中国国家博物馆暖通空调系统设计1.docx

1、本 专 栏 特 约 组 稿 专 家 宋 孝 春 伍 小 亭檮檮檮檮檮 檮 殑文 化 建 筑 栏 首 语文 化 是 一 个 民 族 的 灵 魂 ， 文 化 建 筑 可 以 体 现 一 个 民 族 深 厚 的 历 史 文 化 底 蕴 。 全 国 雨 后 春 笋般 兴 建 的 文 化 建 筑 ， 显 示 了 国 家 经 济 的 富 强 与 人 民 精 神 文 明 的 提 升 。文 化 建 筑 具 有 强 烈 的 地 域 性 、 民 族 性 和 文 脉 性 ， 彰 显 着 建 筑 师 的 才 华 ， 张 扬 着 地 域 文 化 与 风 土 人 情 。 博 物 馆 储 存 着 文 明 发 展 每 个 阶

2、 段 的 记 忆 ， 自 豪 着 华 夏 子 孙 ; 图 书 馆 积 攒 了 文 明 的 扇 叶 ， 奔 涌 着 知 识 的 海 洋 ， 承 载 着 求 知 的 国 人 远 航 ; 影 剧 院 传 播 文 明 ， 可 以 享 受 视 听 的 饕 餮 盛 宴 。文 化 建 筑 以 其 功 能 的 多 样 性 、 空 间 结 构 的 复 杂 性 与 设 计 参 数 的 特 殊 性 ， 成 为 暖 通 空 调 设 计 师 可 以 充 分 施 展 才 华 的 舞 台 。 博 物 馆 藏 品 对 室 内 温 湿 度 的 特 殊 要 求 ， 高 大 空 间 的 气 流 组 织 及 其 对 空 间 变 化

3、等 的 适 应 性 ， CFD 模 拟 技 术 的 应 用 要 求 ， 低 碳 绿 色 建 筑 的 倡 导 ， 地 源 热 泵 、 蓄 能 空 调 、 地 道 风 等 优 化 的 空 调 系 统 等 等 ， 都 伴 随 着 文 化 建 筑 应 运 而 生 ， 是 文 化 建 筑 与 暖 通 设 计 碰 撞 后 的 理 念 与 技 术 升 华 。欣 悉 暖 通 空 调 杂 志 社 刊 出 这 期 文 化 建 筑 专 栏 ， 希 望 专 栏 的 12 篇 文 化 建 筑 空 调 设 计 文 章 能 给 暖 通 工 程 师 以 启 迪 ， 把 我 们 的 智 慧 融 入 这 文 明 传 承 的 大

4、潮 中 。( 宋 孝 春 )中 国 国 家 博 物 馆 暖 通 空 调 系 统 设 计盛 晓 康 中 国 建 筑 科 学 研 究 院 建 筑 设 计 院 董 静摘 要 介 绍 了 国 家 博 物 馆 兼 顾 文 物 保 护 、 参 观 者 舒 适 感 和 运 行 调 节 手 段 确 定 室 内 环 境 参数 的 原 则 。 分 析 了 采 用 部 分 负 荷 冰 蓄 冷 、 大 温 差 低 温 冷 水 系 统 在 负 荷 保 证 、 提 高 除 湿 能 力 和 节 能 方 面 的 优 势 。 结 合 CFD 模 拟 ， 采 用 了 分 层 空 调 加 地 板 辐 射 供 冷 的 空 调 系 统

5、 以 改 善 高 大 空 间 的 室 内 环 境 。 探 讨 了 博 物 馆 中 文 物 库 房 和 展 厅 恒 温 恒 湿 空 调 系 统 的 设 计 方 法 。关 键 词 节 能 冰 蓄 冷 文 物 库 房 展 厅 恒 温 恒 湿Design of ventilation and air conditioning forNational Museum of ChinaBy Sheng Xiaokang and Dong JingAbstract Considering the protection of cultural relics， visitors comforts and oper

6、ating means of regulation， presents the determination principles of indoor air parameters Analyses the part load ice storage and large temperature difference chill ed w ater system in the building， w hich is considered to be advantageous in ensuring sufficient cooling capacity for the load， improvin

7、g the dehumidification capacity and reducing energy consumption According to the CFD simulation results， adopts the stratified air conditioning system and floor panel cooling systemto improve the indoor environment in the large space area Discusses the constant temperature and humidity system design

8、 in relic storage room and exhibition hallK eywords energy efficiency ， ice storage， relic storage room ， exhibition hall， constant temperature andhumidity China Academy of Building Research Architectural Design Institute， Beijing ， China檮檮殑檮檮殑2 暖 通 空 调 HV AC 2011 年 第 41 卷 第 10 期 文 化 建 筑房 分 为 4 类 ，

