南京某旅游區(qū)宗教文化建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)

周鐘

（華東建筑設(shè)計(jì)研究總院，上海200002）

南京某旅游區(qū)宗教文化建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)

周鐘

（華東建筑設(shè)計(jì)研究總院，上海200002）

重點(diǎn)介紹某文化旅游區(qū)內(nèi)佛頂宮、寺、塔三者之一佛頂宮項(xiàng)目的空調(diào)、供暖、通風(fēng)、水系統(tǒng)、防排煙以及自動控制設(shè)計(jì)的基本情況。以舍利大殿為例，分享該項(xiàng)目在內(nèi)裝配合設(shè)計(jì)、管線綜合、高大空間溫度場及速度場模擬幾方面所做的努力和思考。并對設(shè)計(jì)過程中，冷源的選擇、濕度控制問題進(jìn)行了總結(jié)。

暖通空調(diào)設(shè)計(jì)；宗教文化建筑；水蓄冷；溫度場速度場模擬；管線綜合

0 引言

該項(xiàng)目位于南京市江寧區(qū)牛首山與祖堂山之間，以“補(bǔ)西峰天闕，修七寶蓮道，藏舍利地宮，回復(fù)天闕勝景”為總體設(shè)計(jì)理念，以自然的手法恢復(fù)牛首天闕天際曲線。其中佛頂宮作為景區(qū)的核心建筑群分別承載了安奉舍利、天際構(gòu)成、佛教傳承等多方面的功能和作用。

項(xiàng)目位于牛首山東西兩峰之間由挖礦所形成的礦坑之中，為最大限度得保護(hù)現(xiàn)有山體體型以及周邊環(huán)境，總建筑體量的80%被安置在了牛首山雙峰之間的礦坑中，向佛頂宮首層以下的延伸達(dá)到了44m之深。牛首山文化旅游區(qū)一期工程中佛頂宮建筑面積為100061m2，建筑主體地下6層，地上4層，共10層；其中地上部分，中心區(qū)域?yàn)閱螌油ǜ摺岸U境福?！比藛T集散大廳，建筑總高度為46.5m，內(nèi)部凈高約41.2m；周邊為四層輔助空間，包括展示廳，商業(yè)區(qū)域，設(shè)備機(jī)房等功能；地下部分北側(cè)為半地下室外停車區(qū)域，可到達(dá)地下各層平面，同時在地下三層至地下一層區(qū)域設(shè)置斜坡式停車位。南側(cè)區(qū)域中，地下六層為舍利藏宮，功能為舍利保存，藏品庫等；地下五層～地下二層為舍利展示大廳以及佛教文化展廳、會議、辦公以及相關(guān)輔助用房，設(shè)備機(jī)房區(qū)域；地下二層，地下一層為餐飲，集中廚房區(qū)域，商業(yè)區(qū)域以及配套輔助用房，設(shè)備機(jī)房區(qū)域。

圖1 佛頂宮、佛頂寺、佛頂塔鳥瞰圖

圖2 佛頂宮功能布局

表1 空調(diào)房間設(shè)計(jì)參數(shù)

2 空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)

見表1[1]。

3 空調(diào)冷、熱源

3.1 熱源

設(shè)置集中鍋爐房，鍋爐房生產(chǎn)的熱水用于生活熱水系統(tǒng)、空調(diào)熱水系統(tǒng)的加熱。根據(jù)暖通、給排水專業(yè)提資，采暖熱負(fù)荷6800kW，生活熱水熱量1600kW，采暖期最大熱負(fù)荷8400kW，選用額定供熱量為2800kW燃?xì)獬袎簾崴仩t一臺，2100kW燃?xì)獬袎簾崴仩t兩臺，容量為7000kW。采暖期三臺鍋爐同時運(yùn)行，非采暖期運(yùn)行一臺2100kW鍋爐。鍋爐額定工作壓力為0.6MPa，運(yùn)行供水溫度為95℃，運(yùn)行回水溫度為70℃。

3.2 冷源

佛頂宮區(qū)域冷負(fù)荷為9800kW?？紤]到項(xiàng)目使用功能、場地布置等多方面情況，佛頂宮集中設(shè)置冷源系統(tǒng)，冷凍機(jī)房結(jié)合佛頂宮與山體的空間結(jié)構(gòu)設(shè)置，冷凍機(jī)房置于佛頂宮北側(cè)地下室。冷源部分采用高效、環(huán)保的水冷冷水機(jī)組及風(fēng)冷熱泵機(jī)組，同時設(shè)置水蓄冷系統(tǒng)，利用晚間低谷電價獲得經(jīng)濟(jì)效益，蓄水槽置于佛頂宮北側(cè)地下室。水蓄冷系統(tǒng)里有蓄/放冷水泵、蓄/放冷板式換熱器、2300m3蓄水槽以及控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)最大蓄冷量為5058RTh，夏季低谷電時段使用2臺500RT主機(jī)用來蓄冷，白天采用離心式冷水機(jī)組、風(fēng)冷熱泵機(jī)組和蓄冷水池聯(lián)合供冷。

