某嚴寒地區(qū)博物館建筑暖通系統(tǒng)設計

孟登居，秦振春

（1.江蘇省教育建筑設計研究院，江蘇 南京 210024；2.江蘇省城市規(guī)劃設計研究院，江蘇 南京 210024）

1 工程概況

阿勒泰市博物館，總建筑面積17159.91m2，其中地下建筑面積346.80m2，地上建筑面積16813.11m2(含機動車庫面積2615.31m2)。地下1層，地上3層。建筑總高度23.3m。項目選址位于新疆阿勒泰市團結南路東側，由博物館、城市規(guī)劃館和非遺中心組成。主要建筑功能為文物交流大廳、隕石展示廳、文物庫房、民俗展廳、非遺展廳、歷史文化展廳、阿勒泰千里旅游畫廊展廳等。博物館內各展廳及庫房設置恒溫恒濕空調系統(tǒng)，并設地板輻射供暖系統(tǒng)，恒溫恒濕空調機組室外機置于3層屋面，供暖系統(tǒng)的熱源為城市供熱管網(wǎng)。博物館建筑結構形式采用鋼筋混凝土框架結構，阿勒泰市博物館建筑效果圖如圖1所示。

2 設計參數(shù)

2.1 室外氣象參數(shù)

新疆阿勒泰市地理位置：北緯47.44°，東經(jīng)88.05°，氣候分區(qū)為嚴寒地區(qū)B區(qū)。根據(jù)《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》室外空氣計算參數(shù)[1]如表1所示

阿勒泰市室外空氣計算參數(shù)表 表1

2.2 室內空調設計參數(shù)

設置恒溫恒濕空調系統(tǒng)的文物庫房、展廳，根據(jù)冬夏季節(jié)的不同，將室內溫度控制在20℃～26℃，對于庫房和展廳文物藏品對空氣濕度的變化率有一定的要求[2]，宜控制晝夜間的相對濕度差不大于5%?？照{室內設計參數(shù)如表2所示。

空調室內設計參數(shù)表 表2

3 空調冷熱源

3.1 空調冷源

博物館交流大廳、庫房、民俗展廳、歷史文化展廳、千里旅游畫廊展廳等區(qū)域設置恒溫恒濕空調系統(tǒng)。經(jīng)負荷計算，本棟建筑需設恒溫恒濕空調系統(tǒng)的房間內空調夏季冷負荷為518kW，圖1為夏季逐時冷負荷分布圖，本項目采用了10臺恒溫恒濕空調機組，需設置恒溫恒濕空調的場所按不同區(qū)域設置恒溫恒濕機組，采用低速風道全空氣系統(tǒng)，考慮到博物館建筑層高比較高，氣流組織采用上送風下回風形式，旋流風口均布送風，下部集中回風。恒溫恒濕機組為單冷機組+雙熱源（電加熱+空氣/水加熱器）+電加濕器。夏季電制冷，并結合機組內電加熱微調，來控制室內溫度達到規(guī)定要求。

3.2 空調熱源

恒溫恒濕機組采用雙熱源（電加熱+空氣/水加熱器），為確保使用效果并減少運行費用，在冬季供暖期使用空氣/水加熱器供暖，并結合地板輻射供暖系統(tǒng)，電加熱微調。以使室內環(huán)境溫度達到規(guī)定要求。經(jīng)負荷計算，本棟建筑(含辦公、車庫等)冬季熱負荷為935.3kW。熱源為城市供熱管網(wǎng)，供回水溫度為50/40℃。

4 空調系統(tǒng)

4.1 空調形式

博物館交流大廳、庫房、民俗展廳、歷史文化展廳、千里旅游畫廊展廳等區(qū)域設置恒溫恒濕空調機組并配以余熱回收式的轉輪新風換氣機，新風經(jīng)轉輪新風換氣機回收排風冷熱量，送至恒溫恒濕機組處理后送至室內。過渡季節(jié)可適當加大新風量達到節(jié)能的目的。冬季工況，為了防止全熱交換器結霜，新風入口風道內設溫濕度傳感器，當檢查檢測到新風入口溫度達到易結霜溫度時，自動啟動風道電加熱器對新風進行預熱。

