青岛市某植物馆展览温室暖通空调设计_贺江波.pdf

暖通空调HV冬季采用散热器结合空调系统人行步道送风系统维持室内温度 同时室内竖 直方向设置风扇以减小竖直温度梯度 海洋植物展示厅采用溶液除湿空调沿展缸壁面向上送风 防止展缸壁面结露 关键词 植物馆 展览温室 溴化锂吸收式制冷机组 低温温室 自然通风 人行步道送风 散 热器 空调 HVACdesignforconservatoryofabotanicalpavilioninQingdao H e J i a n g b o Z h u X u e j i n I n s t i t u t e o f S h a n g h a i A r c h i t e c t u r a l D e s i g n conservatory lithium bromideabsorptionchiller low temperature greenhouse naturalventilation pedestrianwalkwayairsupply radiator airconditioning 贺江波 男 1 9 8 1年生 硕士研究生 高级工程师 2 0 0 0 4 1上海市静安区石门二路2 5 8号6楼 E m a i l h e j b a i s a c o m c n 收稿日期 2 0 2 3 0 9 0 8 修回日期 2 0 2 4 0 4 0 8 0 引言 温室包括生产温室和展览温室两大类 生产 温室通常为植物学专业温室 以科研和教育为 主 强调设计的科学性 植物品种要求严格 展 览温室是由人工控制的 展示生长在不同地域和 气候条件下的植物及其生存环境的空间 面向游 客 以观赏娱乐为目的 部分兼有教育 科研功 能 注重植物整体形象搭配 体现植物之美 展 览温室的空调 供暖 通风设计的目的是通过科 学技术手段模拟展览植物原生长地的温度 相对 湿度 通风状况和C O 2浓度 再造展览植物的原 生长地生态环境 全年可供公众观赏游览 学习 认识 1 本项目展览温室定位为单一的展览型 植物温室 不考虑科研功能 室内植物选取的原 则均以能够适用较大温差范围 适应较低的光线 环境的植物和花卉为主 其中花卉的选择主要以 与青岛同纬度地区的花卉为主 1 项目概况 4 0 暖通空调HV 2 土建送风道 3 新风进风管 4 新风送风管 5 散热器沟 6 散热器 7 供暖管道 8 水平循环风机 9 循环风扇 1 0 低位开启窗 1 1 高位开启窗 1 2 喷雾加湿降温装置 图2 温带植物展区和黄滕竹艺展区剖面图 2 低温温室室内设计参数 该项目位于寒冷地区 冬季室内设计温度的取 值直接影响到冬季的运行能耗 通过与景观设计 公司及植物学专家的交流沟通 查阅国内外展览温 室的工程建设资料 并结合该项目各温室中拟展出 植物的生长特性 最终确定冬季室内设计温度按照 保证在室外极端低温条件下室内植物生长所需的 最低温度设计 通常植物生长的三基点温度由植 物生命活动的最低温度 最适宜温度 最高温度组 成 在最适宜温度下 植物生长发育迅速而良好 在 表1 各展览温室建筑参数及主要植物种类 展示区域建筑面积 m 2最高点高度 m主要植物 海洋植物展区 2 0 0 0 2 1 5地下室巨藻缸展示活体巨藻及珊瑚等海洋植物 地上主要植物为海岛植物 如棕 榈植物等 黄藤竹艺展区 1 7 0 0 1 9 7竹类植物 如紫竹 毛竹 黄金间碧竹 香糯竹 金镶玉竹等 温带植物展区 1 6 5 0 2 3 7多肉植物 棕榈科植物 地中海植物和澳洲植物等异域植物 如朱蕉林 芦荟 刺 葵 帝王花 银叶树 橄榄树 蓝雪花 加拿利海枣和澳大利亚贝壳杉等 暖温带植物展区4 6 6 0 3 0 0包括美洲干燥区 非洲风情树区 远古植物区 奇异榕林区 如龙色兰 巨人柱 猴 面包树 霸王棕榈 大丝葵 暗夜刺葵 苏铁 异叶南洋杉 水杉 软树蕨 白兰花 九重葛和榕树等 最低和最高温度时 