9、尽 管 它 们 对 文 物 库 房 内 温 度 要 求 全 年都 是 ( 20 1 ) ， 但 对 环 境 相 对 湿 度 的 要 求 却 不 同 ， 见 表 1。 同 时 文 物 库 房 还 要 满 足 环 境 相 对 湿 度 日 波 动 值 不 大 于 5% ， 温 度 日 较 差 不 大 于 2 的 要 求 。表 1 文 物 库 房 室 内 相 对 湿 度 要 求1 工 程 概 况中 国 国 家 博 物 馆 ( 见 图 1 ) 位 于 天 安 门 广 场 东 侧 ， 设 计 保 留 原 有 老 馆 建 筑 中 的 北 、 南 、 西 侧 部 分 立m2 ， 将 其 余 部 分 拆 除 ，

10、 改 扩 建 成面 建 筑 35 000191 900 m2 新 的 国 家 博 物 馆 。 其 建 筑 空 间 形 式 丰可 存 放 的 藏 品 材 质 类 别 全 年 相 对 湿 度范 围 / %一 类 藏 品库 房 二 类 藏 品库 房三 类 藏 品 库 房砖 瓦 、 石 器 、 玉 器 、 石 刻 、 陶 器 、 瓷 器 、 印章 、 徽 章 武 器 、 钱 币 、 铜 器 、 其 他 金 属 器40 5030 40书 画 、 拓 本 、 油 画 库 、 文 献 、 织 绣 、 皮 革 、基 藏 库 品 、 善 本 、 古 籍 、 过 刊 、 报 纸 、外 文 书 、 文 博 资 料

11、、 家 具 、 漆 木 牙 骨 考 古 挖 掘 品 、 复 制 品 、 民 族 文 物 、 现 代艺 术 品 、 杂 项 库 、 临 时 库 房50 60图 1 中 国 国 家 博 物 馆 效 果 图四 类 藏 品库 房45 55富 ， 内 部 功 能 复 杂 、 多 样 ， 包 括 15 345 m2 的 地 下 各类 文 物 库 房 78 间 、 总 面 积 为 64 800 m2 的 47 个 各 类 展 厅 ， 还 包 括 学 术 报 告 厅 、 数 码 影 院 、 演 播 室 、 文 物 保 护 室 、 科 研 室 、 鉴 赏 用 房 和 服 务 于 观 众 的 公 共 服 务 空

12、间 。 本 文 重 点 介 绍 各 类 复 杂 、 特 殊 功 能 空 间 空 调 系 统 的 节 能 设 计 。国 家 博 物 馆 内 部 功 能 的 复 杂 多 样 使 得 室 内 环 境 要 求 多 样 且 严 格 、 苛 刻 ; 空 间 形 式 的 复 杂 多 样 使 得 空 调 通 风 的 气 流 组 织 要 求 各 不 相 同 。 与 商 业 公 共 建 筑 不 同 ， 博 物 馆 类 建 筑 的 文 化 艺 术 空 间 室 内 设 计 和 装 修 在 很 大 程 度 上 限 制 了 空 调 系 统 的 末 端 形 式 。 风 口 不 仅 仅 是 空 调 系 统 的 末 端 ， 而

13、 是 室 内 装 修 设 计 的 一 部 分 。 由 于 工 程 地 处 天 安 门 广 场 ， 要 求 从 空 中 和 所 有 立 面 都 看 不 到 任 何 建 筑 外 百 叶 和 设 备 。 这 些 因 素 和 要 求 从 不 同 的 方 面 综 合 作 用 增 加 了 空 调 系 统 的 设 计 难 度 。博 物 馆 展 厅 的 室 内 环 境 参 数国 家 博 物 馆 展 厅 数 量 多 、 面 积 大 ， 科 学 合 理 地 确 定 其 室 内 环 境 参 数 不 仅 是 保 证 文 物 安 全 、 兼 顾 参 观 者 舒 适 感 的 要 求 ， 同 时 也 在 很 大 程 度 上

14、 影 响 博 物 馆 的 运 行 能 耗 。 文 物 的 展 示 不 同 于 保 存 ， 除 了 以 文 物 材 质 类 型 为 题 进 行 的 专 题 展 览 外 ， 一 般 文 物 展 陈 并 非 只 展 出 单 一 材 质 文 物 ， 同 时 展 厅 环 境 还 要 兼 顾 参 观 者 的 舒 适 感 。 考 虑 绝 大 多 数 的 文 物 对 温 度 本 身 并 不 敏 感 ， 所 以 没 有 像 西 方 国 家 博 物 馆 那 样 将 所 有 展 厅 室 内 温 度 全 年 控 制 在 ( 22 1) ， 而 是 将 绝 大 多 数 的 展 厅 室 内 温 度 根 据 冬 夏 季 节

