博物馆暖通空调设计分析.pdf

江西建材规划设计与建筑1232023年7 月博物馆暖通空调设计分析张秋玲中国建材检验认证集团厦门宏业有限公司，福建 厦门 361015摘 要：文中以某玉器博物馆暖通空调设计为例，介绍了室内设计参数确定、冷热源选择、空调系统划分、消声减震、防排烟系统设计，分析了该博物馆暖通空调设计的难点，并总结了博物馆暖通空调设计的要点。关键词：博物馆；暖通空调；被动节能；设计应用中图分类号：TU242.5 文献标识码：B文章编号：1006-2890（2023）07-0123-03HVAC Design for MuseumsZhang QiulingChina Building Material Test&Certification Group Xiamen Hongye Co.Ltd.,Xiamen,Fujian 361015Abstract:Taking the HVAC design of a jade museum as an example,this article firstly introduces the HVAC design,including determining the design parameters of indoor air conditioning,selecting the air conditioning source of cold and heat sources,dividing the air conditioning systems,designing the noise reduction and vibration reduction,and designing the smoke exhaust systems.Then,the difficulties to design the HVAC system of the museum were analyzed.Finally,some experience in HVAC design for museums was summarized.Key words:Museum;HVAC;Passive energy conservation;Design application0 引言不同于一般民用建筑的暖通空调设计，博物馆的暖通空调设计不仅需满足人们的舒适性要求，同时还要满足馆藏文物在展示、收藏、修复等场景下所需的室内环境要求。本文以一家主要展示出土玉器的艺术类博物馆为例，结合其室内空调设计参数确定、冷热源选择、空调系统划分、消声减震、防排烟系统设计，对以上问题进行分析。1 项目概况本博物馆项目位于夏热冬冷地区，总用地面积约为24 000 m2，建筑占地面积约为9 000 m2，建筑总高度为9 m，总建筑面积约为11 000 m2，其中，地上、地下建筑面积分别约为3 600 m2和7 400 m2。项目空间分布为地下一层、地上一层、局部二层。地下一层的主要建筑功能为博物馆展厅、藏品库、设备用房及博物馆的门厅、纪念品商店及咖啡厅等游客服务配套设施；地上一层为博物馆出入口门楼、屋顶广场、西侧博物馆展厅入口接待大厅、东侧学术报告厅、内部办公等设施；二层为博物馆内部后勤办公区域。2 空调系统设计2.1 室内空调设计参数的确定为确定本项目室内空调设计参数，查阅了大量博物馆暖通空调设计的相关文献，例如，在清华大学艺术博物馆暖通空调设计中，倪歆海等1考虑到地上围护结构和展览时人员频繁进出，展厅难以达到藏品库房内温湿度相对稳定的状态，对展厅的空调室内设计参数降低了温湿度变化的要求，将特殊展品布置在专业的展柜内；在此基础上，又实地考察了已竣工的博物馆，确定了本项目室内空调设计参数的设计思路：展览文物的展柜内部以及珍品库等对温湿度要求高的库房，空调室内设计参数按照 JGJ 662015博物馆建筑设计规范的要求（见表1），其中，展柜自带的恒温恒湿空调由厂家深化设计，库房预留直膨式恒温恒湿室内外机位置，及其相关使用条件，待工艺确定后深化设计。