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公寓空調系統如何設計?副總工程師硬核講解:全靠做好這6個模組
- 2021-08-22
斜窗公寓怎麼通風
淄博市運動員公寓(見圖1) 專案位於淄博市西十路與中潤大道交叉路口西南角, 為十一屆全運會和二十三屆省運會的配套工程, 兩會過後將承擔政府接待、群眾娛樂及百姓休閒等任務。 總建築面積101821㎡, 佔地面積22 萬㎡。
分為1# 貴賓樓、2# 迎賓樓、3# 國際會議中心以及4# 健身中心4 座功能性建築。 1# 樓為酒店建築, 按五星級標準建造, 建築面積19588m2 , 最高4 層, 部分1~2 層。 2# 樓為酒店建築, 按四星級標準建造, 建築面積35134㎡, 最高5 層, 區域性3 層。
3# 樓為會議、觀演建築, 按五星級酒店內會議設施標準建造,建築面積26791㎡, 內設300㎡國際會議廳、400㎡多功能廳、1200人大禮堂及1400㎡帶升降樂池舞臺, 均為單層高大空間, 國際會議廳及多功能廳吊頂下最高10。2 m,1200人大禮堂最高15。2m。
4# 樓為健身中心, 按五星級酒店健身設施標準建造, 建築面積20308㎡, 最高5 層, 區域性4 層。樹上鳥教育暖通設計杜老師。
設計引數
(1)室內主要設計引數(見表1)
(2)各主要負荷指標(見表2)
注:4 棟樓同時使用係數取0。8, 總熱負荷為5584kW, 總冷負荷為9320kW。
空調冷熱源及水系統
(1)空調冷熱源設計
本工程採用集中設定冷熱源的方式, 機房設於整個區域的中心地帶, 距離最遠端的4# 樓約400m, 距離最近端的2# 樓約100m。 採用地埋管地源熱泵與傳統電製冷相結合的方式, 其中地源熱泵空調約承擔總負荷的70%。 尖峰負荷時, 兩種方式同時執行, 部分負荷時僅執行地埋管地源熱泵機組。
以冬季負荷為依據確定埋管數量和熱泵機組的容量, 選用3 臺地源熱泵機組,製冷量2140kW/臺, 制熱量2268kW/臺;1臺離心式水冷機組, 製冷量2850kW。
中國建築科學研究院於2009年3月在專案所在地進行了岩石熱響應試驗,測得地下103m 範圍內土壤初始溫度為16 ℃ , 綜合導熱係數為2。2W/(m·K) , 比熱容為2055KJ/(·K) 。
根據上述試驗資料,透過傳熱模擬計算,最終確定地埋管採用豎直雙U形管, 鑽孔間距5m, 鑽孔數量670個, 鑽孔深度103m, 鑽孔直徑180mm。 地埋管管材選用高密度聚乙烯管(PE管) ,豎直埋管管徑為De32,為雙U形埋管; 水平埋管管徑為De63,每6個鑽孔用七通與De63水平管連線進入機房分集水器。
(2)水系統設計
因本工程各單體建築相隔不遠, 且動力機房基本位於整個負荷分佈的中心區域, 空調水系統考慮採用投資、執行綜合效應較為經濟的一次泵系統,機房側定流量執行, 末端變流量執行。 供回水總管之間設壓差控制的旁通裝置, 冷水機組的冷水、 冷卻水入口和並聯水泵出口設定流量動態平衡閥。室外管網採用雙管異程式佈置, 經水力平衡計算,在不滿足不平衡率小於15%的支路回水管處設定靜態水力平衡閥。
末端水系統設計力求達到自然靜態水力平衡,儘量減少水力平衡閥門的設定數量。 如採用風機盤管與組合式空調機組分環路設定的方式, 風機盤管水系統各並聯環路水阻力基本接近, 採用同程式佈置, 而組合式空調機組水阻力損失大, 管路水阻力損失所佔比例小, 採用異程式佈置。
空調風系統設計
本工程所有需獨立執行的房間, 如賓館客房、辦公室等均採用可獨立控制和調節室溫的風機盤管加新風系統。 新風集中處理到與室內空氣等溼狀態, 負擔新風負荷和少量室內冷負荷, 單獨送入空調房間。 風機盤管設高、中、低三擋調速。