15、 不 同 控 制 在20 26 ， 见 表 2。 个 别 重 要 或 环 境 敏 感 的 文 物 则 采 用 带 有 恒 温 恒 湿 功 能 的 展 柜 方 式 进 行 展 出 ， 只 有 国 际 交 流 展 厅 全 年 采 用 同 一 温 湿 度 标 准 。 这 样 一 种 室 内 环 境 参 数 的 确 定 从 根 本 上 较 西 方 国 家 博 物 馆 展 厅 减 少 了 能 耗 需 求 。表 2 展 厅 室 内 环 境 温 湿 度2 2博 物 馆 室 内 设 计 参 数 的 合 理 确 定文 物 库 房 的 室 内 环 境 参 数 文 物 保 存 需 要 恒 温 恒 湿 的 环 境 ，

16、 但 是 不 同 材 质22 1夏 季 展 厅 环 境 冬 季 展 厅 环 境温 度 / 相 对 湿 度 / % 温 度 / 相 对 湿 度 / %的 文 物 需 要 不 同 的 恒 温 恒 湿 环 境 。 不 同 于 精 密 仪器 机 房 的 恒 温 恒 湿 ， 很 多 文 物 对 空 气 湿 度 变 化 率 的 要 求 远 比 对 温 湿 度 值 本 身 更 加 严 格 ， 所 以 对 文 物 库 房 的 室 内 温 湿 度 还 提 出 了 “ 日 较 差 ” 的 要 求 。 所 谓 日 较 差 ( daily range) ， 是 指 温 度 或 湿 度 在 全 天 24 h 内 变 化

17、 的 振 幅 ， 是 全 天 中 温 度 ( 湿 度 ) 最 高 值 与 最 低 值 之 差 。 例 如 虽 然 相 对 湿 度 要 求 是 50% 5% ， 看 似 全 天 相 对 湿 度 最 低 45% 、 最 高 55% 就 可 以 满 足 要 求 ， 但 是 全 天 湿 度 变 化 却 超 过 了 5% 日 较 差 的 要 求 。根 据 文 物 材 质 对 环 境 温 湿 度 的 要 求 ， 将 文 物 库数 字 化 展 厅展 柜 空 调 其 他26 224 124 255 555 555 520 220 120 245 550 550 53 博 物 馆 恒 温 恒 湿 设 计恒 温

18、恒 湿 房 间 多 采 用 风 冷 恒 温 恒 湿 专 用 空 调 机 组 ， 而 国 家 博 物 馆 要 求 恒 温 恒 湿 的 房 间 数 量 多 、 规 模 大 ， 如 果 采 用 上 述 机 组 ， 则 设 备 数 量 多 、 布 置 分 盛 晓 康 ， 男 ， 1963 年 12 月 生 ， 本 科 ， 高 级 工 程 师北 京 北 三 环 东 路 30 号 中 国 建 筑 科 学 研 究 院( 010) E-mail: shengxk cabr-design com收 稿 日 期 : 2011 -08 -152011( 10) 盛 晓 康 ， 等 : 中 国 国 家 博 物 馆 暖

19、 通 空 调 系 统 设 计 3散 、 投 资 大 、 COP 低 、 噪 声 大 、 效 率 低 、 运 行 费 用 高 ，且 建 筑 上 也 不 允 许 如 此 多 的 室 外 风 冷 机 组 破 坏 建 筑 外 观 效 果 。 所 以 设 计 上 采 用 了 常 规 空 调 机 组 ， 通 过 高 可 靠 的 集 中 冷 热 源 和 空 调 自 控 手 段 达 到 恒 温 恒 湿 的 空 调 效 果 。舒 适 要 求 不 同 的 矛 盾 ， 在 部 分 展 厅 设 置 了 展 柜 空调 系 统 ， 创 造 出 展 柜 内 空 间 与 展 厅 空 间 微 小 的 温 湿 度 差 别 ， 避

20、 免 为 满 足 个 别 展 品 要 求 而 改 变 或 提 高 整 个 展 厅 室 内 环 境 的 要 求 。 展 柜 空 调 系 统 不 设 排 风 ， 仅 设 少 量 新 风 以 维 持 相 对 展 厅 的 微 正 压 。 这 样 的 处 理 方 式 兼 顾 了 两 者 对 室 内 环 境 的 不 同 要 求 ， 避 免 了 空 调 能 源 的 巨 大 浪 费 。 根 据 展 品 的 性 质 及 对 环 境 的 要 求 ， 在 非 参 观 时 间 有 可 能 停 止 运 行 展 厅 空 调 ， 仅 运 行 展 柜 空 调 系 统 。 此 时 需 要 注 意 的 是 展 柜 内 外 空 间

