上海辰山植物园展览温室的人工气候环境工程设计

1、上海辰山植物园展览温室的人工气候环境工程设计上海辰山植物园展览温室的人工气候环境工程设计上海建筑设计研究院有限公司谌小玲何婧刘晓朝【摘要】介绍上海展山植物园展览温室的人工气候环境设计特性,针对植物生长所需的温度,相对湿度,空气流速,c02浓度等环境因子,分另4阐述空调,通风,供暖系统的设计思路和要点.【关键词】展览温室人工生态环境地源热泵水蓄冷引言展览温室被誉为”建筑中的花园,花园中的建筑”.现代展览温室已超出了单纯建筑的范畴,它是园艺学,建筑学,美学,植物学,生态学,环境工程学等多门学科的完美结合.进入21世纪,在环保,生态,有机,绿色等意识的不断推动下,我国大型展览温室的建设进入快速发展阶

2、段.北京植物园展览温室(1999年,建筑面积9500m2),上海植物园展览温室群(2001年,建筑面积5000m2),华南植物园展览温室群(2008年,建筑面积10800m2),陆续建成.2010年10月,上海世博会配套工程上海辰山植物园展览温室对公众开放,此组亚洲最大的展览温室群首次展示在全世界各国人民面前,即刻赢得了极大的关注.展览温室是一个由人工控制,展示生长在不同地域和气候条件的植物及其生存环境的室内空间.如何设计和控制适合植物生长的人工环境是摆在设计师们面前一个最大的问题.1展览温室人工生态环境设计特性展览温室环境设计不同于一般公共建筑,一般公共建筑环境设计是为人服务的,考虑的是人的

3、舒适性,使得室内温度,相对湿度,空气流速,光照强度,co:浓度在很小的范围内波动,基本上是定值;而展览温室环境设计是为植物服务的,考虑的是如何建立一个合适的植物环境,有利于不同类型植物良好生长的需求,因此对上述环境因子有着严格要求.需要根据光照强度确定温度范围和co:补给标准,并且根据植物的光和作用与呼吸作用的需要,调节温室内温度,使得昼夜有一定的温差;并根据植物蒸腾作用的需要,温室内的空气在一定范围内低速扰动.展览温室的空调,通风,采暖系统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,空气流速状况和co2浓度,再造展览植物的原长地生态环境,同时兼顾公众区域的舒适性,提供全

4、年公众观赏游览,学习认识.2工程概况上海辰山植物园地处上海松江区,总建筑面积62000m,包括科研中心,专家公寓,入口综合建筑,能源中心,展览温室与生产温室等多个单体.是目前全国最大的集植物展览,植物培育,植物科研的基地.展览温室总建筑面积21440m2.共有3个温室,其中温室a,建筑面积5500m,最高点?32?20m,体积72000ma,有棕榈植物区,风情植物区,经济植物区等;温室b,建筑面积4500m2,最高点18m,体积44100m3,有多肉植物区,澳洲植物区,美州植物区,沙漠植物区等;温室c,建筑面积2800m,最高点16m,体积21000m3.有食虫植物区,兰花凤梨植物区,蕨类植物

5、,阴生植物,苏铁植物区等.其它为展览温室的附属用房,建筑面积7968,设有休息餐饮,商店,展示厅,工作人员的办公室,会议室,更衣室,售票处,卫生问,设备用房等.能源中心建筑面积672m2,共有一层.设有地源热泵冷冻机房,锅炉房,蓄冷水池,煤表房,变配电房,管理房等.生产温室建筑面积约4300m2,分4个独立温室,培育不同类型的植物.3空调通风系统设计3.1植物温湿度设计参数图1辰山植物园效果图各展览温室及各植物区域的图2辰山植物园平面示意图环境设计参数要求见表1.表1各展览温室及各植物区域的环境设计参数夏季冬季区域干球温度()相对湿度(rh)干球温度()相对湿度(ri)棕榈植物区<307

6、075昼>20夜>187075温室a风情园区<3070.75昼>18夜>1570-75经济植物区<3075-85昼>22夜>2075-85多肉植物区<30不要求昼>18夜>15不要求澳州植物区<30不要求昼>18夜>15不要求温室b美州植物区<30不要求昼>18夜>15不要求沙漠植物区<30不要求昼>18夜>15不要求食虫植物区<3075-85昼>20夜>1875-85温室c兰花凤梨植物区<3075-85昼>20夜>187585苏铁,蕨类植