植物停止生长发育 但仍能维 持生命 如果继续升高或降低 就会对植物产生不 同程度的危害 直至死亡 2 该项目所选择的植物多以能够适应较大温度 变化范围的温带 暖温带等植物为主 节能低温 温室采用变温度设计工况 可大大降低冬季温室 的运行能耗和运行费用 黄滕竹艺展区和温带 植物展区冬季最低设计温度为6 夏季最高设 计温度为3 5 暖温带植物展区冬季的最低设 计温度为1 2 夏季最高设计温度为3 5 在 冬季晴天 各温室内能够获得足够的太阳辐射 展览室内温度可以达到植物生长所需最适宜温 度 地下海洋植物展区夏季室内温湿度参数的 确定 除考虑需要满足室内参观人员的热舒适度 外 还需要考虑展缸的防结露问题 室内各展览 区域的设计参数见表2 表2 各展览区域主要设计参数 夏季冬季 干球温 度 相对湿 度 干球温 度 相对湿 度 海洋植物展区2 5 6 0 1 8 4 0 黄藤竹艺展区3 0 4 5 7 5 6 4 5 6 0 温带植物展区3 0 4 5 7 5 6 4 5 6 0 暖温带植物展区3 0 4 5 7 5 1 2 4 5 6 0 注 表示最高允许温度不得高于3 5 夏季以自然通风结合喷 雾为室内主要降温措施 3 冷热源系统 3 1 空调冷 热负荷和供暖热负荷 温室冬季供暖 新风热负荷按冬季室外温度为 极端最低温度 1 5 5 时温室室内温度也能保 证植物所需的最低温度 见表2 计算 冬季极端最 2024 10 贺江波 等 青岛市某植物馆展览温室暖通空调设计4 1 低温度下 最大供暖热负荷约为2 5 9 0 k W 新风计 算热负荷约为1 5 5 0 k W 地上展览温室单位建筑 面积总热负荷指标为3 0 6 W m 2 夏季空调计算 冷负荷约为1 4 5 0 k W 夏季地上展览温室空调单 位建筑面积冷负荷指标为1 0 7 W m 2 主要为海洋 植物展区 入口门厅区域空调冷负荷及其他展览温 室人行步道空调送风冷负荷 3 2 冷热源形式 由于该项目与远大集团签署了能源战略合作 协议 应业主要求 冷热源采用3台一体式燃气溴 化锂吸收式冷温水机组 1台备用 满足夏季 冬 季供冷供热需求 夏季运行1台燃气溴化锂吸收式冷温水机组 制冷量为1 4 5 4 k W 单台机组满足夏季新风供冷 需求 机组制冷工况下冷水供 回水温度为7 1 4 冷却水进 出水温度为3 0 3 7 溴化锂直 燃式冷温水机组及水泵均设置在植物馆附近的能 源中心机房内 管道通过管沟接至植物馆地下室 与燃气溴化锂吸收式冷温水机组配套的冷却塔设 置在能源中心机房屋顶 冬季运行2台燃气溴化锂吸收式冷温水机组 另外1台作为备用 单台溴化锂吸收式冷温水机 组同时提供2种不同工况的热水 1 供 回水温度 为6 5 5 5 的空调热水 单台制热量为7 8 0 k W 供冬季空调箱供热使用 2 供 回水温度为9 0 6 5 的热水 单台制热量1 3 0 0 k W 供冬季散 热器供暖使用 由于冬季供暖负荷需要考虑极端 低温天气负荷 供暖负荷较大 散热器可布置区域 有限 经过计算需要较高的供水温度以提高散热器 供暖能力 所需二次侧的设计供水温度需提高至 9 0 冬季运行时 根据室内负荷的变化 供暖水 温范围为6 0 9 0 4 空调系统 4 1 展览温室参观步道新风空调风系统 除地下海洋植物展区及入口门厅区域外 展览 温室内空调的主要作用是满足室内参观人员的局 部热舒适 主要采用新风空调系统通过室内人行步 道进行局部供冷和供热 对于黄藤竹艺展区 暖温 带植物展区及温带植物展区 在室内人行步道及人 员主要停留区域设置全新风空调系统 采用人行步 道送风方式 保障人行步道范围内人员的热舒适需 求 文献 3 建议新风量按照换气次数0 5 h 1计 算 考虑到该项目位于寒冷地区 新风量按换气次 数1 0 h 1计算 维持冬季室内正压 减少冬季冷风 渗透带来的负荷影响 冬季计算供暖负荷时不再计 入门窗缝隙的冷风渗透负荷 