展览建筑藏品库暖通空调设计研究.pdf

展览建筑藏品库暖通空调设计研究钟乐（华东建筑设计研究院有限公司，上海）摘要：结合展览建筑中藏品实际的存放要求，以地下室藏品库为研究对象，梳理了空调系统、防排烟系统及运行控制系统；并对藏品库室内设计参数、冷热源的选择、空气处理过程、消防特殊性及控制原理等要点进行了分析。在满足实际使用需求的前提下，做出使系统更合理、更节能的设计选择。关键词：藏品库；恒温恒湿；空气处理过程；防排烟；系统控制钟乐，男，年生，大学，高级工程师 上海市黄浦区中山南路 号 层华东建筑设计研究院有限公司 ：收稿日期：展览建筑中的藏品库是使展品能保持最好的状态迎接参观的重要组成部分，合适的保存环境和安全的存放空间是藏品库所必须满足的，也是暖通空调系统设计的目标。工程概况该展览建筑位于深圳市，地下层为机动车停车库及设备用房，地下层为普通藏品库区、恒温恒湿藏品库区、恒温恒湿库前区、藏品运输通道等，地下层为展厅、综合大厅、多功能厅、文化配套（商业）等；地上部分为展厅、餐厅、综合服务区等。具体剖面如图所示。图南北向剖面示意图藏品库位于地下建筑中，受建筑外界干扰少，气密性强；存在地下室贴临土壤侧的围护结构散湿量大、空调室外机设置困难等问题有待解决。藏品库空调设计该项目展览定位主要为自然展和科技展，其中部分藏品为新制的现代工艺品或数码产品，对储存条件要求不高，常温且湿度不过高的普通库房可满足要求；另外部分藏品为经历过岁月的历史物件，如遇到大范围的温湿度波动或设置在温湿度不满足要求的环境内，会造成展品加速老化或自然损坏，此部分藏品需要在温湿度稳定的库房保存。普通藏品库与恒温恒湿藏品库搭配使用可满足相关展品的存放需求，具体布局见图。藏品库室内设计参数恒温恒湿藏品库室内设计参数需要平衡藏品存放的稳定性和项目的节能性，特别是在现在减碳节能的大环境下，室内设计参数是项目是否合理的关键。参考 博物馆建筑设计规范中第 条，博物馆中金属类、硅酸盐类、岩石类、织品类、竹木类、动植物材料等类型藏品均设定了不同储存环境的温湿度要求；考虑到该项目藏品属性比博物馆馆藏文物略低，且多为阶段性参展物并图藏品库布局示意图不长期存放，根据类似项目藏品储藏要求（一般文物库温度 、相对湿度 ）和建设方相关经验要求，设定该项目恒温恒湿藏品库室内设计温度为 、相对湿度为。未设置空调的普通库房贯彻恒湿变温的要求，相对湿度不大于，昼夜间相对湿度差不宜大于；恒温恒湿空调设计工况下相对湿度日波动值控制在，温度日较差控制为；藏品库内保持对库房外的微正压，防止搬运藏品时，外界因素破坏藏品库内温湿度的稳定，见表。表藏品库室内设计参数夏季冬季相对邻区的温度相对湿度温度相对湿度压力要求恒温恒湿藏品库 正压恒温恒湿库前区 正压普通库房 正压 藏品库新风要求该项目位于夏热冬暖地区的深圳市，根据 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范中附录所示，深圳市的夏季、冬季室外计算相对湿度分别为 和，全年大部分时间处于室外湿热的环境中，室外的湿热空气给空调系统带来额外的热湿负荷。经测算，当相对密闭的无外窗库房新风换气次 数为时，可保证房间内 的正压，也可满足库房内工作人员的新风量需求。综上，普通藏品库采用通风换气次暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷数为的通风机送风；恒温恒湿库房采用的空调新风机送风；为了保障恒温恒湿藏品库内空气的清洁度，空调箱在粗中效两级过滤后，增加化学过滤装置，可实现对二氧化氮、甲醛、二氧化硫等污染物的消除。藏品库空调冷热源设计经负荷软件计算，恒温恒湿藏品库房及恒温恒湿产品库前区的负荷为：夏季冷负荷 ，冷负荷指标 ；夏季再热负荷 ，再热负荷指标 ；冬季热负荷 ，热负荷指标 。冷源方面，该项目服务于多功能厅、文化配套（商业）等舒适空调区域的冷源采用冷水机组冷却塔的形式，此部分机组在高效机房工况下运行时，夏季供回水温度为 ，高温冷水将影响恒温恒湿空调的抗除湿波动性能。且考虑到恒温恒湿库房需保证 运行，与舒适性空调共用系统将影响恒温恒湿空调运行的稳定性，恒温恒湿库房空调系统考虑独立设置冷源。热源方面，该项目位于夏热冬暖地区，舒适性空调冬季未设置热源，根据负荷计算得到的恒温恒湿藏品库夏季再热负荷和冬季热负荷都不小，需独立设置热源。