成都海昌极地海洋世界暖通空调设计.docx

2014 年 8 月Refrigeration and Air ConditioningAug. 2014.422427文章编号：1671-6612（2014）04-422-06成都海昌极地海洋世界暖通空调设计邹秋生周伟军陈舒婷（四川省建筑设计研究院成都610017）【摘 要】 分析了场馆内空气与水体之间热传递的途径，介绍了该类建筑冷热负荷统计方法,通过对成都极地海洋世界暖通空调设计的介绍，为该类建筑暖通空调系统设计提供参考。【关键词】 极地海洋世界；主表演馆；维生系统；空调系统；水体冷热负荷中图分类号 TU242.7文献标识码 ADesign of HVAC for Chengdu Haichang Polar Ocean WorldZou QiushengZhou WeijunChen Shuting( Sichuan Provincial Architectural Design and Research Institute, Chengdu, 610017 )【Abstract】 Analyses the way of the heat transfer between the air and the water tank in the pavilion, introduces the calculation method of the heat & cooling load of this certain kind of building, Presents the design of air conditioning system of the Chengdu Haichang Polar ocean world, providing reference for other similar applications.【Keywords】 polar ocean world; the main performance hall; life support system; air conditioning system; cooling & heat load ofthe water tank0工程概况成都极地海洋世界项目（如图 1）位于成都 市天府新区，西邻人民南路南延线。本工程拟建 设成为一个以极地、热带海洋动物参观、表演等 为主题，兼具知识科普的趣味公园。工程总建筑 面积约 95000 m2，其中地下建筑面积约 13000m2（主要为设备用房），地上建筑面积约 82000 m2。 地上建筑规划为：1 区热带海洋动物展示区、2 区极地海洋动物展示区、3 区表演主场馆、4 区水 上公园、5 区板道大街、6 区城市商业街、7 区办 公楼建筑等。公园 1 区热带海洋动物展示区设有 海龟馆、鲨鱼珊瑚馆、海啸馆及售票馆；2 区极 地海洋动物展示区设有海豚馆、北极熊馆、海象 馆、企鹅馆等；3 区主表演馆平面直径 80 米，为 圆形单层（主体）高空间建筑。本工程所有单体 均为多层建筑。图 1 鸟瞰图Fig. 1 Airscape1设计参数1.1室外空气设计参数（详见表 1）作者（通讯作者）简介：邹秋生（1973.8-），男，本科，高级工程师，E-mail：zou_收稿日期：2014-05-07表 1 室外计算参数Table 1 Outdoor design parameter空调室外空调室外空调室外通风室外 室外平均风速计算干球温度 计算湿球温度 计算相对湿度 计算设计温度夏季31.626.785%1.1m/s29 冬季180%0.9m/s61.2室内舒适性空调区域设计参数（详见表 2）表 2 室内空调设计参数Table 2 Indoor design parameter for air conditioning温度相对湿度新风量 房间名称夏季冬季夏季冬季m3/hp表演馆观众厅2618653015 表演馆门厅&展厅 26 16 65 自然湿度 10 办公252060自然湿度30 各场馆参观区域261865自然湿度15 饲养员工作区及治疗区261860自然湿度301.3动物水体设计参数（详见表 3）表 3 动物水体设计参数Table 3 