21、 的 环 境 差 异 是 有 限 制 的 ， 通 常 展 柜 内 外 的 温 差 不 超 过 6 。 除 玻 璃 内 外 温 差 造 成 的 展 柜 空 调 负 荷 外 ， 还 应 验 算 展 柜 玻 璃 内 外 的 露 点 温 度 。展 柜 空 调 系 统 为 所 连 接 的 展 柜 提 供 的 是 同 样 温 湿 度 参 数 的 展 柜 环 境 ， 如 果 不 同 的 展 品 需 要 不 同 的 展 柜 空 调 环 境 时 ， 则 需 要 设 置 带 独 立 恒 温 恒 湿 装 置 的 展 柜 。文 物 库 房 恒 温 恒 湿 空 调 系 统为 保 证 文 物 库 房 室 内 环 境 的

22、稳 定 ， 从 被 动 设 计 优 先 的 角 度 出 发 ， 将 库 房 置 于 建 筑 平 面 中 部 地 下 13 00 m 的 深 度 ， 隔 绝 其 与 室 外 环 境 的 直 接 热 湿 交 换 ， 最 大 程 度 地 降 低 空 调 负 荷 。 每 间 库 房 少 量 的 新 风 既 是 维 持 同 时 进 入 库 房 的 两 名 工 作 人 员 的 卫 生 需 要 ， 也 是 保 证 库 房 相 对 走 廊 呈 正 压 的 措 施 。 以 水 盘 管 再 热 方 式 替 代 专 用 机 组 的 电 再 热 ， 以 干 蒸 汽 加 湿 方 式 代 替 恒 温 恒 湿 专 用 空

23、调 机 的 电 加 湿 ， 合 理 利 用 不 同 品 位 的 能 源 ， 减 少 配 电 容 量 6 000 kW， 提 高 了 博 物 馆 综 合 能 源 利 用 效 率 。 当 一 台 空 调 机 组 负 担 多 间 室 内 环 境 要 求 相 同 的 恒 温 恒 湿 文 物 库 房 时 ， 在 每 间 库 房 送 风 支 管 处 设 置 了 1 温 升 分 挡 调 节 的 0 75 kW 电 再 热 装 置 。 以 空 调 机 组 总 的 回 风 湿 度 控 制 机 组 的 加 湿 或 除 湿 ， 以 各 库 房 房 间 的 相 对 湿 度 调 控 电 再 热 功 率 ， 从 而 达

24、到 微 调 相 对 湿 度 1 % 6 % 的 目 的 ， 满 足 文 物 藏 品 对 湿 度 的 苛 刻 要 求 。3 14 高 大 空 间 的 分 层 空 调 系 统 设 计面 向 天 安 门 广 场 的 西 侧 入 口 大 厅 长 270 m， 高27 m， 中 间 宽 度 达 到 60 m， 若 采 用 全 空 间 、 全 空 气空 调 系 统 ， 暖 通 空 调 热 负 荷 高 达 1 519 kW， 冷 负 荷 为 2 488 kW。 通 过 CFD 对 大 厅 进 行 的 温 度 场 模 拟 ( 见 图 2) 得 知 ， 竖 向 温 度 梯 度 达 到 12 。 为 了 减 少

25、空 调 运 行 能 耗 ， 设 计 采 取 了 分 层 空 调 与 地 板 盘 管 辐 射 空 调 结 合 的 方 式 ， 所 有 空 调 装 置 和 送 回 风 的 气 流 组 织 都 在 距 地 面 6 m 高 的 范 围 内 。展 厅 恒 温 恒 湿 空 调 系 统与 文 物 库 房 不 同 ， 展 厅 由 于 有 大 量 的 参 观 者 ， 负 荷 扰 动 明 显 。 国 家 博 物 馆 的 展 厅 数 量 和 种 类 多 、 面 积 大 。 有 的 专 题 展 厅 只 展 出 同 一 种 材 质 的 展 品 ， 例 如 青 铜 器 展 厅 ; 有 的 展 厅 则 展 示 不 同 材

26、质 的 展 品 ， 例 如 古 代 中 国 展 ， 可 能 既 有 瓷 器 又 有 书 画 ; 还 有 的 展 厅 不 同 时 间 段 展 出 不 同 材 质 的 展 品 ， 如 国 际 交 流 展 厅 。 如 果 所 有 展 厅 都 按 照 最 高 标 准 、 最 严 格 的 要 求 进 行 设 计 并 运 行 ， 势 必 会 造 成 空 调 能 耗 的 增 加 。 这 就 要 求 同 一 展 厅 空 调 系 统 应 能 够 在 不 同 的 时 间 满 足 并 适 用 多 种 不 同 室 内 空 调 环 境 运 行 。 根 据 展 品 的 不 同 、 时 间 的 不 同 ， 采 用 不 同