综合考虑以上对冷热源的要求，恒温恒湿库房冷热源有套方案可选。方案：采用自带冷热源的恒温恒湿空调机，每个恒温恒湿库房独立设置套系统。但是室外机数量较多，无合适设置室外机的平台，就近设置在地下车道内靠近出口位置，室外机工作环境温度也无法得到保障；如果拉远设置室外机，系统衰减较大；夏季再热需要直接采用电加热，能耗较大。方案：采用空气源热泵系统，所需室外机设置区域相对较小，四管制水系统可同时供应冷热水。该项目选择台制冷量为 的涡旋式空气源热泵机组作为冷源，台制热量为 的涡旋式空气源热泵作为热源。空气源热泵机组均设置于首层敞开平台，空调冷水设计供回水温度为 ，空调热水设计供回水温度为 。冷热源系统均采用多主机拼合的形式，可互为备用，保障恒温恒湿空调系统运行的可靠性。藏品库空气处理过程设计有效地减少外界条件的波动将有利对空调系统的控制，新风如果直接进入空调箱与回风混合后进行处理，室外新风的变化将直接影响恒温恒湿空调系统的送风点，特别是在室外温度出现较大波动时。该项目采用新风预处理一次回风混合再处理的恒温恒湿空调系统，即藏品库就近分为若干个空调组团，在组团内实施新风集中处理后再送入各空调箱。每个恒温恒湿藏品库独立设置台空调箱，每个空调组团内的多个恒温恒湿库房共用台新风机。夏季空气处理过程夏季空气处理过程如图所示，具体实现过程为：）新风预处理过程：将新风从室外夏季空气状态点处理至室内设计含湿量线与 相对湿度线相交的新风机送风状态点。）一次回风空调机组处理过程：由于新风机送风状注：虚线为夏季新风预处理过程，实线为夏季一次回风过程。为温度；为比焓；为含湿量。图夏季空气处理过程态点输送过程可能受到温度影响，考虑从点温升到一次回风实际新风点；在室内设计空气状态点 点与点连线上，根据新风量比例可得出混风状态点；考虑回风温升为，可由室内设计空气状态点 得出室内计算空气状态点；经过点沿着根据室内夏季冷负荷和湿负荷之比所得的热湿比线，按 送风温差，可得出计算送风状态点；考虑送风温升为，可由点得出实际送风状态点；由点 沿 着 温 度 梯 度 方 向 至 与 相对湿度线相交处，可得冷凝器出风状态点；连接点与混风点，即为相应一次回风空调机组夏季处理过程。冬季空气处理过程冬季空气处理过程如图所示，考虑节能因素，功率小于 的空调箱用定频，冬季送风量等同于夏季；大于等于 的空调箱用变频，冬季送风量等于夏季送风量的。冬季空气处理过程为：注：虚线为冬季新风预处理过程，实线为冬季一次回风过程。图冬季空气处理过程）新风预处理过程：由于冬季新风无需除湿，将室外冬季空气状态点处理至新风机送风状态点（冬季室外空气含湿量线与 送风温度线的交点）。）一次回风空调机组处理过程：设冬季输送过程中的温度降低与机器温升相互抵消，即一次回风实际新风状态点参数同点。在点与室内设计空气状态点 连线上，根据新风量所占比例可得出混风状态点；考虑回风温升为，可由室内设计空气状态点 计算空调制冷暖通空调 年第 卷增刊出室内计算空气状态点；经过点沿着根据室内冬季热负荷和湿负荷之比所得的热湿比线，按 送风温差，可得出计算送风状态点；考虑送风温升为，可由点得出实际送风状态点；由点沿着含湿量梯度方向与点沿温度梯度方向的交点可得蒸发器出风状态点；连接点与混风点，即为相应一次回风空调机组冬季处理过程。各藏品库内预留移动除湿机的安装位置及相应电源插座，如出现因为室外气候或藏品本身散发大量热、湿量等因素产生温湿度骤变的情况，可及时通过温湿度探测报警并进行紧急处理。藏品库恒温恒湿空调机房设计藏品库恒温恒湿空调机房除了需要满足补水、冷凝排水、新风接入等条件外，由于该项目采用的电极加湿的排水出水温度通常达到 ，属于高温排水。恒温恒湿机房布局也相对集中，产生的排水量比较大，高温排水直接排放将产生以下风险：）排水点处（集水坑、排水沟）在降温过程中，会出现热蒸汽，观感和体感均不好。）全程排水管需要设置镀锌钢管，以免对排水系统造成损坏。）排水泵需采用耐高温水泵。每个机房做独立降温池，将水温降低到 以下后就近排至车库集水坑，可最大限度减少高温排水的影响。降温池后的排水管材、排水泵都可以按常规设计，无需考虑耐高温问题，同时也规避了热水冒气的问题。藏品库消防设计 藏品库消防特殊性概况藏品库区总建筑面积约为 ，其中，库房净面积约为 ，运输通道面积为 。如将每个库房按照面积不大于 划分防火分区，同时结合运营部门对库房面积的要求，大约需要划分 个防火分区（个库房），按每个防火分区设置部疏散楼梯，将对上部展厅空间、景观屋面及库区的安保产生重大影响。