展柜外的展厅区域、咖啡厅、会议室、报告厅、办公、门厅等功能区按照舒适性空调设计。表1 藏品保存环境的温度、相对湿度标准（部分）材质藏品温度/相对湿度/%岩石石器、碑刻、石雕、石砚、画像石、岩画、玉器、宝石204050古生物化石、岩矿标本204050彩绘泥塑、壁画204050注：设置空气调节设备的藏品库房、展厅，其温度和相对湿度应保持稳定，日温差应控制在25，相对湿度日波动值不应高于5%，且应根据藏品材质类别确定。2.2 冷热源选择经 逐 时 空 调 负 荷 计 算，本 项 目 夏 季 空 调 冷 负 荷 为1 549.5 kW，单位建筑面积的冷指标为141 W/m2；冬季空调热负荷为1 110 kW，单位建筑面积的热指标为101 W/m2。本项目地理位置偏僻，项目附近无市政热源，无城市冷冻站，也无废热余热可阶梯利用。可用的能源仅有常规的天然气和电力。因此，根据项目情况，提出了3 种冷热源系统的方案供对比选择，如表2 所示。作者简介：张秋玲（1989-），女，福建厦门人，硕士，工程师，主要研究方向为暖通空调。江西建材规划设计与建筑1242023年7 月表2 冷热源系统方案对比类型方案一方案二方案三系统形式风冷涡旋式热泵机组水冷式冷水机组+真空燃气锅炉空气源变冷媒流量 VRF空调系统优点省去冷却塔和冷却水系统，无需设置制冷机房及锅炉房系统技术成熟，运行可靠，能效比高，初投资较低控制灵活，避免一开俱开；系统简单，主机无需专用机房，后期无需专业人员维护；室外机摆放较为灵活系统缺点能效比低于水冷式冷水机组，主机及水泵需设置在室外，后期需专业人员维护需设置制冷机房、锅炉房、室外需设置冷却塔，后期需专业人员维护初投资较高适用范围较小及中等规模场所中等及大规模场所较小及中等规模场所建筑专业通常在完成主要功能房间布置、人流物流动线梳理、建筑形式与风格设计等基础上，才开始与设备进行专业配合2。本项目由于受用地规划限制，在满足业主要求的各类功能房间的面积后，可利用的建筑面积有限，暖通专业介入之时，建筑平面方案已定稿，基本无调整空间。根据现有建筑条件，很难满足方案一所需的室外主机及水泵房位置条件，也提供不了方案二所需的设备用房空间。因此，综合技术、经济、管理等因素考虑，最终选择了室外机摆放较为灵活、在夏热冬冷地区制热效果良好的空气源变冷媒流量 VRF空调系统，即方案三。结合景观，室外机设置在设备检修通道或非对外的室外庭院。设备检修通道上方的百叶均为空调百叶，既满足室外机散热条件，又不影响美观。2.3 空调风系统及气流组织设计大空间展厅采用全空气系统，空调器采用直膨组合式空气处理机组，放置于专用的空调机房内。系统由组合式空气处理机组、送（回）风管、新（排）风管、排风口、回风口以及均匀布置的送风口等组成。组合式空气处理机组包括新回风混合段、初中效过滤段、冷媒盘管段、送风机段。室内采用条缝形风口下送风或侧送风，底部侧回风的气流组织形式。展厅净高4.5 m，为保证冬季空调供热效果，侧送风的条缝形风口底部标高设置在2.8 m，与精装配合布置。全空气系统风机设变频器，在部分负荷时，根据回风温度调节变频器，变风量节能运行3。展厅内设有 CO2浓度监测系统，与负责对应区域的新风系统联动。新风比例在10%100%的范围内可调。在空调季节，根据反馈的 CO2浓度信号调节新风阀门的开度；在过渡季节，根据比较室外新风焓值与室内空气焓值，当加大新风量有利于节约系统运行能耗时，加大新风阀的开度，满足室内热环境的同时降低系统运行能耗。报告厅、展厅接待大厅、咖啡厅、会议室、办公室、门厅等功能房间采用空气源变冷媒流量 VRF空调系统+独立新风系统。根据房间功能、使用时间、经济运行等原则，对空调系统进行划分。每个展厅设计一套相对独立的全空气系统；展厅接待大厅及其附属的寄存室、导游办公室等功能房间共用一套空气源变冷媒流量VRF空调系统+独立新风系统；一层报告厅及其附属的同声翻译室、VIP、数字摄影室等功能房间共用一套，其中数字摄影室仅设置排风；二层办公室、会议室等功能相近的房间共用一套。2.4 消声减振博物馆建筑对室内允许噪声级有较为严格的要求4。