水景庭院外是地下车库 ,因此在水景庭院下面的地下 2 层 设置了一个长条形集中空调机房 ,布置了 16 台空调机组 (占空调机组总台数的 45 %) ,从水景庭院取新风 ,排风排 至汽车库。既避免了排风、取风风管过长问题 ,又可充分利 用空调排风的余冷余热 ,使汽车库有一个冬暖夏凉的舒适 环境。其不足是风管沿程阻力损失及冷热损失大。 该工程全空气空调机房共设 3 个 ,空调机组总台数为 35 台。 6. 2 　设有 1 台冷量为 1 759 kW(500 rt)的变频冷水机组 , 在较大冷负荷范围内可实现冷水机组变频调节 ,减少了部 分冷负荷时的电力消耗。 6. 3 　设有蒸汽锅炉排污节能装置 ,可降低排放水温 ,回收 余热。 国内一般蒸发量小于 4 t/ h 的蒸汽锅炉不设连续排 污。该工程选用 2 台蒸发量 1 t/ h 的国外蒸汽锅炉 ,要求 连续排污。连续排污降温池传统做法是加自来水降温 ,既 浪费水又浪费热。该工程在软水箱内设置了一组换热盘 管 ,锅炉排污水经换热后温度降至 30 ℃排放 ,回收了余热。 7 　设计体会 7. 1 　该工程的冷热湿负荷计算较为准确 ,空调系统方式选 择较为合理。经过一个冬季运行考验 ,各房间温湿度等参 数基本达到设计要求。 7. 2 　将 30 个空调机组集中布置在 3 个大空调机房内 ,其 中有 2 个机房设置在地下 2 层 ,1 个设置在展厅入口过道 夹层内。节省了寸土寸金的建筑面积 ,且可有效利用排风。 7. 3 　选择冷量为 1 759 kW (500 rt)的变频冷水机组 ,可在 较大范围内低电耗调节供冷量。 7. 4 　蒸汽锅炉排污节能装置较好地解决了排污问题。 7. 5 　展柜空调方式合理 ,效果好。 ·25· 工程实例 　　　　暖通空调 HV &A C 　2007 年第 37 卷第 6 期