高大空間, 如3# 樓多功能廳、 國際會議廳、1200人大禮堂及舞臺、 所有休息大廳及門廳均採用定風量全空氣系統。 聲學環境要求不高的場所,如休息大廳, 機房設置於空調功能區域附近, 以減少風系統的阻力損失。 噪聲標準要求較高的場所,如3# 樓多功能廳、 國際會議廳等房間, 空調機房設置於地下層。
空間高大、人員密集的場所均考慮全新風執行模式, 執行工況的轉換採用比焓控制的方式。 最小新風量按照滿足室內設計人員衛生標準要求設定,並設全熱交換器回收排風能量, 過渡季全新風執行時單獨設排風機, 併兼作排煙風機。
圖2為全空氣系統送風、 排風、 新風佈置及轉換原理圖。 過渡季新風閥全開, 聯動關閉全熱交換器送回風電動風閥, 全新風執行, 排風機執行排風。 非過渡季新風電動風閥處於最小開度, 全熱交換器送回風電動風閥開啟以小風量向外排風, 排風機不執行。
(1)舞臺空調送排風方式
本工程舞臺長51m, 寬23m, 高32m, 共設3道人行天橋, 第一道天橋高10。2m, 第二道高14。2m, 第三道高18。2m, 葡萄架高22。7m。 舞臺燈光發熱量大, 空間冷負荷大, 上部空間全部為吊杆及吊燈等舞臺機械裝置, 要求不能佈置任何空調裝置及風道, 空調送風不能對舞臺幕布產生吹動干擾,以免影響演出效果。
本工程採用僅對下部人員活動區域提供空調送風, 上部空間不保證空調溫度的分層空調方式,如圖3 所示。
在第一道天橋下設空調送風道, 風道側設可調整送風角度的噴口。
在第二道天橋下設送風道, 風道側設條縫型送風口, 補入室外空氣, 水平出風形成下部空調區和上部非空調區的阻斷風幕, 依靠水平射流阻擋上下空氣的連通。
在第三道天橋下設排風裝置, 用於上部高散熱區域的排風。
冬季工況考慮熱空氣上浮的原理, 分層空調方式節能效果不明顯, 因上部空間的排風溫度較高,在第三道天橋下排風管處設一個旁路, 將排風引至舞臺下部空間再利用。
採取以下措施保證高大空間冬季供暖效果並控制流速, 降低空調送風對幕布的吹動干擾:
第一道天橋下空調送風采用雙層風道, 上層風道設電動風閥, 夏季關閉, 冬季開啟, 上設向下傾斜40°的固定誘導噴口; 下層風道設可調角度電動噴口,冬季執行時調節角度至向下30°。 上下層送風量比例為3∶7,30%的射流送風+70%的噴口送風,冬季誘導熱風下送,增大氣流覆蓋面積, 降低控制區流速。 送風口設在兩道幕布之間,風速取為3。5m/s。
(2)冬季加溼方式
新風機組送風管及組合式空調器送風道設定風管式溼膜加溼器, 冬季對送風進行集中加溼處理, 採用迴圈處理的軟化水, 由生活軟化水裝置提供, 並經滅菌裝置集中處理。
機械通風系統
1)所有公共衛生間及客房衛生間、 餐廳衛生間、沐浴室及吸菸室均設機械通風系統, 並和自然通風方式相結合使用。 排風量按新風量的80%~90%確定。 公共衛生間排風量按換氣次數不小於10h-1考慮, 吸菸室按15h-1計算。
2)洗衣房設機械送風及補風系統, 排風量略大於送風量, 以維持室內負壓狀態, 換氣次數取20~30h-1。
3)製冷機房設定獨立的通風系統, 保證平時通風和事故通風。 風量按事故通風量設計,事故排風口設在距地面1。2m 位置,平時通風口在機房上、下均勻佈置,並設定製冷劑洩漏監測器和報警器。
4)變電室設機械式通風, 氣流考慮從高低壓配電室流向變壓器室, 從變壓器室排至室外。