4.2 氣流組織

博博物館交流大廳、庫房、民俗展廳、歷史文化展廳、千里旅游畫廊展廳等高大空間采用旋流風口送風的方式?；仫L統(tǒng)一從建筑下部集中回風，這樣可以避免空氣短路，保證室內溫濕度均勻分布。冬季除了恒溫恒濕機組送熱風外，還輔助地板輻射采暖，避免熱氣流始終在建筑上部，室內上熱下冷的問題。

5 自動控制

恒溫恒濕空調室內控制參數(shù)及控制精度為：夏季24±2℃、50±5%；冬季20±2℃、50±5%。恒溫恒濕空調系統(tǒng)控制原理圖如圖3所示。夏季電制冷、冬季內置水加熱盤管結合地板輻射聯(lián)合供暖，電加熱微調。濕度由電加濕器調節(jié)。風道溫濕度傳感器檢測送回風溫濕度，送至控制器與設定值比較。夏季工況：依據(jù)能量結算結果卸載調節(jié)冷媒供應系統(tǒng)調節(jié)送風溫濕度，電加熱器、電加濕器輔助調節(jié)，達到控制室內溫濕度的要求；冬季工況：啟用空氣-水加熱器結合地板輻射聯(lián)合供暖，電加熱器、電加濕器輔助調節(jié)，達到室內溫度的控制要求?？諝?水加熱器的回水管上設置動態(tài)平衡電動平衡閥，調節(jié)供熱量。冬季工況，為了防止全熱交換器結霜，風道溫濕度傳感器檢測到新風入口溫度低于0℃，自動啟動風道電加熱器對新風進行預熱至2℃以上，當加熱器滿負荷運行，新風入口溫度仍然不能滿足2℃以上的要求時，通過調節(jié)新風入口電動風閥直至溫度達到要求。

夏季、冬季新風經(jīng)全熱交換器回收排風冷熱量，送至恒溫恒濕機組處理后送至室內。夏季工況：電動調節(jié)閥1、2、3、4打開，電動調節(jié)閥5關閉，風機FAN1、FAN2打開。冬季工況：電動調節(jié)閥1、2、3、4打開，電動調節(jié)閥5關閉，風機FAN1、FAN2打開。過度季節(jié)全新風工況：電動調節(jié)閥1、3、5打開，電動調節(jié)閥2、4關閉，風機FAN1、FAN2打開。由于新疆地區(qū)沙塵天氣較多，新風入口裝防沙用電子除塵器，沙塵嚴重天氣，新風系統(tǒng)關閉，電動調節(jié)閥4打開，電動調節(jié)閥1、2、3、5關閉，風機FAN2打開，風機FAN1關閉。電動調節(jié)閥1與風機FAN2連鎖，當切斷風機FAN2電源時，電動調節(jié)閥1聯(lián)鎖關閉。

6 結 語

對于博物館這類高大空間、有特殊要求的建筑內在嚴寒地區(qū)如何運用氣流組織使室內的溫濕度場達到所需的要求；如何通過控制系統(tǒng)達到恒溫恒濕空調系統(tǒng)在嚴寒地區(qū)的節(jié)能、安全運行目的；嚴寒地區(qū)新風系統(tǒng)如何防止全熱交換器結霜以及過渡季節(jié)采用全新風節(jié)能運行等都是我們設計中需要考慮的問題。為了實現(xiàn)以上目的，我們在設計中采用了包括：上送風、下部集中回風的方式以滿足室內均勻的溫濕度場的要求；并在冬季采用了恒溫恒濕機組自帶空氣—水換熱器送熱風并結合地板輻射供暖，實現(xiàn)冬季系統(tǒng)的節(jié)能運行；帶熱回收的全熱交換器過渡季節(jié)直接引入室外空氣全新風運行；冬季對引入新風溫度進行監(jiān)控預熱及新風量調節(jié)等手段以防止全熱交換器結露。

[1] GB50736-2012,民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范[S].

[2] JGJ66-1991,博物館建筑設計規(guī)范[S].