Design parameter of the water tank序号场馆名称水量（m3）最适合温度（）极限温度（）获取方式补水量（m3/d） 海水池620常温301北极熊馆淡水池 140 常温 30 2海兽馆混养水池1200常温25低温企鹅水池1203510制冷303企鹅馆常温企鹅水池150常温304海象馆 海象水池 280 常温 30 海豚池450 1826 10 制冷/加热 10 白鲸池900 1518 20 制冷 105主表演馆伪虎鲸池 450 1826 10 制冷/加热 10主表演池 2600 1826 10 制冷/加热 30室外水池350加热202615606海龟馆室内水池120制冷/加热淡水鱼池150 2026 15 制冷/加热 30 鲨鱼池775 2428 22 制冷/加热 50 暂养池 40 2428 22 制冷/加热 10 珊瑚缸180 2428 22 制冷/加热 107热带馆热带雨林池 1115223020加热10热带雨林池 290223020加热10淡水隧道水池600223020加热10第 28 卷第 4 期邹秋生，等：成都海昌极地海洋世界暖通空调设计4238海豚馆人豚互动水池575182615制冷/加热302冷热负荷及冷热源补水负荷等。2.1冷热负荷统计事实上，场馆内空气和水体直接接触，相互有2.1.1 冷热负荷组成热、质（水蒸气蒸发）交换，在分别统计空调冷热 本工程布置分散、面积较小的单体建筑考虑分负荷、维生系统冷热负荷时，应考虑其对负荷的影 散空调，采用多联机组制冷制热，企鹅馆动物生活响。比如：夏季热带馆水体温度高于空气温度，水 区域采用低温空调，其余建筑采用中央空调。体通过亚克力玻璃向空气散热造成热带馆夏季空 本工程集中冷热负荷包括中央空调所需制冷调冷负荷及水体热负荷同时增加；对于热带馆内开 制热量和维生系统为维持极地及热带水生动物水敞水体，进入空气中的水蒸气还将增加舒适性空调 体环境（包括水体含盐量、含氧量、水温等要求），的湿负荷。冬季，上叙传热方式在增加维生系统热 对水体所做的系列循环处理过程所需冷、热量。负荷的同时，却可减小空调热负荷。因此本工程空 参观区域（包括人与动物共处区域）中央空调可按调、维生系统冷热负荷单项统计时，应考虑以上传 照舒适性空调的要求统计负荷。部分水体动物要求热影响，并据此进行空调设备和维生系统换热设备 水池温度相对恒定，不能有太大的温度波动，为维配置。但在总冷热负荷统计时，则应该扣除空气和持水温，需要消耗一定的冷热量，该负荷即为维生水体之间的冷热量重复计算部分。 系统冷、热负荷。考虑水池换热模式与恒温游泳池2.1.2 空调负荷 相同，设计参照恒温游泳池设计方法统计，主要包中央空调区域负荷统计，详见表 4，此表格冷、 括水面传导热量、水面蒸发热量、池壁传热负荷及热负荷全部归入 1#机房。表 4 空调负荷表Table 4 Heating & cooling load of the air conditioning system主表演馆海豚馆海龟馆鲨鱼馆珊瑚馆汇总I 类II 类I 类II 类I 类II 类I 类II 类I 类II 类 空调冷负荷（kW）1274 208 111274 139100 1952301 空调热负荷（kW）503 64 113 21 5916 26 23 825说明：I 类负荷为包括维护结构、设备、灯光、人员、新风等在内的负荷；II 类负荷为本工程特有的与水体间换热，包括蒸发和水表面传导换热；主表演馆的 II 类负荷，由于水体温度低于空气温度，为保证系统安全，夏季可不考虑由此引起的空调冷负荷减少， 但冬季必须计算水体从空气吸热引起的热负荷增加；热带馆的 II 类负荷，由于水体温度高于空气温度，夏季空调负荷需要考虑水体向空气的传热；冬季因水体向空气 传热量已经大于空调 I 类热负荷，冬季热带馆空调仅考虑新风负荷。2.1.3 水体负荷统计（此表格冷负荷归入 1#机房，热负荷计入 2#机房） 水池初次注水所需冷热负荷，详见表 5。