为满足博物馆建筑对噪声的要求，采取了一系列消声减振措施5。选用高效低噪音及低振动空调通风设备；选取较低的风管设计风速；末端条缝形风口配消音静压箱；通风机设弹簧减振器，各类风机箱设金属减振垫或弹簧减振吊架，非消防系统的进出风管均设有软接头；对于噪声较大的通风系统，在风管内安装消声器、消音弯头（所有空调送、回风管均设2 000 mm长消声器）等，因空间紧张无法安装消声器处，在集气室内贴消声棉；所有空调机房内贴消声棉。3 防排烟系统设计该博物馆均为封闭楼梯间。地下封闭楼梯间采用自然通风，设置不小于2 m2的可开启外窗，楼梯间最高部位设置不小于1 m2的可开启外窗。地上封闭楼梯间采用自然通风，楼梯最高部位设置不小于1 m2的可开启外窗。自然通风的可开启外窗在距地1.31.5 m高度的位置设置手动开启装置。地上房间，除一处走道不能满足两端开窗要求外，均采用自然排烟。走道在两端储烟仓内设置不小于2 m2的可开启外窗。小于100 m2的房间设置可开启外窗；不小于100 m2的房间设置不小于排烟房间面积2%的开启外窗面积，且可开启外窗距离房间最远点的距离不大于30 m。地下一层的文物修复间、库房、珍品库所在的防火分区不具备自然补风的条件，设置了机械排烟系统和对应的机械补风系统6。其余不满足自然排烟条件的区域，均设置机械排烟系统，采用自然补风。建筑专业会同景观专业，结合博物馆建筑整体的风格布局，在地下一层设计了6 个下沉式庭院，为机械排烟系统采用自然补风方式创造了条件。下沉式庭院也为自然通风除湿和消防逃生提供了可能性。4 设计难点分析本项目选用的空调冷热源系统较为简单，最主要的难点在于维持满足要求的室内空调设计参数以及利用有限的空间合理安排复杂暖通空调系统的管线布置。4.1 室内空调设计参数控制在主动式控制干预之前，秉持被动式设计节能优先的理念，立足项目自身实际情况，充分利用项目体量小、建设用地坡势等特点。由于建设区域限高，本项目地下一层，地上一层，局部二层。基于上述考量，本博物馆关于馆藏文物展示、收藏、修复的主要功能房间均设置在地下室。（1）需做好地下室的防水，渗透进入地下室的水分可通过空调除湿和机械通风控制在要求范围。（2）相对于干燥环境，玉器保存的环境更需维持一定的湿度。（3）土壤具有较大的热惰性，可降低室外气候及其变化对室内温湿度要求较高功能区域的影响。（4）展柜的温度变化受展厅的温度变化影响，而展柜内、外空气隔绝，湿度互不干扰。同时，在建筑布局上，利用过厅、回廊、设备检修通道等过渡空间的合理布局，将展厅与其他区域分隔，减少人员活动对展厅温湿度的影响。在满足室内空调设计参数前提下，通过被动式设计，减少围护结构空调负荷以及温湿度干扰因素，从而减小空调系统江西建材规划设计与建筑1252023年7 月设计体量，降低空调系统控制难度，最终实现设计节能和运行节能。4.2 系统管线布置首先，受历史最高水位的限制，展厅位置地下室挖深仅为-6.45 m；其次，展厅上方设计景观水池，该区域结构设置双层板作为防水措施，因此，展厅层高最大为6 m。结构主梁梁高为1.5 m，而业主要求展厅的净高为4.5 m。据此，机械排烟风管、全空气系统风管等众多暖通管道均需避开主梁布置，仅有部分支管（限高250 mm）能伸入展厅。通过与土建、设备各专业的不断配合和不断协调，最终确定了以下设计原则。（1）风管结合展厅布局中的空腔造型布置，避免风管对空间净高的影响。空腔中部分区域空间非常局限，为充分利用空腔的空间，排烟风管与空调风管上下交错安装，前期需画出剖面，与建筑专业商讨可行性。空腔与空腔之间的风管连接，前期需与结构专业密切配合，连接管避开1 500 mm梁高位置，若实在无法避开，与结构专业配合调整梁高度。（2）靠外墙的展厅风管主管设置在设备检修通道、空调机房、室外庭院等。送风、回风、排风、排烟百叶直接设置在侧墙上。（3）空调送风管主管避开主梁设置，送风支管穿梁下挂的过梁。（4）博物馆展厅设置了7 套全空气系统，考虑了过渡季节全风量运行，为保证展厅净高，尽量减少风管数量，采取了合理共用风管措施，将排烟风管与排风管共用，部分回风管与排风管共用。