3.3 恒溫恒濕空調(diào)

舍利藏宮考慮到佛骨舍利對存放環(huán)境要求，采用風(fēng)冷直接蒸發(fā)式恒溫恒濕（水加濕）精密分體空調(diào)機(jī)組，24小時運(yùn)行，一用一備，配備有應(yīng)急電源，以滿足重要空間溫濕度要求及不間斷空調(diào)的要求。室外冷凝器結(jié)合建筑東側(cè)地下室和室外景觀設(shè)計(jì)情況進(jìn)行設(shè)置。

4 空調(diào)水系統(tǒng)

佛頂宮空調(diào)水系統(tǒng)采用四管制形式，可以滿足不同區(qū)域的同時供冷、供熱需求，并便于實(shí)現(xiàn)流量控制。

4.1 空調(diào)熱水系統(tǒng)

空調(diào)熱水供回水溫度為55/40℃，由鍋爐產(chǎn)生95/70℃的高溫?zé)崴?jīng)過水-水板式換熱器換熱后供空調(diào)末端設(shè)備使用。佛頂宮主體區(qū)域與蓮道區(qū)域分別設(shè)置二次泵，設(shè)備承壓均不超過1.0MPa。

4.2 空調(diào)冷水系統(tǒng)

空調(diào)冷水系統(tǒng)供回水溫度為6/13℃，夜間采用冷水機(jī)組進(jìn)行蓄冷，蓄冷時機(jī)組進(jìn)出水溫度為4/11℃，經(jīng)過水-水板換蓄冷，蓄水槽供回水溫度為5/12℃，白天經(jīng)過水-水板換釋冷，獲得6/13℃的供回水供給空調(diào)系統(tǒng)使用。佛頂宮主體區(qū)域與蓮道區(qū)域分別設(shè)置二次泵，設(shè)備承壓均不超過1.0MPa。

5 空調(diào)方式

佛頂宮作為綜合體，內(nèi)部具有不同的使用功能分區(qū)，各功能分區(qū)將根據(jù)各自的使用特點(diǎn)采用不同的空調(diào)方式。

（1）后勤、辦公、商業(yè)等小空間用房。

這些小空間用房采用四管制風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)的形式。風(fēng)機(jī)盤管采用吊頂安裝方式。室外新風(fēng)與對應(yīng)區(qū)域的排風(fēng)進(jìn)行集中的全熱交換，回收排風(fēng)中的能量，節(jié)省運(yùn)行能耗。

（2）禪境大觀、舍利大殿、宴會廳等大空間用房。

舍利大殿這類大空間用房采用全空氣定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，根據(jù)使用功能、使用特點(diǎn)等分區(qū)設(shè)置?？諝馓幚頇C(jī)組臨近服務(wù)區(qū)域設(shè)置，并采用雙風(fēng)機(jī)形式，可實(shí)現(xiàn)全室外新風(fēng)運(yùn)行，在室外氣象條件允許的情況下實(shí)現(xiàn)免費(fèi)冷卻。機(jī)組配置全熱回收裝置，當(dāng)室外空氣焓值高于某值或低于某值時，系統(tǒng)按最小室外新風(fēng)量運(yùn)行工況運(yùn)行，空調(diào)排風(fēng)通過旁通管直接排至排風(fēng)豎井(或外百頁）后排至室外。室內(nèi)氣流采取側(cè)送下回等氣流組織方式，具體結(jié)合各使用空間的使用特點(diǎn)、負(fù)荷特點(diǎn)及室內(nèi)裝修要求等進(jìn)行設(shè)置。

（3）消防安保、電氣控制室等房間。

采用風(fēng)冷直接蒸發(fā)式分體空調(diào)機(jī)組。

6 舍利大殿空調(diào)設(shè)計(jì)總結(jié)

舍利大殿設(shè)于佛頂宮地下五層至地下二層，凈高27.5m，該房間短邊長30m，長邊長50m。設(shè)448個蒲團(tuán)供人安坐。于B5設(shè)置全空氣空調(diào)箱，采用噴口形式于B5層送風(fēng)，并于B5層低位回風(fēng)?？紤]到該空間高度、跨度較大，管線較為復(fù)雜，且為了避免之前宗教項(xiàng)目中出現(xiàn)的裝修遮擋風(fēng)口導(dǎo)致出風(fēng)有效面積過小等因素，故做了以下工作。

6.1 溫度場及速度場模擬[4]