5)地下層廚房採用機械全面通風與帶油煙淨化裝置的區域性通風系統, 總換氣次數40h-1, 全面通風量為總風量的30%, 區域性通風量佔總風量的70%。 通風機均採用防爆型, 且排油煙系統兼作廚房事故通風用, 由燃氣洩漏報警裝置聯動開啟。 採用有組織送風, 送風量取排風量的75%, 其中25%經空氣處理機組處理後送至人員崗位處, 即採取直流式空調系統, 其餘50% 取室外新風經過濾處理後補入排氣罩。
防排煙系統
1)地上面積超過300㎡的房間及長度超過20m的內走道且不能滿足自然排煙條件的均設定機械排煙系統。
2)地下單個房間面積大於50㎡的辦公室及員工宿舍等有人員經常停留或可燃物較多的場所、長度超過20㎡的走道均設定機械排煙及補風系統, 風系統阻力小於50Pa的採用自然補風, 大於50Pa的採用機械補風。
3)地上無外窗樓梯間、 消防前室以及與地上採用防火分隔的地下樓梯間、地下消防前室均設定機械加壓送風。 地上及地下樓梯按兩個獨立的樓梯間分別考慮加壓送風。
消聲及隔振設計
各功能房間的室內噪聲控制在表3規定的限值以下。
根據各功能房間噪聲值要求, 採用以下幾種措施控制空調系統噪聲及振動。
1)所有空調機房採用以下隔聲措施: 牆體採用200mm 厚雙層加氣混凝土牆體砌築, 內填100mm 厚岩棉隔聲材料。 機房內側貼50mm 厚吸聲玻璃棉氈加1mm 厚穿孔吸聲鋁板。 機房門採用內夾吸聲材料(礦棉氈)的複合門, 門縫採用企口擠壓式(在企口上加橡膠圈)的密封措施。
2)根據NR曲線控制空調主風管及支風管、送回風口的風速在規範要求限值內,見表4。
3)所有機外噪聲大於55dB的風機盤管均設帶檢修口的隔聲罩, 組合式空調機組下設150mm厚彈簧複合隔振器+44mm 厚橡膠隔振器。 裝置的運轉頻率與彈簧隔振器垂直方向的固有頻率之比取4。36。
4)風管支架、吊卡、穿牆處均作隔振處理。 管道與支架、吊卡間墊軟材料並採用隔振吊架。
5)全空氣系統進出機組主風道中依次設定消聲靜壓箱+阻抗複合消聲器+消聲彎頭(以上在空調機房內)+片式消聲器(空調機房外設定) 。消聲器均有大於1倍管徑以上的間距。
空氣淨化消毒裝置設定部位分析
(1)本工程室內空氣主要問題及發生部位分析
1)可吸入顆粒問題
淄博為重工業城市, 空氣汙染較嚴重, 經淄博市疾控中心檢測, 該建築北側靠近公路處室外空氣含塵濃度超標。
2)室內可揮發性化合物(VOC) 及香菸煙霧引發的室內汙染問題
因本工程建設標準要求高, 豪華裝修引起的室內甲醛、苯等有毒化學物質超標嚴重, 成為室內的主要汙染源。 會議廳等人群密集的房間, 存在香菸煙霧引發的空氣汙染問題。
3)細菌和病毒問題
集中空調系統不僅是細菌和病毒的溫床, 更是傳播的重要媒介。 集中空調系統中的病毒病菌主要存在幾個地方:
①空氣中流動的病毒病菌, 主要附著在空氣中的粉塵顆粒物上;
②風管壁上的病毒病菌, 主要沉積、附著在風管內壁上;
③空調盤管上的病毒病菌, 主要滋生在空調換熱裝置的換熱盤管上。
這些有害物透過空調風系統擴散到整個空調區域中, 會導致空調疾病產生。
(2)根據各功能房間可能引起的空氣汙染問題採取的淨化措施
①新風入口處設靜電除塵器, 對進入組合式空氣處理器及新風機組的室外空氣進行處理, 消除新風中的粉塵及氣溶膠等, 同時殺滅附著在這些可吸入顆粒物上的病毒病菌。
②組合式空氣處理器換熱盤管前配置盤管專用 UVC 殺菌器, 全面殺滅滋生在盤管表面的病菌病毒, 並對流經組合式空氣處理器的空氣進行全流量處理, 消除空氣中的病毒病菌。
③組合式空調機組內部配置奈米光催化淨化器組合模組, 作為空氣淨化段佈置在組合式空氣處理器換熱盤管前, 對流經組合式空氣處理器的空氣進行全流量處理, 消除空氣中的 VOC, 同時殺滅流動空氣中的病菌病毒。