表 5 水池初次注水冷热负荷Table 5 One-time heating & cooling load of the water tank主表演馆海豚馆海龟馆鲨鱼馆珊瑚馆汇总 冷负荷（kW）48811127630 6891138447573995785热负荷（kW）2158（1#制热站）1780（2#制热站）说明：水体初次注水按照最不利条件统计负荷：水温度参考自来水温度，冬季取 10（以此计算热负荷），夏季取 22424制冷与空调2014 年（以此冷负荷）。按照上表，主表演馆初次注水需要时间为 72 小时，其余场馆初次注水时间小于 36 小时。水池日常所需冷热负荷，详见表 6。表 6 水池日常冷热负荷Table 6 Daily heating & cooling load of the water tank主表演馆海豚馆海龟馆鲨鱼馆珊瑚馆汇总 冷负荷（kW）758242173 20613798554305398241008热负荷（kW）1824（1#制热站）1932（2#制热站）说明：场馆内水体冷、热负荷参照游泳池设计方法统计，主要包括水面传导热量、水面蒸发热量、池壁传热负荷及补水 负荷等。日常补水量较少，负荷计算式时，补水温度参考自来水温度，冬季取 10（以此计算补水热负荷），夏季取 22（以此计算补水冷负荷）。上表中水池冷热负荷是按照间歇供冷、供热计算的，实际运行时，即使在最不利情况下，一天内连续制冷、制热 时间也不超过 12 小时。设计按照该原则确定换热设备参数。2.1.4 VRV 空调区域负荷统计VRV 空调区域负荷统计，详见表 7。表 7 VRV 区域空调负荷Table 7 Air conditioning load for the VRV area售票馆北极熊馆企鹅馆海象馆 空调冷负荷（kW）4891468426 空调热负荷（kW）219 874215说明：、表格中售票厅为普通舒适性空调，北极熊馆、企鹅馆、海象馆的空调负荷为各场馆办公区域负荷，北极熊笼舍、 企鹅展示区域等低温空调负荷不在此表中。2.2冷热源场馆空调热负荷外，同时提供主表演馆、海豚馆的 根据场地和功能情况，本工程设置两个机房，维生系统水体热负荷，设计总制热量不超过 其中 1#机房布置在主表演馆旁边，负责向主表演2650kW。 馆、海豚馆、海龟馆、鲨鱼和珊瑚馆提供空调及维热带馆（鲨鱼、珊瑚馆等）水体由 2#机房内 生系统水体冷负荷。根据负荷计算，1#机房总制冷热水机组提供相应负荷，总制热量按照 1850kW 考 量不超过 3680 kW。1#机房内热水机组除提供以上虑，机房设备配置详见表 8。表 8 主机设备配置表Table 8 The configuration table of the equipment机房设备单台设备制冷制热量数量（台）负荷范围 空调负荷：主表演馆、海豚馆、海龟馆、热带馆离心机组19342水体负荷：主表演馆、海豚馆、海龟馆、热带馆1#机房空调负荷：主表演馆、海豚馆、海龟馆、热带馆热水机组14002水体负荷：主表演馆、海豚馆馆2#机房热水机组11002水体负荷：热带馆3空调水系统及维生系统水体温度控制系统设计第 28 卷第 4 期邹秋生，等：成都海昌极地海洋世界暖通空调设计4253.1空调水系统大厅及参观区域设两个空调系统，每个空调系统均1#制冷、制热站负责主表演馆、海豚馆、海龟采用风量为 25000m3/h 的组合式空调器。入口大厅 馆、鲨鱼和珊瑚馆空调负荷。空调水系统采用二级为高大空间，采用球型喷口侧送风。 泵变流量系统：一级冷、热水泵分开设置，并与冷、主表演馆门厅到表演大厅之间的走廊区域设 热水机组分别一一对应，定流量运行。二级泵根据置一套全空气系统，该系统空调送风量为 20000 各场馆需求冷、热水量及各回路管网阻力分别配m3/h，采用散流器风口顶棚送风。 置，变流量运行。空调末端管路为两管制异程式水表演大厅为高大空间，屋面网架下沿最高处距 系统，采用自力式压差平衡阀调节各回路阻力，室离表演池水面约 25 米，设计采用分层空调：在表 外管道通过地沟直埋接至各场馆。空调末端组合式演大厅观众席和表演池后侧设置空调机房，观众厅 空调器及吊顶式空调器设置比例积分调节阀，通过后侧机房内设置 4 台组合式空调器，表演池后侧机 回风温度控制冷、热水供水量。风机盘管采用电动房内设置两台组合式空调器，单台送风量均为 二通阀配合温控器控制。25000 m3/h。