4 2 展览温室空调水系统 空调水系统为两管制机械闭式循环 异程敷 设 冷水系统为变流量一级泵系统 空调热水系统 为变流量一级泵系统 每台新风空调箱回水管上 设置压差平衡电动调节两通阀 以实现自动水力平 衡和调节水量 4 3 附属办公 会议及管理用房的空调系统形式 由于附属办公 会议及管理用房的使用时间与 温室不同 空调系统与温室分开设置 空调系统形 式采用变制冷剂流量多联机结合冷凝排风热回收 型直膨式新风机组 由于管理用房均位于地下室 冬季围护结构负荷较小 所以管理用房冬季未采用 散热器供暖方式 仅公共卫生间为考虑防冻采用散 热器供暖 其他区域冬季均采用空调供暖方式 采 用冷凝排风热回收型直膨式新风机组 以提高直膨 式新风机组的冬季制热效率 4 4 海洋植物展区地下展示厅防结露空调设计 该项目包含1个位于地下室的海洋植物展示 厅 展示区域建筑面积约5 0 0 m 2 主要通过海水缸 展示各类海藻等海洋植物 根据海洋植物的生长环 境要求 所选海洋植物均需生长在1 0 的低温海 水中 另设独立的制冷系统 海洋馆内设置有多 个7 0 4 2 0 m m厚的亚克力 一种有机材料 展示 柜 由于较低的海水温度 亚克力展示柜外壁面温 度较低 地下室环境空间较封闭 当参观人员密度 较大时 人员产生的湿负荷较大 将使得海洋馆内 的空气湿度增加 展示柜开口不在空调区域 水面 蒸发的湿负荷由机房内通风系统承担 易产生结 露现象 为解决结露问题 海洋植物展区内采用了 溶液除湿空调系统 原理图见图3 沿游客参观通 道地面送风 风口设置在展示柜一侧 7 0 m m厚 的亚克力展示柜外表面最易结露 亚克力展示柜导 热系数为0 1 9 W m K 室内侧的表面对流换 热热阻取0 1 0 9 m 2 K W 当水体温度为1 0 0 时 其外表面的计算温度约为2 1 5 因此需确保 室内空气的露点温度低于2 1 5 室内设计参数 见表2 经计算夏季空调送风温度为1 8 5 送 风相对湿度为6 0 冬季空调送风温度为2 7 0 4 2 暖通空调HV 2 送风管 3 回风管 4 地面送风口 5 回风口 图3 海洋植物海藻展区空调风系统原理图 5 供暖系统 5 1 供暖系统形式 在温室内周边设置散热器供暖系统 散热器为 铜管铝翅片形式 每组散热器长度为2 m 用于承 担展览温室玻璃围护结构 外门冷风侵入等供暖负 荷 以满足冬季植物在昼间因光合作用需要的适宜 温度 2 0 2 5 及夜间植物需要保障的最低温度 见表2 黄藤竹艺展区铜管铝翅片散热量为6 0 k W 组 单排布置 温带植物展区铜管铝翅片散热 量为7 0 k W 组 单排布置 暖温带植物展区铜管 铝翅片散热量为7 6 k W 组 管沟内双排布置 海 洋植物展区铜管铝翅片散热量为7 6 k W 组 管沟 内双排布置 在各出入口设置热水热风幕供暖 减小冬季冷 风侵入负荷 在室外公共卫生间内设置散热器供 暖 夜间考虑值班供暖 5 2 供暖水系统 供暖热水由能源中心提供 采用变流量一级泵 系统 根据负荷侧压差调节系统流量 供 回水温度 为9 0 6 5 通过通行管沟敷设进入温室周边 供暖管沟内 供暖水系统形式为下供下回 同程敷 设 对每个温室环路设置静态平衡阀 每个温室内 的供暖散热器管路连接方式为同程式 各温室散 热器设置自力式温控调节阀 根据室内温度自动调 节散热器水量 6 通风系统 6 1 夏季和过渡季温室自然通风系统 夏季和过渡季温室采用可电动开启外窗进行 自然通风 同时顶部设置电动遮阳帘 以满足夏季 植物区的降温要求 自然通风窗的设置见图4 温 室下部侧窗为进风开启窗 顶部天窗为排风窗 使 室外空气能通过温室植物区 带走热量 夏季当温 室内温度高于3 0 时 开启自然通风窗进行自然 通风 钢结构外表面玻璃共1 1 6 0 3块 开启窗为 2 3 6 0块 开启率为1 9 4 7 总玻璃面积为2 0 5 8 0 m 2 开窗面积共4 2 4 