中国计量科学研究院实验基地光学热学实验楼空调系统设计.docx

暖通空调 年第 卷第 期中国计量科学研究院实验基地光学热学实验楼空调系统设计中国中元国际工程公司李侃刘培源李著萱摘要 根 据 不 同 实 验 室 功 能 和 温 度 精 度 要 求 ，将 该 工 程 要 求 相 近 的 实 验 室 划 分 为 一 个 区域 ，采 用 空 调 分 区 域 的 设 计 方 案 ；室 内 采 用 送 回 风 四 管 制 系 统 ，以 适 应 不 同 实 验 室 的 空 调 精 度和 冬 季 供 冷 或 供 暖 需 求 。充 分 利 用 室 外 新 风 作 为 冬 季 及 过 渡 季 的 供 冷 冷 源 ； 个 季 节 的 连 续 测 试 表 明 ，温 湿 度 控 制 满 足 要 求 ，空调系统运行可 靠稳定 。关键词 空 调 系 统 精密测量基准实验室 分 区 域 控 制 自 控 节 能 ， ， ， ，十三陵 风 景 区，为 别 墅 庭 院 式 单 体 建 筑。 地 上 层，高 ，呈 环 形，中 间 围 成 露 天 庭 院；地 下 层，层高 ，建筑物长度 达 ；为 钢 筋 混 凝 土网架结构，总建筑面积。实验室要求采 用全空调，达到各实验室温度控制要求。在精密 测量中，温度是影响测量精度的主要因素之一。该实验楼的特点是每层都分隔为多间实验室， 各实验室进行不同内容的光学和热学实验研究和测 量工作，实验室的温湿度要求也有差异，并且控制要 求严格，以保证研究和精密测量结果的准确性。引言中国计量科学研究院实验基地光学热学实验 楼是为适应现代光学和热学基础性研究、应用研究 和实验发展的需要，适应我国高新技术产业、基础 和支柱产业技术改造对光学和热学计量技术和精 密检测的需要，以及适应与国际量值接轨和国际竞 争的基本需要而建设的。该实验楼建于北京市昌平区大宫门东村，毗邻 李侃，女，年 月生，大学，高级工程师，注册公用设备工程师 北京西三环北路 号中国中元国际工程公司（）：收稿日期：修回日期：暖通空调 年第 卷第 期由于各实验设备不同，室内发热量差 异 很 大，有些设备散热量甚至达到了冬季也要求供冷的程 度。因此，合理地设计该实验楼空调系统是保证实 验研究和精密测量数据准确性的关键之一。分要求全年恒温恒湿。根据对温湿度的要求，将这些实验室分为 类。 由于每间实验室空调精 度要求不一样，且实验性质、内部设备的发热量及 影响空调负荷的因素和使用时间均不相同，所以， 各实验室的空调精度设计也不一样，具体参数见表。实验室环境要求该实验楼中，精密测量实验室超过间，大部表实验室空调设计参数实验室类型夏季冬季换气次数新风量（人）温度相对湿度温度相对湿度 型 型 型 型 型 型 型 型 该工程中，型实验室间，为标准装置实验室，温度控制精度最高，达 ；型实验室 间，是数量最多的实验室，温度控制精度 ； 型实验室间，温度控制精度 。 这 类实验室属 于恒温实验室。 型实验室间以上，温度控制要求较低，仅需控制温度范围，没有精度要求。组自配冷热源。，型实验室采用模块式空气源热泵机组夏季供冷。为过渡季利用全新风、冬季利用 新风消除室内余热，设置了单独的组合式空调机组。型实验室采用模块式空气源热泵机组供冷，该机组只服务于地下层大长度标准实验室。其他类型 实验室与，型实验室共用模块式空气源热泵机组夏季供冷。考虑到实验室室内温度要求偏低，模块式空气源热泵机组的供回水温度定为 。空调系统设计空调系统的划分及冷热负荷为减小外围护结构对空调精度影响，建筑设计 时尽量将，型实验室布置在建筑的北向，把 型实验室布置在建筑内区。根据各实验室空调精度要求，以及实验特点和 使用情况，设计方案如下：）型实验室采用独立的恒温恒湿机房专用 空调。），型实验室采用全空气空调系统。）型实验室中的大长度标准实验室主要以 空调除湿为主，保证空调区域的温湿度稳定。）其 他类型的实验室 夏 季采用风机 盘管供 冷、冬季采用散热器供暖。）为了节约能源，冬季及过渡季采用室外全 新风供冷，避免冬季启动制冷机。新风口及管道均考虑全新风运行，回风管道设有旁路排风。）采用楼宇自控系统，各房间内温湿度和空 调机组运行状况实时显示，为及时掌握空调系统运 行状况提供了可能。空调热源热源采用厂 区 热 网 的 热 水，供 回 水 温 度 为 。过渡季 可 以 采 用 模 块 式 空 气 源 热 泵 机 组供暖。空调水系统空调水系统设计为一级泵变水量四管制系统。 