武汉某研发中心暖通空调系统设计

武汉某研发中心暖通空调系统设计

申健平

中信建筑设计研究总院有限公司湖北武汉430014

摘要：本文根据工程实例，通过冷热源设计、空调系统设计、自控系统、防火设计、环保设计、节能设计这六个方面的内容，介绍该项目暖通专业设计所采取的具体措施。

关键词：空调；通风；消防；节能环保

一、工程概况：

本工程为某公司武汉研发基地项目。项目地上部分由2栋29层超高层塔楼及三层裙房组成。地上裙房及塔楼设计为现代化研发办公塔楼。地下室共3层，为机动车库及配套设备用房，其中地下三层的局部平时为车库，战时为人防工程。建筑总高度126.0m，总建筑面积为：172840m2，其中地上建筑面积：116780m2，地下室56060m2。

二、设计计算参数：

1、室内设计计算参数（计算基准）：

主要房间空调系统室内设计参数：（表1）

三、空调冷热源设计：

1、空调冷热源设计依据及原则

根据甲方及“暖通专业技术方案建议”要求，研发主楼采用“常规电力驱动冷水机组+燃气热水锅炉”夏季制冷、冬季供暖。同时按使用要求分区域加设完备的计费系统（设能量计或水流计），对租户进行空调使用利用的监测和取费。

2、研发主楼空调冷热源设计

（1）夏季空调逐时逐项冷负荷最大值：10020kW（2385.3RT）

（2）冬季空调热负荷最大值：6820kW

3、塔楼集中空调冷源采用3台单台制冷量为2950kW（850RT）的离心式冷水机组。夏季空调冷冻水温度6/12℃，冷却水温度32/37℃。冷冻站设置在地下室，冷却塔均设置在主楼屋顶。

4、塔楼集中空调热源采用2台制热量为2800kW的常压热水锅炉2台，1台制热量为1400kW的常压热水锅炉。

5、塔楼空调水系统采用闭式两管制变流量系统，分为塔楼一、塔楼二2个空调水环路，竖向一个环路，同程布置。冷冻站采用高位开式水箱定压、补水。

6、本工程空调水系统在每层水平环路处设置静态流量平衡阀。

7、空调系统凝结水以水封型式就近排入下水。各环路集水器支管上设静态流量平衡阀。

8、空调冷冻水、热水及冷却水均采用旁流水处理仪进行处理。

四、空调系统设计：

1、空调、通风系统划分的原则

以相同的运营时间、隶属同一个功能区时划分在一个系统；功能相同但分属不同的功能区亦不可划分在一个系统。系统的划分能方便各区域的计量。

2、空调、通风系统的总体要求

2.1、空气过滤

所有服务本楼的空调机组（AHU）或新风机组（PAU）处均设置初中效过滤器。初效过滤器采用板式初效过滤器（满足G4标准）；中效过滤器采用电子高压静电除尘器（满足F7标准），耗电量低、除尘率高、阻力极小。服务厨房的补风用空调机组设置板式初效过滤器（满足G4标准）。

2.2、防菌

为尽量减少空调机组内过滤器、冷却盘管及冷凝水盘细菌的滋生，在空调机组（AHU）或新风机组（PAU）换热盘管前安装反光式UVC盘管专用消毒处理器，并配置反光部件，避免照射其它部件。在风机盘管或水环式多联机室内机回风管上配置回风箱纳米触媒空气净化器。

2.3、消声、降噪

服务商业及餐饮区域的PAU、AHU所在空调机房、安装在人员活动区域的的排风机、送风机均采用消声降噪措施。所有设备均选用低噪声产品。

2.4、隔振

所有在运行中产生振动的机电设备（暖通、给排水、消防、强电），均须考虑合适隔振措施，如设置隔振器、弹性吊架、减震台座、浮动基础等。

1）风机盘管进出口采用不锈钢软接头DN20（网套丝扣型无环形焊缝结构）。

2）水泵、冷却塔进出口采用减震型金属软管，管体采用SUS304，立管的伸缩节采用轴向型内压式波纹补偿器。

3）水平管道的伸缩节采用（DN250及DN250以上规格）内外压平衡型波纹补偿器。

4）管道穿越沉降缝采用沉降缝专用金属软管。

5）吊装风机及风机盘管采用阻尼弹簧减振器。

6）设备底座（冷水机组，锅炉，水泵、风机、冷却塔）采用阻尼弹簧减振器（复合式结构）。

3、研发主楼部分空调通风系统设计

3.1、系统设计原则：

3.1.1、研发主楼屋顶和避难处各设置两台转轮式全热回收组合式新风机组。新风经热回收处理后送至各层。每层设吊式或立式新风机组，新风经处理后送至各空调房间。

3.1.2、全空气空调系统采取可调新风比措施。一楼大厅大空间采用低速单风管全空气系统，空气处理设备采用低噪声吊式空调机组，安装于吊顶内，送风采用旋流风口，回风口处设初效过滤器，送风设管式消声器，回风设消声静压箱。办公室及会议室等小空间均采用风机盘管加新风系统，新风机组采用吊式新风机组，其送风设管式消声器，进风口处设初效过滤器。在空调机组送风管上设置纳米光子杀菌净化装置，以满足卫生要求。