1 m 2 开窗面积率为2 0 6 1 幕墙开窗位置示意及开窗实景图见图5 图4 自然通风示意图 图5 各场馆开窗位置示意及顶部开窗实景图 6 2 冬季室内循环通风系统 设置机械循环通风 包括竖直循环通风系统 和水平循环通风系统 竖直循环系统 在温室顶 部设温室专用风扇 风向竖直向下 减少冬季室 内高度方向的温度梯度差 风扇送风距离的选择 根据风扇的安装高度确定 风扇采用变频调节 同时展览温室内新风空调系统通过地面人行步 道送风口送风 水平循环系统 根据各温室的空 间高度及植物高度 在树冠层沿幕墙设置温室专 用循环风机 确保形成室内空气的水平循环流 动 保障冬季温室无自然通风情况下亦可保持温 室内有不小于0 2 m s的风速流过叶片 满足植 物光合作用和蒸腾作用所需的通风要求 室内 循环风机的选型 根据射流距离 风机风量进行 选择 通常展览温室内树冠层水平循环总风量按 照2 0 3 0 m 3 m 2 h 选取 7 喷雾加湿 降温系统 2024 10 贺江波 等 青岛市某植物馆展览温室暖通空调设计4 3 展览温室内设计有高压喷雾加湿 降温系统 冬季当温室内设计相对湿度低于室内设计值时 控 制喷雾装置对温室进行加湿 在夏季 当温室内空 气温度较高时 高压喷雾装置在加湿的同时能够起 到降低室内空气温度的作用 高压喷雾加湿为等 焓过程 喷雾加湿系统的柱塞泵将净化处理过的软 化水加压至5 7 M P a 再通过高压水管传送到喷 嘴 经雾化后以3 1 0 m的微雾喷射到室内空 间 水雾在空气中吸收热量 从液态变成气态 使空 间湿度增大 并达到降低空气温度的目的 8 室内温度测试 笔者所在团队于2 0 1 4年1月1 2日对温带 植物展区 黄滕竹艺展区 暖温带植物展区进行冬 季工况的温度测试 每个测点间隔3 5 h测试1 次 测试结果见图6 8 从图6 8可以看出 测 试时间段内 室外温度波动范围为 6 9 7 8 各测试温室室内温度波动范围均在要求的设计范 围内 温带植物展区为1 5 4 2 5 6 黄滕竹艺展 区为1 0 4 2 1 4 暖温带植物展区为1 3 9 2 4 1 图6 温带植物展区冬季室内各测点温度 图7 黄滕竹艺展区冬季室内各测点温度 9 结束语 图8 暖温带植物展区冬季室内各测点温度 展览温室的暖通空调系统设计与常规民用建 筑的暖通空调系统设计的不同之处在于主要服务 对象不同 后者往往以人为主要服务对象 而前者 主要服务对象是温室内的植物 其关键在于设计初 期需要充分了解展览温室内植物的生长习性 生长 环境要求 并以此为目标 采用适宜的技术手段 在 温室内为植物生长再现其原生长环境 该工程夏 季采用自然通风窗 电动遮阳帘系统 喷雾降温系 统和人行步道送风系统4种主要技术措施来保障 夏季展览温室内植物生长区域的温度要求 冬季采 用散热器供暖系统 人行步道送风系统和竖向循环 风扇3种技术措施来保障冬季展览温室内植物生 长区域的温度要求 青岛世界园艺博览会植物馆 展览温室从2 0 1 4年建成投入使用后 已经历了多 个寒冷冬季及炎热夏季的考验 使用效果良好 各 个温室的人工气候环境均达到了设计目标 内部形 成的气候环境条件满足了各种不同植物的生长需 要 该项目由于前期设计条件限制 冷热源采用了 一体式溴化锂吸收式冷温水机组 年运行燃气耗量 较大 年运行费用较高 在冷热源设备电气方面有 待进一步优化 如可采用高效制冷机组 空气源热 泵 地源热泵 电锅炉蓄热等形式 响应国家 双 碳 政策 减少碳排放 参考文献 1 谌小玲 何婧 刘晓朝 上海辰山植物园展览温室的人 工气候环境工程设计 J 空调暖通技术 2 0 1 1 2 3 2 3 7 2 中国建筑学会暖通空调分会 暖通空调工程优秀设计 图集1 M 北京 中国建筑工业出版社 2 0 0 7 3 1 0 3 朱学锦 王吉平 上海植物园展览温室空调设计 J 中国建设信息 供热制冷专刊 2 0 0 5 3 3 8 4 2