27、的 运 行 模 式 才 能 在 满 足 使 用 要 求 的 同 时 ， 最 大 限 度 地 节 能 。 例 如 当 展 出 字 画 时 ， 可 以 实 现 全 天 的 恒 温 恒 湿 运 行 ， 夜 间 则 可 以 减 少 新 风 量 运 行 ; 展 出 瓷 器 时 则 可 以 按 照 舒 适 性 空 调 系 统 运 行 。3 3 展 柜 空 调 系 统为 解 决 同 一 展 厅 内 不 同 材 质 文 物 所 要 求 的 室 内 环 境 不 同 、 文 物 对 室 内 环 境 的 要 求 与 参 观 者 的3 2图 2 西 侧 入 口 大 厅 夏 季 室 内 竖 向 温 度 分 布夏 季 当

28、 顶 部 区 域 的 空 气 温 度 高 于 室 外 通 风 温度 时 ， 可 以 利 用 屋 顶 的 自 动 窗 实 现 自 然 通 风 或 利 用 与 消 防 合 用 的 风 机 实 现 机 械 通 风 ， 从 而 在 不 增 加 空 调 系 统 冷 负 荷 的 条 件 下 ， 消 除 顶 部 余 热 。 由 于 靠 近 地 面 能 够 设 置 风 口 的 位 置 非 常 有 限 ， 不 得 不 将 部 分4 暖 通 空 调 HV AC 2011 年 第 41 卷 第 10 期 文 化 建 筑表 6 不 同 水 管 间 距 冬 季 供 暖 计 算 结 果空 调 负 荷 改 由 地 板 盘

29、管 承 担 。目 前 国 内 民 用 公 共 建 筑 并 没 有 大 规 模 地 在 如 此 重 要 的 场 合 使 用 空 调 冷 水 盘 管 承 担 室 内 负 荷 ， 没 有 太 多 的 经 验 可 循 。 地 板 盘 管 的 设 计 首 先 以 保 证 夏 季 地 板 表 面 不 结 露 为 原 则 ， 同 时 兼 顾 冬 夏 季 水 量 一 致 以 便 利 用 同 一 套 循 环 水 泵 ， 在 此 基 础 上 计 算 确 定 水 温 、 水 盘 管 间 距 和 供 冷 供 热 能 力 。作 为 室 内 外 过 渡 的 入 口 大 厅 ， 夏 季 的 室 内 设 计 参 数 为 干

30、球 温 度 28 ， 相 对 湿 度 不 大 于 65% 。 为 安 全 起 见 ， 要 求 地 板 表 面 温 度 应 高 于 露 点 温 度 ( 20 8 ) 2 以 上 ， 即 地 板 表 面 温 度 应 不 低 于 22 8 。 选 择 不 同 的 供 回 水 温 度 及 管 道 间 距 进 行 试 算 ， 夏 季 地 板 辐 射 供 冷 计 算 参 数 见 表 3。表 3 夏 季 地 板 辐 射 供 冷 计 算 参 数管 道 间 距 / cm供 暖 输 出 量 / ( W / m2 ) 地 板 表 面 平 均 温 度 / 供 水 流 量 / ( kg / ( m2 h) ) 向 下

31、热 损 失 量 / ( W / m2 ) 总 供 暖 输 出 / ( W / m2 )10126 229 713 5831 4157 615112 228 412 1829 2141 42099 927 210 9527 3127 23079 125 38 8824 1103 1为 了 防 止 夏 季 地 板 结 露 ， 设 计 采 用 了 地 板 表 面温 度 控 制 和 室 内 空 气 露 点 控 制 的 双 重 保 护 。 即 地 板 表 面 温 度 低 于 设 定 值 时 或 空 气 相 对 湿 度 高 于 设 定 值 时 ， 意 味 着 有 结 露 风 险 ， 会 首 先 停 止 地

32、 板 盘 管 的 冷 水 循 环 。5 暖 通 空 调 系 统 的 节 能 技 术 措 施5 1 被 动 设 计 减 少 能 耗科 学 合 理 地 确 定 博 物 馆 的 室 内 环 境 参 数 ， 为 减 少 不 必 要 的 空 调 负 荷 奠 定 了 基 础 。 为 了 减 少 室 外 气 候 及 其 变 化 对 文 物 库 房 环 境 的 影 响 ， 将 文 物 库 房 设 置 在 13 m 的 地 下 室 ， 极 大 地 减 少 了 文 物 库 房 围 护 结 构 的 空 调 负 荷 。 通 过 入 口 大 厅 西 侧 的 遮 阳 设 计 大 幅 减 小 了 夏 季 辐 射 得 热 。