3.1.3、研发主楼部分每层设置2个排风机，避难层和屋顶集中设置全热回收装置，回收排风能量，节能运行。

3.1.4、室内机回风管上配置回风箱纳米触媒空气净化器。

五、空调系统自动控制

1、空调系统防冻设计及控制：

在空调系统新风入口处设置电动风阀与其系统风机联锁，在空调系统表冷器后设置防冻开关。空调系统运行时，DDC根据其信号控制热水阀的开度。

2、空调系统的自动控制：

2.1、空调系统采用集散型控制系统，由中央管理计算机、通讯网络、带网络接口的温（湿）度控制器、各种传感器、电动执行机构组成。由中央管理计算机实现对各机房内温（湿）度控制器的监测及控制指令设定，温（湿）度控制器完成现场的温（湿）度控制。

2.2、燃气热水锅炉开机按设定的程序指令进行启动，第一台锅炉投入运行后，随后的机组根据压力传感器进行控制，当运行压力不足时，两台锅炉一起运行。每台锅炉的投入与退出均由机载电脑指挥。锅炉的自动控制系统及故障报警系统均由机组自带，事故停机、超压保护、断水均应能撤出运行程序，进行检修，并在确保正常后再编入运行序列投入运行。

2.3、冬季、夏季二次侧变频水泵最小流量控制：在冬季、夏季二次侧水泵旁通上设置电动调节阀，在供水总管上设置流量器，当其流量小于总流量的30%时，由经DDC控制器控制电动调节阀开度，以确保水泵的正常运行。

2.4、直接膨胀式新风机组送风温湿度控制：夏季直接膨胀式新风机组根据送风管及排风管上的温湿度传感器信号保持制冷模式对新风进行除湿降温，采用定湿球温度送风。冬季切换四通换向阀改变制冷剂循环方向，即可实现新风的加热加湿功能要求。

2.5、直接膨胀式新风机组新风进风管上设电动保温风阀，并与风机连锁，防止冬季盘管冻裂，同时在空调房间预热（冷）时也可控制新风阀关闭。

2.6、监测与报警：

2.6.1、空调系统对下列参数进行监测

1）、热水锅炉供回水温度、压力。

2）、各环路回水温度及流量。

3）、循环水系统回水总管流量。

4）、循环水系统供、回水总管间压差。

5）、室外空气温、湿度。

6）、新风机组回风温度。

7）、新风机组送风温度。

8）、各过滤器的压差。

9）、水泵进出口压力。

10）、循环水泵、锅炉、冷却塔及其电动阀门等设备的启停状态。

11）、系统最大静压。

2.6.2、报警：

1）、锅炉、水泵、新风风机、通风机事故报警。

2）、空调系统供回水总管间压差过高报警。

3）、系统静压过高、过低报警。

4）、锅炉房内的天然气浓度报警。

5）、过滤器压差过高报警。

六、空调通风系统防火设计：

1、空调、通风系统的所有部件、消声器配件及材料均选用不燃型或防火型。

2、所有空调、通风系统风管穿越防火墙或其它防火分隔时均设置70℃的防火阀，所有排烟风管穿过防火分隔时均设置280℃的防火阀。

3、所有空调、通风系统垂直风管与水平风管连接处均设置70℃的防火阀，风管穿越机房隔墙处用柔性防火材料填实。

4、厨房及锅炉房燃气系统防火控制：

厨房燃气立管设在室外，系统形式为下进上供，安装方式采用明装敷设。各用户表前阀采用球阀，厨房、锅炉房内距天棚300mm处设燃气浓度检测报警器，其由管理室集中监视和控制，当燃气浓度检测报警器自动报警，自动关闭燃气紧急切断阀，启动室内排风机进行事故排风。厨房设置独立的送排风系统，事故排风系统。平时按每小时大于6次换气计算，事故排风按每小时大于12次换气计算。厨房工艺通风及油烟净化由有专业资质的灶具公司进行深化设计。