5 结语综上所述，在该玉器博物馆的暖通空调设计过程中，通过对室内空调设计参数确定、冷热源选择、空调系统划分、消声减振、防排烟系统设计以及设计难点等的梳理，并合理利用项目自身特点、建筑空间布局，不仅可发挥被动式设计节能的优点，同时有效提高暖通系统运行的稳定性。参考文献 1 倪歆海，杨佳.清华大学艺术博物馆暖通空调设计J.建筑热能通风空调，2013，32（5）：97-100.2 纪世昌，沈世莹.京山博物馆暖通空调设计应用J.供热制冷，2017（8）：63-65.3 黄璞洁，李艳霞，何耀炳.遗址型历史博物馆的暖通空调设计 J.暖通空调，2012，42（6）：93-97.4 孙振宇，张磊.郑州博物馆新馆项目暖通空调系统设计J.城市建筑，2021，18（7）：133-135.5 范红兵.滑县博物馆空调系统设计与探讨J.建筑热能通风空调，2021，40（6）：98-100.6 刘沛，赵煜，鲁冬阳.中国园林博物馆暖通空调设计J.暖通空调，2017，47（1）：80-85.（2）为保证患者安全，手术室、急诊抢救室、ICU（重症监护室）等的配电系统采用 IT系统。通常 IT系统应注意以下几点要求：必须设置接地故障报警或显示装置及绝缘监视装置；系统线路的长度应尽量减少，线路的绝缘等级尽量增加，辅助以局部等电位接地，当其线路采用铜质时，干线最小截面为16 mm2，支线在6 mm2以上；防雷击电磁脉冲；变压器的二次出线应采用两极开关保护等。（3）在二类医疗场所内，电源插座的接地导体端子、固定电气设备的保护接地导体端子和任何外界可导电部分，与 SEB之间的导体电阻（包括接头的电阻在内）不应超过0.2。在20，铜线16 mm2每10 m的电阻值为0.011，铜线10 mm2每10 m的电阻值为0.018，6 mm2每10 m的电阻值为0.029。面积较大的二类场所设计时，应注意选择局部等电位连接导体的截面，以确保电阻值符合要求，保证电气安全。7 结语综上所述，文中依托具体的案例分析了综合性医疗建筑在变配电、照明系统、消防以及防雷击设计方面的各项细节，确定了高压电源、配合柴油发电机、构建 UPS电源的供电方法，能够维持不同供电系统的良好运行，不仅可提升医疗服务的综合治疗效果，同时可提升建筑电气系统设计的科学合理性。参考文献 1 黄英琪，黄舒予.医疗建筑电气设计要点分析J.建筑电气，2017（3）：28-32.2 李家驹.医疗建筑电气设计常见问题探讨J.建筑电气，2014（10）：44-48.3 林俊明.医院建筑电气供配电、照明系统的设计思考J.江西建材，2022（11）：198-199，202.4 熊民颂.大型综合医院配电系统安全管理实践J.中国设备工程，2022（15）：41-42.5 徐峰峰.大型综合医院建筑供配电系统设计J.现代建筑电气，2022，13（4）：33-38.6 张钊，任立全.大型综合医院电气设计与应用 J.现代建筑电气，2020，11（5）：5-8，49.特点及要求，设置正负压，保证不同区域之间的压差及气流流向，尽可能避免交叉感染，为患者和医护人员创造洁净舒适的环境。参考文献 1 赖定彬.某综合医院暖通空调设计分析J.制冷，2020，39（2）：41-45.2 王俊.深圳某大型综合医院暖通空调设计J.洁净与空调技术，2023（1）：41-45.3 王肖宁.广州某医院建筑的空调系统运行节能研究J.建筑热能通风空调，2018，37（6）：53-56.4 解勇，桑海龙，于晓明.某医院门诊医技综合楼暖通空调系统设计及实测运行数据分析J.暖通空调，2018，48（4）：42-45，56.5 刘可以.综合医院建筑医技类用房的暖通空调专业设计要点 J.暖通空调，2022，52（S1）：430-435.6 谢建勇，何佳泽.巴楚县人民医院负压隔离病房改造项目暖通空调设计J.中国医院建筑与装备，2020，21（11）：91-92.7 吴兆武，印传军，李珊珊.某传染病医院暖通空调系统平疫结合设计J.暖通空调，2021，51（S1）：189-192.（上接第122 页）（上接第120 页）