07北京韩美林艺术博物馆空调冷热源及系统设计

北京韩美林艺术博物馆空调

冷热源及系统设计

中国建筑设计研究院　张亚立☆　王　佳

摘要　介绍了空调冷热源及系统的设计特点和控制方法,详细阐述了土壤换热器的结构及设计形式。采用地板辐射供冷供热结合新风置换通风的方案,重点考虑了围护结构的热工性能、楼板蓄热效应以及防结露措施。采用带室温反馈的室外温度控制方式(前馈-反馈控制)解决了地板辐射供冷系统调节反应速度延迟问题。

关键词　地源热泵　地板辐射　新风置换通风Coldandheatsourcesandairconditioning

systemdesignforHanMeilinMuseum

ByZhangYali

★

andWangJia

Abstract　Reportsthedesigncharacteristicsandcontrolmethodofthesystemandexpoundstheconfigurationanddesignmodalityofthesoilheatexchanger.Adoptsthefloorradiantheatingandcoolingsystemcombinedwithfreshairdisplacementventilation.Presentsthethermalperformanceofbuildingenvelopes,thermalstorageeffectoffloor,andanti2condensationmeasures.laggingresponseinregulationofthefloorradiantheatingandcoolingsystem.

Keywords　ground2sourceheatpump,floorradiantsystem,freshairdisplacementventilation

①

Byusingtheoutdoor

temperaturecontrolwithindoortemperaturefeedbackmethod(feedforward2feedbackcontrol),solvesthe

★ChinaArchitectureDesign&ResearchGroup,Beijing,China

　张亚立

　　代表工程:

奥运村再生水热泵冷　热源工程神华大厦敦煌市博物馆德胜科技大厦

三义庙综合楼(TPT　大厦)

1　建筑概况

图1　建筑立面效果图

韩美林艺术博物馆(见图1)位于北京市通州

区梨园镇文化公园内。该建筑设计始于2005年11月,2006年5月完成施工图设计,目前正在建设中。艺术博物馆主要包括艺术品展览区、艺术品库房、制作车间、工作区等,主要展示韩美林先生的艺术作品,为人们提供一处文化活动及交流场所。该博物馆为多层建筑,总建筑面积70m2,其中地

下设备层和库房建筑面积650m2,建筑高度11.6m。

①☆

张亚立,女,1977年9月生,硕士研究生,工程师

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)68302651

E2mail:zhangyl@cadg.cn收稿日期:2007-03-20修回日期:2007-04-29

　　　　　　　　暖通空调HV&AC　2007年第37卷第6期　　　　设计参考

2　设计参数2.1　围护结构

・25・

材料为膨润土加石英砂。换热管选用聚乙烯PE管,管道外径32mm,内径25mm,为防止冬季冻

结,循环水内加入20%的乙二醇水溶液。土壤换热系统采用同程式布置,地埋管布置见图2。空调冷热源系统见图3。

由于展厅夏季采用的地板辐射供冷方式供冷能力有限,因此围护结构的热工设计至关重要。根据该建筑在立面造型上的独特要求,各朝向窗墙面积比均低于0.4,这为地板辐射供冷方式提供了有利条件。外墙、屋面采用聚苯板保温,传热系数不大于0.43W/(m2・K);外窗采用中空Low2e玻璃,传热系数不大于2.00W/(m2・K),遮阳系数不大于0.4。2.2　主要房间室内设计参数(见表1)

表1　主要房间室内设计参数房间名称

夏季冬季人均占用面积/新风量/A声级23(()())噪声/dBm/人m/人・h温度/相对湿温度/相对湿℃度/%℃度/%265520456≥4040

262626282526

555560605560

201818182518

45

67

图2　地埋管布置

4　空调系统设计4.1　空调水系统

展厅笔会厅办公室纪念品商店制作车间画室宿舍库房

≥4040455050504550

≥35≥35≥35

45

空调水系统采用一次泵变水量两管制系统,

供、回水主干管上分别设置压差旁通控制装置,冬季供应热水,夏季供应冷水,通过切换阀进行冬夏季的工况转换。水系统工作压力为0.6MPa,采用全自动定压补水装置进行补水和定压。4.2　地板辐射供冷供热系统

≥35

16～1845～5516～1845～55

3　空调冷热源设计3.1　空调冷源

地板辐射供冷系统的特点是:

1)地板辐射供冷系统在夏季可降低围护结构表面温度,室内温度场比较均匀,增大人体辐射散

空调系统夏季设计冷负荷为390kW,冷源为两台地源热泵冷热水机组。

热泵机组的供回水温度为6℃/12℃,设计地源水供回水温度为30℃/35℃,流量为82m3/h。地源水水泵采用变频调节控制流量。3.2　空调热源

空调系统冬季设计热负荷为375kW,热源采用地源热泵,地板辐射供暖热负荷为227kW,新风热负荷为139kW,风机盘管热负荷为9kW。热泵机

组供回水温度为45℃/40℃,设计地源水供回水温度为12℃/7℃,流量为50m3/h。3.3　室外土壤换热系统

土壤换热系统采用竖直埋管系统,根据工程场区内岩土体地质条件勘察的结果,确定地埋孔深度和数量。埋孔位置选在文化公园北侧,共计70个孔,孔深100mm,孔径150mm,孔间距5m,回填