33、 通 过 类 似 上 述 内 容 的 被 动 措 施 ， 使 得 有 大 量 恒 温 恒 湿 要 求 的 博 物 馆 夏 季 空 调 设 计 计 算 冷 负 荷 降 至 21 328 kW， 包 括 空 调 再 热 负 荷 的 冷 负 荷 指 标 为房 间 室 内 温 度 / 地 下 停 车 库 温 度 / 制 冷 时 楼 板 向 下 的 传 热 系 数 / ( W / ( m2 K) ) 地 板 表 面 最 低 平 均 温 度 / 供 水 温 度 / 回 水 温 度 / 28301122 81619当 盘 管 间 距 为 20 cm 时 ， 地 板 表 面 温 度 满 足 比露 点 温 度

34、高 2 的 要 求 ， 以 此 时 的 供 冷 能 力 32 5W / m2 1 作 为 设 计 采 用 的 数 据 ( 见 表 4 ) ， 其 余 冷 负 荷 则 仍 然 需 要 由 空 气 系 统 承 担 。表 4 不 同 水 管 间 距 夏 季 供 冷 计 算 结 果111 W / m ; 空 调 设 计 计 算 热 负 荷 降 至 16 000 kW，2热 负 荷 指 标 为 83 W / m ; 同 一 般 公 共 建 筑 空 调 负荷 相 差 不 多 。5 2 合 理 采 用 能 源 结 构 ， 提 高 能 源 效 率2管 道 间 距 / cm向 上 制 冷 输 出 量 / ( W

35、 / m2 ) 地 板 表 面 平 均 温 度 / 供 水 流 量 / ( kg / ( m2 h) ) 向 下 制 冷 损 失 量 / ( W / m2 ) 总 制 冷 输 出 / ( W / m2 )1039 022 013 146 745 71535 622 511 956 041 62032 523 010 865 337 83027 123 88 944 131 2热 源 采 用 市 政 热 力 ， 另 设 2 台 蒸 汽 锅 炉 ( 每 台) 用 于 空 调 加 湿 ， 蒸 汽 锅 炉 在 夏 季 可 作蒸 发 量 3 t / h为 市 政 热 力 的 备 用 热 源 以 满 足

36、热 力 检 修 期 间 的 再热 需 求 ， 从 而 提 高 了 博 物 馆 热 源 的 可 靠 性 。采 用 热 水 再 热 替 代 传 统 恒 温 恒 湿 空 调 的 电 再 热 ， 采 用 干 蒸 汽 加 湿 替 代 电 热 加 湿 ， 避 免 电 能 再 次 转 化 为 热 能 的 低 效 能 源 利 用 。5 3 冰 蓄 冷 冷 源同 样 给 出 冬 季 地 板 盘 管 供 热 计 算 的 温 度 条 件 ，见 表 5。表 5 冬 季 地 板 辐 射 供 暖 计 算 参 数房 间 室 内 温 度 / 地 下 停 车 库 温 度 / 楼 板 向 下 的 传 热 系 数 / ( W /

37、( m2 K) ) 地 板 表 面 最 高 平 均 温 度 / 供 水 温 度 / 回 水 温 度 / 1857284838尽 管 文 物 库 房 和 展 厅 空 调 系 统 需 要 每 天 24 h运 行 ， 但 夜 间 最 大 空 调 冷 负 荷 仅 有 3 920 kW， 对 整个 博 物 馆 而 言 仍 然 存 在 较 大 的 昼 夜 负 荷 差 别 ， 设 计 日 昼 夜 空 调 冷 负 荷 平 衡 示 意 如 图 3 所 示 ， 结 合 北 京 地 区 的 分 时 电 价 政 策 ， 为 采 用 冰 蓄 冷 作 为 本 工 程 的 空 调 冷 源 奠 定 了 客 观 的 基 础 条

38、 件 。设 计 日 白 天 峰 值 冷 负 荷 发 生 在 15: 00， 为21 328 kW， 夜 间 峰 值 冷 负 荷 发 生 在 6: 00， 为 3 920以 此 管 径 、 间 距 、 流 量 为 前 提 ， 保 证 地 表 面 温 度不 超 过 28 ， 以 各 种 供 回 水 温 度 试 算 冬 季 供 热 情况 ， 当 供 回 水 温 度 为 48 时 ， 供 热 能 力 为 /3899 9 W / m2 ， 同 时 地 板 表 面 温 度 为 27 2 。 冬 季地 板 盘 管 供 热 情 况 见 表 6。2011( 10) 盛 晓 康 ， 等 : 中 国 国 家 博 物