考虑到功能划分及系统平衡，地上房间的空调冷水 系统采用了分、集水器，冷水系统由屋顶的膨胀水 箱补水定压，热水系统由锅炉房统一补水定压。冬 季采用空调机组的电热加湿器加湿。空调风系统型实验室不仅要求温度精度为 ，而 且还要求一定的相对湿度，故采用了独立的柜式恒 温恒湿机供冷供热。，型实验室在一个季节内不同时使用。冬 季使用的房间需要供冷，不使用的房间需要供暖。 为了满足实验室冬季供冷或供暖需求，设计一套四 管制的空调送回风系统，在每个房间的送回风入口 分别设置一个送回风静压箱，此静压箱入口同时接 出两套空调机组的送排风管道，以适应不同实验室空调冷源型实验室采用独立的柜式恒温恒湿机供冷，机（）李 侃，等：中国计量科学研究院实验基地光学热学实验楼空调系统设计的空调精度要求。 该类实验室空调风系统工作原理如图所示。为 和 。其中， 空调系统为全新风，保证冬季及过渡季的供冷； 是 保 证 空 调 系 统正常夏季供冷冬季供暖，最大新风比为。在运行过程中，可依据房间内的温度传感器采 集的数据，自动调整来自两台空调机组的风量配比， 并在静压箱中混合均匀，在保持总风量不变的情况 下，使用节能的方式调节出适合房间需要的送风参 数。所有温度精度要求为 的房间，由在送风末 端设置的末端精调加热器（风管电再热）进行微调。通过改变各阀门的开闭顺序，可以改变空调系 统的运行工况，以适应不同季节气温的变化，具体 的季节转换调节控制见表。图 ， 型实验室空调风系统工作原理图每个空调系统设计了两套空调机组，编号分别表空调系统运行季节转换调节控制室外温度阀门的工作位置 夏季 过渡季 过渡季 冬季 供冷供冷 供暖 供暖停停 供冷 供冷调调 调 调开开 开 开调调 调 调关关 调 调关关 开 开关关 调 调关关 调 调关关 开 开调调 关 调开开 关 开关关 调 调关关 开 开调调 关 调关关 调 调型实验室是大长度标准实验室，其顶板底距地面 ，处于地下，温 度 变 化 与 地 上 房 间 不 同 步，且主要以除湿为主，因此，采用单独的冷热源及末端空调装置。 该空调风系统采用一次回风全空 气系统，空调机组配置大盘管除湿及电再热。空调 机组内设置了双风机，也可以在室内外温差较大时 利用室外新风供暖或供冷。因房间使用的多变性要求，设计的空调机组的 风机均采用变频风机，但为了避免谐波干扰，空调风机配置滤波装置。室内温度控制风量。）风管电 再 热 与 送 风 管 道 上 的 电 动 密 闭 阀 联锁，当电热设备报警时送风管道的电动密闭阀关 断；电加热器与送风机联锁，并设无风断电、超温断 电保护装置。运行结果该实验楼于 年初竣工，空 调 系 统 已 运 行年以上。运行 过 程 中 对 空 调 系 统 进 行 了 个 季 节的连 续 测 试， 层 型 实 验 室 的 个 房 间 的 温 度、相对湿度在夏季、过渡季和冬季 的测试结 果分别如图，所示，测试时间分别为 年月日、月日和 月 日，图中不同的 颜色代表不同房间的测试结果。由图可见，夏季在：之间，室内 温度波动较大。 主要原因是实验室内人员及工艺 设备均达到满负荷，且室外温度波动较大，但室内 温度通过控制能保持在 之间，相对 湿度保持在 ；过 渡 季 室 内 温 度 保 持 在 之间，相对湿度保持在；冬季室内温度保持在 ，相对湿度保 持在。各实验室的温度控制达到了设 计要求。虽然一天内在某一个时间段的温度、相对 湿度有所波动，但也是在可控制范围内，且调整速度较快，表明空调系统运行可靠和稳定。空调自控系统空调自控系统采取了以下自控措施：）监控，型实验室的温湿度。）监测室外温湿度。）监测空调机组出风的温湿度。）自动切换表中所列空调系统控制阀。）电动阀门、电加热器等均实现远程操作控 制。）空调表冷器、加热盘管的供水管设电动两 通或三通阀，控制送风温度。电热式加湿器自动控 制加湿量。）空调机组风机根据风量变化变频控制。）空调机组的粗、中效过滤器设超压报警。）空调机组的加热盘管设防冻保护。）过渡季 静 压 箱 的 送 回 风 管 道 调 节 阀 根 据结论暖通空调 年第 卷第 期图 层 型实验室温湿度在不同季节的测试结果根据实验室空调精度要求，采取分区域的空设计范围内，且温度调整快，系统运行可靠、稳定。参考文献：调设计方案。采用室外新风作为冬季及过渡季的冷源，避中国科 学 院北京建筑设计研究院科学实验室建筑设计 规 范 北 京：中国建筑工业出 版社，免冬季开启制冷机。采用送回风四管制系统，在每个房间的送回中国有色工程设计研究总院采风入口分别设置一个送回风静压箱，此静压