采用球型喷口送风，通过观众席位下3.2维生系统水体温度控制方或空调机房侧墙单层百叶风口回风。表演大厅屋 本工程维生系统由专业公司设计，但水体温度顶设置排风机（图 2）。控制所需冷、热量由本专业提供。维生系统水体循 环管上设置旁通回路，该回路上设置钛合金板式换 热器。在水体需要制冷或加热时，开启旁通回路， 冷热水机房提供的一次侧冷、热水通过板式换热器 向维生系统水体循环提供所需制冷、加热负荷。本 专业负责提供板换一次侧冷热管网设计。主表演馆、海豚馆、海龟馆水体冷、热负荷均 由 1#机房，由于同一个场馆内不同水体可能有不 同的温度控制要求，故提供采用四管制水系统。水 系统一次侧（板换冷热水主机侧）根据各场馆水体 冷、热负荷及各回路管网阻力分别配置冷、热水泵，图 2 主表演馆 冷热水进出水管均接至板式换热器，在板换入口处Fig.2 The main performance hall电动阀切换。具体控制要求为：水体需要加热（制海豚馆、海龟馆、鲨鱼和珊瑚馆等采用风机盘 冷）时，板换二次侧（维生系统侧）旁通管路打开；管加新风系统。 水系统一次侧板式换热器入口热水（冷水）管上电4.2特殊低温空调区域 动阀开启，冷水（热水）管上电动阀保持关闭；冷企鹅馆内分为参观区域和企鹅展示区域，其间 热水机房水系统二级热水（冷水）泵启动，向水体采用 55mm 厚亚克力玻璃分隔。参观区域按照舒适 供热（冷）。水体温度达到要求后，二级热水泵（冷性空调的要求设置 VRV 分体空调，单独设置新风 水泵）停止运行，板换一次侧热（冷）水管上电动系统。企鹅馆另设一套低温直接蒸发是冷水机组， 阀关闭，同时关闭维生系统管网（板换二次侧）上企鹅区域设置冷风机直接蒸发供冷（该内容由专业 的旁通阀。公司设计）。鲨鱼和珊瑚馆水体仅需要制热，其热量由 2# 本工程设计的北极熊馆为笼舍加室外活动区 机房提供。2#机房热水管网系统采用一级泵变流量 域形式，根据甲方要求笼舍区域采用单冷式分体空 系统，维生系统与热水管网设置及控制方式同上。 调控制温度。4.3VRV 空调区域4空调送风与气流组织本工程场地内相对分散的场馆如：售票馆、海4.1中央空调区域兽馆等均采用变制冷剂流量（VRV）分体空调系统， 主表演馆采用一次回风全空气空调系统。入口室外机结合建筑外立面设置，室内采用四面出风型426制冷与空调2014 年卡式盘管，单独设置新风系统。（2）由于本工程的特殊性，场馆内空气和水4.4防结露措施池水体之间有热、质交换，空调和水体冷热负荷计 在主表演馆入口处参观区，白鲸养池等水池内算时应考虑其影响，并据此配置空调及水体换热设 水温设计为 15，比参观区域空气侧温度低，设备。但在总冷热负荷统计时，则应该扣除空气和水计验算了参观橱窗处亚克力玻璃（传热系数体之间的冷热量重复计算部分。0.18W/mK）外侧结露可能性。经计算，夏季亚克（3）冷、热水机组配置时，应根据系统初运 力玻璃外表面温度实际不低于 24。根据室内空行时水体加热（或冷却）时间限制核算容量，水体 调设计参数，参观区域空气状态点（温度为 26，初次加热（冷却）时间不宜过长。本工程设计除主 相对湿度 60%）对应的露点温度为 18.5，因此，表演馆（初次制冷或加热水体时间为 72 小时）外， 夏季亚克力外表面实际没有结露的风险。本设计未其余场馆对水体降温或加热的时间均不大于 36 小 对参观区域亚克力玻璃采取特殊的防结露措施。时。企鹅馆内企鹅区域水体温度为 3，空气温度（4）亚克力玻璃传热系数较小（0.18W/mK）。 为-3。根据计算，参观区域侧亚克力玻璃表面温通过计算，主表演馆参观区域亚克力玻璃侧无需设 度不低于 21，略高于室内空气露点温度（温度置防结露起雾措施。企鹅馆亚克力玻璃空气侧有结 为 26，相对湿度 60%，对应露点温度 18.5）。露起雾风险，采用置空气幕吹风干扰，实际也是可 鉴于亚克力玻璃表面有结露起雾的风险，设计在玻行的。使用证明，只有在下雨天空气湿度较大时才 璃外侧设空气幕干扰空气中水蒸气凝结。需要启动空气幕，平时玻璃表面无起雾现象。（5）场馆内的空调系统制冷时将产生余热，5通风系统若将该余热进行回收，并用于热带馆水体加热，将 本工程主表演大厅屋面网架上设置 4 台屋顶有良好的节能