39、 馆 暖 通 空 调 系 统 设 计 5冷 水 流 量 近 28% ， 不 仅 管 径 小 了 ， 阻 力 低 了 ， 水 泵小 了 ， 管 道 占 据 的 吊 顶 空 间 也 相 应 减 小 。 冷 水 泵 配 电 容 量 的 减 小 相 应 弥 补 了 蓄 冰 系 统 增 加 的 冷 冻 液 循 环 泵 的 配 电 容 量 ， 使 得 博 物 馆 应 用 蓄 冰 系 统 的 优 势 更 加 突 出 。冷 却 塔 制 冷 与 用 户 冷 却 水 系 统由 于 博 物 馆 空 调 需 要 常 年 不 间 断 地 提 供 空 调 冷 水 ， 在 冬 季 除 去 以 新 风 消 除 室 内 余 热

40、 的 舒 适 性 空 调 外 ， 仍 然 还 有 制 冷 量 约 2 554 kW 的 恒 温 恒 湿 空 调 系 统 需 要 冷 水 供 应 。 博 物 馆 的 冷 却 塔 制 冷 系 统 考 虑 到 可 能 的 除 湿 需 求 ， 负 荷 侧 的 冷 水 供 水 温 度 并 不 能 像 一 般 舒 适 性 空 调 那 样 高 至 10 以 上 。 兼 顾 除 湿 要 求 ， 考 虑 冷 却 塔 冷 幅 ( 冷 却 塔 出 水 水 温 与 室 外 湿 球 温 度 之 差 ) 1 5 、 换 热 温 差 损 失 1 5 ， 确 定 当 室 外 湿 球 温 度 低 至 5 时 ， 博 物 馆 冷

41、 却 水 供 冷 系 统 可 制 备 负 荷 侧 8 的 冷 水 供 水 。 供 回 水 温 差 则 依 内 区 负 荷 和 原 有 冷 却 水 泵 和 冷 水 泵 的 循 环 流 量 确 定 为 一 次 冷 源 侧 3 ， 二 次 负 荷 侧 5 2 。 冬 季 冷 却 塔 供 冷 系 统 温 度 如 表 7 所 示 。5 5图 3 典 型 设 计 日 昼 夜 负 荷 平 衡 示 意 图kW ; 设 计 日 总 冷 负 荷 为 285 423 kW h， 设 计 日 总蓄 冰 冷 负 荷 为 184 927 kW h。如 果 采 用 常 规 空 调 系 统 ， 需 要 设 置 7 台 单 台

42、 制 冷 量 为 3 165 kW ( 900 rt) 的 冷 水 机 组 ， 白 天 最 高 负 荷 时 全 部 运 行 供 冷 ， 夜 间 只 有 1 台 机 组 部 分 负 荷 运 行 ， 其 他 6 台 闲 置 。 设 计 采 用 了 部 分 负 荷 蓄 冰 系 统 ， 4 台 单 台 制 冷 量 为 3 165 kW ( 900 rt) 的 双 工 况 制 冷 主 机 位 于 系 统 上 游 并 与 蓄 冰 设 备 串 联 。 同 时 设 置 3 台 总 制 冷 量 为 4 748 kW ( 1 350 rt) 的 基 载 冷 水 机 组 满 足 夜 间 空 调 供 冷 ， 如 图

43、4 所 示 。 制 冷 机 配 置 容 量 减 少 了 4 748 kW ( 1 350 rt) ， 年 节 省 空 调 运 行 费 用 132 万 元 ， 约 4 年 时 间 可 收 回 增 加 的 蓄 冰 设 备 的 投 入 。 同 时 冰 蓄 冷 可 作 为 市 电 故 障 时 的 应 急 冷 源 ， 配 合 柴 油 发 电 机 和 水 泵 的 工 作 ， 为 博 物 馆 提 供 短 时 间 的 备 用 冷 源 。 主 机 入 口 冷 冻 液 温 度 为10 55 ， 主 机 出 口 冷 冻 液 温 度 为 5 5 ， 蓄 冰 槽 出 口 冷 冻 液 温 度 为 3 95 。表 7 冷