经过项目消防专项会议讨论，藏品库房区域建筑做法：藏品库的 个房间（面积 的 间、的 间）采用防火墙、甲级防火门划分面积不大于 的防火单元，可通过共用疏散走道疏散。地下藏品库内仅能存放丙类二项、丁类和戊类藏品，严禁储存甲、乙类物品和可燃液体，在藏品库区设置先进的视频等安防系统辅助监控仓库内的火情，且相应防火门仅在存取物品时开启，用于降低火灾的蔓延风险。藏品库防烟系统直通地面的疏散楼梯及相应前室、消防楼梯等根据现行防排烟规范 建筑防烟排烟系统技术标准的相关要求设置防烟系统。藏品库区所有藏品库共用的 疏散运输通道设定为相对安全区，按避难走道的要求设置防烟系统，每通道净面积不小于 加压风量，且分散均匀设置。该项目共计设置台 的加压风机，藏品库区着火时将同时开启，保证疏散通道的安全。藏品库排烟系统该项目藏品库房分为类：丁戊类普通藏品库房、丙二类普通藏品库房、恒温恒湿藏品库房。根据库房性质，给排水专业设置相应不同的灭火系统，暖通专业跟随设置相应消防系统，具体见表。表地下藏品库房消防系统给排水消防系统暖通消防系统丁戊类普通藏品库房喷淋系统排烟系统丙二类普通藏品库房气体灭火系统事故后通风系统（若干个库房就近共用套系统，与气体灭火一致）恒温恒湿藏品库房气体灭火系统事故后通风系统（每个库房独立设套系统）排烟系统根据 建筑防烟排烟系统技术标准相关要求设置。）事故后通风系统根据 气体灭火系统设计规范的要求设置。丙二类普通藏品库房和恒温恒湿藏品库房设置相应的事故后通风系统，排风量为，补风量为。事故后排风时在库房内相应形成负压，避免气体灭火所用的气体在气体灭火结束后开门时泄漏。藏品库运行控制设计藏品库恒温恒湿空调系统的运行控制策略是恒温恒湿空调系统稳定性及节能性的关键。恒温恒湿库房内需要设置相应温湿度探测器、室内外设置压差传感器；相应空调箱新风管、回风管设置电动风阀；空调新风机组和空调机组回水管设置电动三通阀等控制元件。空调自动控制系统采用数字控制，可实现计算机数字自动控制，设备工作台数控制，启停控制、工况控制均可在中控室远程控制，各末端工作状态可在中控室远程显示。冷热源的供水温度，特别是冷源的供水温度是空调系统除湿效果的保障。为保证空调水系统稳定，避免系统运行在小温差大流量的工况下，冷热源的运行控制策略根据供回水温差设定。温差小于设计值时，按流量需求确定主机数量；温差大于设计值时按负荷需求确定，控制系统相应进行加减机，保证系统的高效性。恒温恒湿藏品库末端空调系统，由位置临近的若干个藏品库共用个新风空调箱，再接入各自独立的全空气空调箱。当信号检测到任意藏品库的空调箱打开时，需要连锁启动新风空调箱，并通过新风空调箱的变频器让新风空调箱处于合理的新风处理工况下。剩余藏品库空调箱后续如有打开或关闭，新风空调箱需随之改变。温湿度探测器如探测到藏品库内处于稳定状态，如夜间工况或长时间无藏品搬运的时段，可将藏品库工作状态调整为全回风工况，新风管阀门关闭，回风管阀门全开，新风空调箱也可降低风量运行。直到探测到藏品库室内外压差值低于 时，再恢复为正常工况运行，此举也可达到一定程度的节能效果。暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷结语随着精神文明建设需求的增加，需要保存多元性、历史性、易损性物品的建筑被更多建设，恒温恒湿藏品库、恒温恒湿档案库等也将在其中发挥更大的作用。恒温恒湿空调系统的节能性、合理性和稳定性将影响到建筑功能，需要因地制宜地进行合理的暖通空调系统设计。该项目展览建筑藏品库有着室外温湿度较大、藏品库要求不同、空调系统受限、地下室藏品库消防特殊性等特点。在遵循建筑使用要求、围绕提出并解决问题的过程中完成暖通空调设计，希望能给同类型场所的设计提供参考。参考文献：华东建筑设计研究院有限公司博物馆建筑设计规范：北京：中国建筑工业出版社，：朱晓山，肖武中国妇女儿童活动中心暖通空调设计暖通空调，（）：中国建筑科学研究院民用建筑供暖通风与空气调节设计规范：北京：中国建筑工业出版社，：吴文会空调通风系统维持房间正压的新风量计算探讨建筑科技与管理学术交流会论文集，：公安部四川消防研究所建筑防烟排烟系统技术标准：北 京：中 国 计 划 出 版 社，：公安部天津消防研究所气体灭火系统设计规范：北京：中国计划出版社，：空调制冷暖通空调 年第 卷增刊