④客房、餐廳、貴賓休息室、總統套房等房間風機盤管迴風箱處配置離子淨化器, 消除空氣中的VOC、香菸煙霧及異味,並提高室內負氧離子含量。
(3)執行效果分析
裝置安裝、除錯完成後, 筆者任意選擇1 # 樓上下相鄰的 A,B 兩個客房對使用方非常關注的客房可吸入顆粒物及甲醛濃度進行了實際效果對比測試, 測試過程如下:
在室內無人的條件下,關閉門窗、空調,靜置24h後開啟空調系統。 其中A房間開啟空氣淨化裝置,B房間作為對照組,不開啟空氣淨化裝置,裝置執行24h,每4h 記錄一次檢測數值,結果如圖4、5所示。
測試結果表明, 本工程設計安裝的空氣淨化消毒裝置對可吸入顆粒物尤其是室內甲醛處理效果較好。 裝置執行1a後, 使用方普遍反映室內基本感覺不到裝修的刺鼻氣味, 除和本工程採用了比較好的裝修材料有關外, 空氣淨化消毒裝置也發揮了重要的作用。
使用後發現需改進的問題及設計體會
本工程於2010年7月竣工並投入使用, 經過一個製冷及供暖季的使用, 執行良好, 基本達到了設計要求, 但也有一些因細節未考慮到而存在的問題, 總結如下:
1)全空氣處理機組單機風量取值偏大, 且採用的是單風機系統, 風壓取值大, 噪聲及振動不易控制。 最大空調機組風量達到80000/h, 在機房外能感到地板有明顯的震顫感, 後期將機房門更換為隔聲效果達35dB的複合夾心門, 機房外風管處增加阻抗消聲器並增設風機變頻控制器, 情況有所改善, 但送風量的改變也對空調效果產生了一定的影響。 設計中取多臺小風量機組(小於45000/h)並聯執行的方式或採用雙風機系統應該可以減輕或避免此類問題的產生。
2)部分管線密集的吊頂空間, 未考慮充分空調裝置檢修空間。 如對部分新風機組及風機盤管,酒店管理公司要求能夠更換機組風機的軸承, 設計中僅考慮了過濾裝置的清洗維護空間, 無法滿足此類維修要求。
3)全空氣系統迴風阻力偏大, 尤其是設於地下層的空調風系統, 送風口處風量及風壓不足。 經現場勘查, 發現一方面的原因是施工單位未做土建迴風道內的迴風管, 直接利用土建風道迴風, 且風道內壁未經任何抹灰和絕熱處理, 漏風及風道阻力偏大現象嚴重。
另一方面原因是為了滿足裝修效果, 迴風口採用了與內部裝修協調一致的木質百葉迴風口, 頁扇非常密集, 僅有不到1/10的迴風面積, 風口阻力極大。 後在土建風道內壁襯彩鋼板,加強保溫及防漏風處理, 迴風口去掉1/2的頁扇,增大了迴風面積, 效果明顯改善。
4)入口門廳及休息大廳、 走道普遍存在冬季供暖效果不佳的現象。 主要原因是公共建築人員出入頻繁, 對入口門廳冷風侵入耗熱量考慮不足,因此, 對入口門廳處尤其是高大中庭部位, 建議設計中考慮增加地板輻射供暖作為輔助措施。
5)將部分空調機房就近設於休息大廳等聲學環境要求相對較高的空調區域, 噪聲及振動不易控制。設計僅考慮降低風系統的能耗, 對降噪隔振考慮不足。 雖採取了加強機房內消聲措施等方式補救,但效果不甚理想,尤其是機組振動透過樓板等建築構件的傳振不易解決。
因此, 筆者認為, 設計中需要權衡風系統能耗及噪聲控制二者之間的關係,空調機房儘量避免設於人員活動區域及聲學環境要求較高的場所,雖然可以採用有效的消聲減振措施,但裝置材料質量千差萬別,施工隊伍素質良莠不齊, 實際執行不一定如理論計算數值那樣可靠,最有效控制噪聲的措施是在噪聲標準要求高的場所儘量避免設定噪聲源。
免責宣告:本文來源淄博市建築設計研究院,作者 張玲玲 轉載內容僅作學習交流之用,所述觀點不代表本號立場,其版權歸屬原作者,如有侵權,聯絡本號刪除
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