图3　空调冷热源系统

热份额,提高热舒适性。辐射供冷没有吹冷风的感

觉,而且不存在常规空调的噪声问题。

2)辐射供冷可以提高空调冷水温度,提高主机制冷能效比,同时为低温地下水、太阳能、地热等自然冷热源的使用提供了可能。

2007年第37卷第6期　　　　　　　　・26・设计参考　　　　暖通空调HV&AC　

3)辐射供冷系统具有较好的蓄冷能力,可有

机组冷水供回水温度为6℃/12℃,夏季供冷量为193kW;冬季供回水温度为45℃/40℃,供热量

效调节峰值冷负荷,并实现自动调节功能。

地板供冷量可采用式(1)～(4)计算[1]:

qt=qr+qc=htot(Tai-Tf)htot=hr+hc　　　　　　

(1)(2)(3)(4)

为139kW。新风机组采用转轮式显热回收机组,夏季回收排风冷量,冬季回收排风热量。新风沿展厅侧墙下部送至地面,遇人体等热源时形成上升气流,与展厅上部集中排风系统相结合,有效形成置换通风的送风方式。新风直接送至人员活动区有利于提高室内热舒适性。5　自动控制1)该工程采用直接数字控制系统(DDC系统)对集中空调进行合理的控制和管理。

2)展厅内安装温湿度(露点)控制器,严格控

θ　　　　　　　　hr=εfσ

Tai-Tfhc=0.68

H

0.25

式中　qt为单位面积地板供冷量,W/m2;qr为单位面积辐射供冷量,W/m2;qc为单位面积对流供冷量,W/m2;htot为冷地板与室内空间总传热系数,W/(m2・K);Tai为房间内i点空气温度,K;Tf为地板表面平均温度,K;hr为辐射传热系数,

εW/(m・K);hc为表面传热系数,W/(m・K);f

2

2

制房间内湿度在设计要求范围内。

3)由于地板辐射供冷系统调节反应速度具有一定延迟性,因此采用带室温反馈的室外温度控制方式(前馈-反馈控制),这种方式对于内部条件和外部气象条件变化引起的扰动较为敏感。但由于地板供冷系统热惰性较大,对于室内负荷变化调节反应不如其他供冷方式灵敏[2],这种缺点不容易通过控制方式的选择来解决,用热惰性小的新风供冷系统作为地板供冷系统的补充,具有较好的控制效果。

4)地板供冷系统不具备除湿能力,夏季为防止室内湿度过高而导致地板结露,应先启用新风系统进行除湿,当室内空气相对湿度接近或达到设计值后再开启地板辐射供冷系统。6　结语

为地板表面辐射力,取0.9～0.95;σ为斯忒藩-玻耳兹曼常量,σ=5.77×10-8W/(m2・K4);θθ为地面与其余表面之间温差影响过余温度参数,=1.05×108K3;H为室内空间某点i距地面高

度,m。

展厅采用地板辐射供冷供热系统,夏季系统要求供回水温度为18℃/22℃,供冷量为51kW;冬季要求供回水温度为45℃/40℃,供热量为67kW。利用式(1)～(4)计算得到,距地面高度115m附近,地板辐射供冷量约为40W/m2。展柜下

面不设置地埋管,展柜采用恒温恒湿专用空调系统。

地板辐射供冷系统,过渡季节为地源水直接供冷,当地源水不能满足供冷要求时,采用地源热泵供应空调冷水。

室内地板辐射管道采用带阻氧层PB型塑料管材,该管材具有耐高温、高压,易弯曲等优点,管内径16mm,外径20mm,管材最小壁厚为2.0mm。4.3　风机盘管供冷系统

办公室、制作车间等工作区夏季采用风机盘管供冷,冷水供回水温度为6℃/12℃,供冷量为146kW。

4.4　新风置换通风系统

该工程周边缺少市政热力条件,地域开阔,有

充裕的打孔空间,因此采用地源热泵系统。博物馆展厅围护结构保温性能好,无大面积的玻璃幕墙,为末端空调地板辐射供冷供热系统提供有利条件,该系统具有低能耗、热舒适性高、蓄冷蓄热能力强等特点。由于辐射地板不具备除湿能力,设计时要特别注意防结露问题,新风应承担展厅全部湿负荷。该系统对控制要求较高,采用带室温反馈的室外温度控制方式(前馈-反馈控制),并结合新风供冷系统进行控制。参考文献

[1]　王子介.低温辐射供暖与辐射供冷[M].北京:机械

展厅采用新风置换通风系统,新风承担展

厅的全部湿负荷和部分冷负荷。为防止地板结露,不允许辐射装置对空气进行除湿,因此新风必须承担全部湿负荷。为增加新风系统的除湿能力,新风

工业出版社,2004:17-18

[2]　郭富军,杨昌智.低温热水地板辐射采暖的控制方式

[J].建筑热能通风空调,1999,18(3):50-52