舍利大殿采用分層空調(diào)，于6.3m高處延房間墻面一圈設(shè)20個送風(fēng)噴口，每個噴口風(fēng)量為2030CMH。由專業(yè)噴口廠家深化確認(rèn)噴口尺寸為φ500mm（喉部直徑為φ286mm），夏季送風(fēng)角度為斜向上5°，冬季送風(fēng)角度為斜向下10°。為了確保運(yùn)營后，房間內(nèi)安坐于大殿內(nèi)的游客體感舒適，且不會感受到明顯的吹風(fēng)感。通過Fluent流體模擬軟件，對該房間冬季以及夏季流場情況進(jìn)行了進(jìn)一步模擬確認(rèn)，使其滿足GB50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]表3.0.2中風(fēng)速以及房間設(shè)計(jì)溫、濕度參數(shù)的要求。參考其他大空間項(xiàng)目的模擬，具體模擬結(jié)果如下：

（1）物理模型

根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)尺寸，對內(nèi)部裝飾簡化，得到物理模型圖，如圖3所示。

圖3 物理模型圖

（2）數(shù)學(xué)模型

對于整個舍利大殿，氣體在內(nèi)流動遵循質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律及能量守恒定律。所研究流體為三維連續(xù)不可壓縮流體，在研究過程中認(rèn)為流體的屬性不變。流體的控制方程為Navier-Stokes 方程，采用有限容積法離散控制方程。數(shù)學(xué)模型采用Realizable紊流模型。由于研究的流場考慮由溫差引起的浮升力的影響，應(yīng)采用Boussinesq假設(shè)。在靠近壁面處采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法來處理。

（3）邊界條件

入口邊界：根據(jù)噴口實(shí)際尺寸以及送風(fēng)量，計(jì)算得到送風(fēng)出口速度：8.783m/s，湍流強(qiáng)度取5%；

出口邊界：自由出流邊界（outflow）；

壁面：標(biāo)準(zhǔn)壁面。

（4）計(jì)算結(jié)果

夏季工況：由于舍利大殿設(shè)置了蒲團(tuán)，考慮房間內(nèi)人員多為就地安坐。因此重點(diǎn)考察人員頭部區(qū)域的空氣溫度以及風(fēng)速。取Z=1m，得到圖4平面溫度圖以及圖5平面速度（大小）分布圖。

圖4 Z=1m平面溫度分布圖

圖5 Z=1m平面速度（大?。┓植紙D

圖6 Z=1m平面溫度分布圖

圖7 Z=1m平面速度（大?。┓植紙D

從圖4中可以看到平面平均溫度約為25.5℃。整體上看，呈現(xiàn)與橢圓短邊軸對稱的分布，由中心到兩側(cè)溫度逐漸升高，這是由于大廳左右兩側(cè)存在部分氣流死角，而中心側(cè)則存在部分氣流短路向造成。若要改善此情況，可以增加與回風(fēng)口最近的送風(fēng)噴口的距離，在左右兩個端部增加送風(fēng)口。而從圖5中可以看出除排風(fēng)口附近外，大殿左右兩塊的人員靜坐區(qū)風(fēng)速均小于規(guī)范中0.25m/s的設(shè)計(jì)要求，不會造成人有吹風(fēng)感。

冬季工況：冬季參考夏季分析工況，得到Z=1m高度處的平面溫度圖，從圖6中可以看到平面平均溫度約為20.5℃。從整體上看，溫度分布同樣呈現(xiàn)與橢圓短邊軸對稱的分布，由中心到兩側(cè)溫度逐漸降低。溫度場該分布的原因與夏季工況相仿。而從圖7中可以看到，Z=1m 高度處除回風(fēng)口處風(fēng)速大于0.3m/s以外，其余人員靜坐區(qū)的風(fēng)速均能滿足規(guī)范≤0.2m/s的要求，不會造成人有吹風(fēng)感。

冬季，夏季，垂直方向溫度分布：從夏季以及冬季Y=0處的平面的溫度分布圖（如圖8、圖9所示）?？梢园l(fā)現(xiàn)夏季工況時，由于射流噴口較近，并有一定角度，使氣流一部分向上運(yùn)動，一部分向下。造成在Z=10m附近有低溫區(qū)。而在送風(fēng)噴口的下部則有氣流死角。而冬季工況則同樣在Z=10m附近有高溫區(qū)，送風(fēng)噴口的下部則有氣流死角，造成溫度較低。但兩種情況，均對人的舒適性沒有太大影響。