44、却 塔 冬 季 供 冷 设 计 计 算 温 度 空 调 冷 水 最 高 供 水 温 度 tL1空 调 冷 水 最 高 回 水 温 度 tL2 冷 水 最 高 供 水 温 度 ， 即 冷 却 塔 出 水 温 度 tc1 冷 水 最 低 回 水 温 度 ， 即 冷 却 塔 进 水 温 度 tc2 冷 水 供 回 水 温 差 tc = tc2 tc18136 59 53 05 01 5冷 却 塔 供 冷 负 荷 侧 供 回 水 温 差 t = t tL L2 L1换 热 器 温 差 较 小 端 一 二 次 介 质 温 差 ， 即 换 热 温 差 tx5 6 用 户 冷 却 水 系 统虽 然 博 物

45、馆 工 程 全 年 有 不 间 断 的 冷 水 供 应 ， 但 是 考 虑 业 主 的 使 用 方 便 和 以 后 可 能 的 改 造 ， 为 保 证 博 物 馆 所 有 外 立 面 和 屋 顶 不 出 现 任 何 空 调 风 冷 室 外 机 ， 设 置 了 变 流 量 的 用 户 冷 却 水 系 统 ， 根 据 负 荷 侧 投 入 的 设 备 数 量 和 水 温 调 节 冷 却 水 流 量 ， 为 计 算 机 房 、 网 络 数 据 机 房 、 消 防 和 安 防 值 班 室 、 厨 房 等 的 制 冷 设 备 提 供 冷 却 条 件 。受 屋 顶 整 洁 和 美 观 的 限 制 ， 冷 却

46、 塔 采 用 了 下 沉 式 布 置 。 为 保 证 冷 却 塔 的 通 风 效 果 和 冬 季 运 行 防 冻 ， 对 冷 却 塔 通 风 散 热 进 行 了 CFD 模 拟 分 析 ( 见 图5) ， 确 定 了 冷 却 塔 的 摆 放 方 式 、 距 障 碍 物 间 距 和 采 用 逆 流 形 式 的 冷 却 塔 ， 避 免 了 冷 却 塔 出 风 局 部 回 流 而 影 响 其 通 风 散 热 效 果 。( 下 转 第 41 页 )图 4 蓄 冰 冷 水 系 统 原 理 示 意 图5 4 低 水 温 、 大 温 差 的 空 调 冷 水 系 统博 物 馆 采 用 四 管 制 空 调 水

47、系 统 ， 空 调 热 水 供 回水 设 计 温 度 为 60 /50 。 空 调 冷 水 供 回 水 由 于采 用 冰 蓄 冷 而 设 计 为 5 /12 。 较 低 的 水 温 为 除 湿 提 供 了 强 有 力 的 保 证 ， 而 较 大 的 温 差 则 减 少 了2011( 10) 王 加 ， 等 : 无 锡 鸿 山 遗 址 博 物 馆 空 调 系 统 设 计 413 2 高 压 微 雾 加 湿 系 统空 调 加 湿 系 统 采 用 高 压 微 雾 加 湿 系 统 ， 在 空 调 冷 热 源 机 房 内 设 置 高 压 微 雾 主 机 柜 ， 把 软 化 处 理 后 的 自 来 水 通

48、 过 高 压 柱 塞 泵 加 压 至 3 7 MPa， 再 经 高 压 无 缝 不 锈 钢 管 路 输 送 到 空 调 机 组 内 的 超 微 细 喷 嘴 雾 化 ， 喷 嘴 高 速 旋 转 ， 把 0 5 15 m 的 超 微 雾 粒 子 喷 射 到 空 气 中 ， 超 微 雾 粒 子 在 空 气 中 吸 收 热 量 迅 速 汽 化 ， 达 到 加 湿 目 的 。 高 压 微 雾 加 湿 系 统 图 见 图 6。湿 器 的 1 /10。3) 卫 生 : 高 压 微 雾 系 统 的 水 是 密 封 非 循 环 使用 的 ， 不 会 导 致 细 菌 的 繁 殖 。4) 加 湿 量 调 节 灵 活

49、 : 高 压 微 雾 的 加 湿 量 大 ，可 任 意 调 节 ， 且 加 湿 器 主 机 不 变 ， 超 高 压 微 雾 系统 泵 站 的 输 出 流 量 可 进 行 无 级 调 节 ， 变 频 器 根 据 压 力 信 号 调 节 水 泵 的 转 速 ， 对 喷 嘴 的 压 力 和 流 量 进 行 精 确 的 恒 压 调 节 。 在 流 量 范 围 内 可 任 意 配 置 喷 嘴 ， 还 可 以 对 喷 嘴 进 行 任 意 组 合 来 调 整 加 湿 精 度 。5) 在 展 厅 布 置 的 展 柜 存 在 加 湿 的 可 能 ， 高 压微 雾 加 湿 系 统 允 许 随 时 从 高 压 管 路 上 增 加 支 管 ， 管线 最 长 可 达 150 m，