5、柴油发电机房防火控制：

在柴油发电机房及日用油箱间设有事故排风系统，室内设有浓度检测报警器，其由管理室集中监视和控制，当浓度检测报警器自动报警，自动关闭紧急切断阀，启动室内排风机进行事故排风。柴油发电机房设置独立的送排风系统，事故排风系统。平时按每小时大于6次换气计算，事故排风按每小时大于12次换气计算。

七、卫生防疫、环保设计：

1、空调、通风系统按照卫生要求保证足够的新风量，新风入口处设置初中效过滤装置。

2、离心式机组、螺杆式冷水机组、多联机制冷机、燃气热水锅炉、水泵、落地式空气处理机组、通风机等选用低噪声设备，其进出口接管处，均设置柔性接管，底部设置减振台座。吊装的空调机组、排风机、风机盘管均采用减振吊支架安装，吊装的空调机组、排风机均配置消声静压箱，落地的水泵及排风机等均采用减振基础。

3、空调机组、新风机组送回风管及所有送、排风机进出风管均根据不同消声要求相应配设不同规格片式消声器或消声弯头；通风及排烟合用风管则配设微穿孔消声器或微穿孔消声弯头。

4、在新风机组的入风口的风管中安装风道式双极板式电子除尘空气净化装置，有效去除风管中的浮尘、烟雾、花粉、纤维杂质等各种悬浮颗粒物，全面杀灭空气中吸附在可吸入颗粒物上细菌、病毒等微生物。在风机盘管送风管或回风口处安装风机盘管式双波长纳米等离子空气净化装置。

5、所有与室外新风口、排风口连接的管道均设置消声器，从而减少室内机组的噪声对室外地面环境的影响。

6、厨房排油烟经过清洗过滤后在屋顶进行高空排放（此部分由灶具公司配套设计）。

7、锅炉房排烟通过垂直风管排至塔楼屋面进行高空排放。

8、空调机房、风机房等的内墙面及顶棚均作吸音构造，并选用隔声门。

9、垃圾房及隔油井房设置独立机械排风系统，并设置活性炭过滤装置。

八、节能设计：

1、选用高能效比的空调主机，提高能源利用率。其中螺杆式冷水机组COP≥4.6，离心式冷水机组COP≥5.1，多联式VRV制冷机IPLV≥5.1，锅炉效率不小于90%，水泵效率大于78%。水泵风机均在高效区工作，以降低空调运行费用。

2、空调冷冻水系统采用一次泵变流量（冷水机组变流量+旁通），空调热水系统采用一次泵变流量（热水泵采用变频水泵）。

3、冷、热水系统分设循环水泵。空调水系统输送能效比

ER＝0.0156（<0.0241）（夏季），

ER＝0.0066（<0.00673）（冬季）。

4、将空调风（水）系统、通风系统设计成多种组合方式，便于在不同季节、不同使用条件下灵活选择运行方式。

空调风机单位风量耗功率平均为WS=0.44W/（m3/h），

通风系统风机单位风量耗功率平均为WS=0.28W/（m3/h）。

5、塔楼部分每层设置2个排风机，避难层和屋顶集中设置全热回收装置，回收排风能量，节能运行。

6、空调系统新风管上设有电动保温风阀，在空调房间预热（冷）时关闭此阀，节省能量消耗。初夏尽可能利用室外新风进行预冷。

7、每台空调机组及新风机的回水管上设置一体化动态平衡电动调节阀，由设在回风管（或是新风管）上的温度传感器采集温度信号，经比例积分温度控制器，驱动动态平衡电动调节阀，自动调节循环水量，以保持室内温度的稳定，不受水系统压力波动的影响。

每台风机盘管的回水管上设置动态平衡电动两通阀，由设在室内的温控器控制动态平衡电动两通阀打开或关闭，以保持室温稳定，不受水系统压力波动的影响。

在各楼层回水干管及集水器各分支管上设置静态流量平衡阀，对水系统进行预平衡

8、空调、通风系统设有完备的自动控制系统，设置实现空调、通风系统的智能化运行，可靠、节能。

9、所有空调冷冻水循环管、冷凝水管和水管阀门以及附件、空调风管保温均采用导热系数0°C时≤0.032W/m.K，湿阻因子μ≥10000，表观密度为50~60kg/m3的燃烧性能通过国家GB8624-2006B-S2测试并经FM认证的橡塑材料保温。

10、配合建筑专业进行建筑围护结构热工设计，使其建筑围护结构传热系数符合节能要求。

参考文献：

[1]《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[S]GB50736-2012

[2]范存养.大空间建筑空调设计及工程实录[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[3]刘东，陈沛霖.建筑环境与暖通空调节能[J].节能技术，2001，3（2）：17219.