圖8 夏季工況Y=0平面溫度分布圖

圖9 冬季工況Y=0平面溫度分布圖

6.2 內(nèi)裝配合設(shè)計(jì)操作模式

在以往空調(diào)施工配合階段大都采取設(shè)計(jì)配合內(nèi)裝的方式，暖通設(shè)計(jì)師根據(jù)天花吊頂平面調(diào)整設(shè)備及風(fēng)口位置。由于舍利大殿宗教文化的特殊性，其墻面上有大量的佛龕，為了一方面避免風(fēng)口后期調(diào)整對空調(diào)效果的影響，另一方面對室內(nèi)裝修產(chǎn)生破壞，故在該項(xiàng)目中采用內(nèi)裝修配合設(shè)計(jì)的操作模式，在確定送風(fēng)口及回風(fēng)口位置后對佛龕的位置布局進(jìn)行深化和調(diào)整，在保證設(shè)備工藝的前提下，也實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)裝修的完整性與美觀性。

6.3 其他

（1）冷熱源的選擇

冷源部分采用高效、環(huán)保的水冷冷水機(jī)組及風(fēng)冷熱泵機(jī)組，同時充分利用了地下空間較大的優(yōu)勢，設(shè)置了水蓄冷系統(tǒng)，利用晚間低谷電價獲得經(jīng)濟(jì)效益，并將蓄水槽置于佛頂宮北側(cè)地下室。蓄冷罐高度較高能夠形成斜溫層避免冷水和溫水的混合保證出水溫度。

同時，由于建筑熱惰性較大，考慮到早晨預(yù)冷或預(yù)熱的需求，采用風(fēng)冷熱泵機(jī)組在較小負(fù)荷情況下運(yùn)行使得系統(tǒng)增加了更多的靈活性。

（2）管線綜合[5]

整個佛頂宮B5層呈橢圓形，整個平面以全空氣系統(tǒng)為主，管道尺寸較一般空調(diào)水系統(tǒng)來得大，加之空調(diào)機(jī)房與使用區(qū)域距離較遠(yuǎn)。故采用TFAS軟件，以小管讓大管，非重力管讓重力管的原則，并考慮管線保溫及吊支架安裝，后期檢修距離，對所有機(jī)電管線進(jìn)行優(yōu)化排布。部分管線綜合實(shí)例如圖10、圖11所示。

圖10 地下五層管線綜合3D圖

圖11 地下五層管線綜合剖面圖

7 結(jié)語

佛頂宮項(xiàng)目的暖通設(shè)計(jì)結(jié)合其特殊的地理優(yōu)勢設(shè)置了水蓄冷設(shè)施，利用晚間低谷電價獲得經(jīng)濟(jì)效益。又因舍利藏宮放至佛頂舍利的特殊性設(shè)置了恒溫恒濕空調(diào)，確保舍利存放的環(huán)境要求。

與此同時，為了保證舍利大殿前來參觀游客的舒適性以及整個項(xiàng)目現(xiàn)場施工的效果，本項(xiàng)目充分應(yīng)用了BIM設(shè)計(jì)進(jìn)行管線綜合，優(yōu)化管線走向，減少了現(xiàn)場施工的修改量，提高了走道吊頂高度。而舍利大殿送風(fēng)口因需要結(jié)合室內(nèi)裝修，風(fēng)口可以設(shè)置的位置以及送回風(fēng)口大小受到現(xiàn)場裝修的諸多限制，因此借助FLUENT軟件的溫度場，速度場模擬也幫助我們進(jìn)一步檢驗(yàn)及優(yōu)化了該空間空調(diào)風(fēng)口位置、送風(fēng)量、送風(fēng)溫度，更好得確保了最終的空調(diào)使用效果。

[1] GB50736-2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB50016-2015，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[3] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)督司，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施--暖通空調(diào)·動力[M].北京:中國計(jì)劃出版社，2011.

[4] 韓占，忠王敬，蘭小平.FLUENT流體工程仿真計(jì)算實(shí)例與應(yīng)用[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2008.

[5] 郭進(jìn)保，馮超.中文版Revit MEP 2016管線綜合設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2016.

修回日期：2016-11-25

HVAC Design of one Religion and Culture Project in Nanjing's Tourist Area

ZHOU Zhong
（East China Architectural Design&Research Institute，Shanghai 200002，China）

The Foding Palace which located in a tourist area along with the Foding Temple and the Foding Tower. Emphasizing on the basic situation about its air conditioning and heating system, ventilation system, water system, smoke control and automatic control design. Take the Sarira hall as an example to share the efforts and thinking by using decoration combining design, integrated pipeline and temperature field and velocity field simulation. Summarize problems, such as cold source, humidity control during the process of design.

HVAC design；religious and cultural building；chilled water storage；temperature field and velocity field simulation；integrated pipeline

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.06.021

TU83

B

2095-3429（2016）06-0081-05

周鐘（1959-），男，上海人，大學(xué)，高級工程師，主要從事宗教文化建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)及管理工作。

2016-09-26