7、物区<307585昼>20夜>187585?33?3.2展览温室生态环境温度温度是植物新成代谢的基本保障,是各类温室植物生长发育的决定性因素.植物生长受最高温度和最低温度制约,超过极限,会使植物处于濒死状态.二者之间是适宜植物生长温度.(1)夏季和过渡季展览温室是以热带,亚热带及其他具有特殊气候或地域的植物种类为主要对象,根据植物生长需求,夏季植物区温度保持35c以下便可不影响其生长,所以从节约能源出发,在有关植物学专家的指导下,尽可能的采取自然方式解决环境问题,为此夏季和过度季采用可开启外窗进行自然通风,同时顶部适当遮荫,辅以喷雾降温,以满足夏季植物区降温要求,温室植物区温

8、度略图4地送风口与垂直通风柱实景图5铜管铝翅片散热器实景?34?低于室外温度.下,中部侧窗为进风,顶部天窗为排风(见图3),使室外风能流通过温室植物区,带走热量.开窗面积满足自然通风的通风量要求.展览温室内还设有垂直机械循环通风系统(见图4)可以直接排出室外,当雨天无法开启外窗时,开启此系统.温室内设有光照强度感应器和温度感应器.根据温度感应值,成组开启外窗数量,当光照强度感应值和温度感应值都超过设定值时,开启遮阴系统.当夏季开启自然通风和遮阴系统时,植物区域温度仍大于30cc时.开启垂直机械循环通风系统和喷雾系统,利用水的汽化吸热降低周围温度,并将高温高湿空气排出室外.温室内仅对人行道进行局

9、部区域空调,保证游人区域适当的舒适性.人行道空调送风以全新风的形式(见图4),夏季新风处理到温度23,相对湿度90%.新风空调箱设置在地下空调机房内.新风由设置在一层风机房的离心风机箱送至地下室空调机房内.a温室风情园预留dn50空调供回水管和电源.以便夏季举办风情活动时,临时安装明装风机盘管及其它设施.b温室内的温湿度独立调节区预留了dn40空调供回水管和电源.温室植物景观设置此区域时可安装2台明装风机盘管,且有1500m3/h新风送至此区域,以满足其独立控制的要求.c温室植物景观设有3个食虫植物玻璃箱,分别设置分体式空调器和送排风系统,以满足其独立控制温度的要求.展览温室空调水由能源中心提

10、供.通过直埋和通行管沟敷设的形式进入温室地下通行管沟.空调水系统为二管制机械闭式循环,异程敷设,每台新风空调箱回水管上设置压差平衡电动调节二用阀,以保证控制质量.(2)冬季在温室内周边设置散热器供暖系统,散热器采用铜管铝翅片形式(见图5),辅以主人行道上设置全新风热风空调系统,地送风形式.以满足冬季植物在昼间因光和作用需要的适宜温度2o一25.夜间植物需要保障的最低温度15.冬季新风经加热盘管后处理到干球温度32c【=,然后经湿膜加湿处理到干球温度25,湿球温度l3.散热器采暖系统根据各不同植物区域划分系统,可根据各植物区域要求调节温度.采暖水系统由能源中心提供,通过直埋和通行管沟敷设形式进入

11、温室地下通行管沟,采暖水系统为机械闭式循环,异程敷设,对每个温室大支环路设置自力式压差平衡阀自动进行水力平衡.各温室不同植物区域的小支环路设置静态平衡阀手动平衡水力,各小支环路内的暖气片管路连接采用同程方式.各温室内不同植物区域的小支环路回水管上设置电动二通调节阀.根据室内各区域不同温度调节水量.垂直机械循环通风系统从温室顶部吸入空气,除可直接排出室外,也可通过风管从温室内下部低位送出,以消除冬季室内温度梯度过大现象,冬季室内温度梯度不大于1o,当温室顶部温度高于底部02m处温度1oc【=时,启动顶部喷雾降温系统,同时,垂直循环风机动作,排除温室顶部的高温空气.3.3展览温室生态环境相对湿度展

12、览温室植物生长所需的水分主要由人工补给.除设有正常的灌溉系统外,还采用高压喷雾系统对温室空间直接加湿.而且新风空调箱设有湿膜加湿,冬季可对热风进行加湿.同时.景观设计在温室内设置水池,瀑布,叠水可调节温室内湿度.3.4展览温室的空气流速和co浓度在温室内,当空气流过叶片时,会加快植物的蒸腾作用,正常情况下,叶片温度比空气温度略高些,这个温差也是叶片水分蒸腾的动力,亦是叶片降温的原理,而叶片温度直接影响光和作用进程.夏季和过度季可开窗自然通风,空气自然流过叶面.冬季,温室窗户紧闭,需要设置通风系统以使空气流动.根据各温室的空间高度,距地面4mlom处沿幕墙设置接力循环风机(温室专用风机)水平循环

13、,同时,在温室顶部设置温室专用风扇,在冬季温室无自然通风情况下,搅动室内空气,保持温室内有风速流过叶片,满足植物的光和作用和蒸腾作用的要求.空气流过叶片的风速控制在小于1.5米/秒,大于0.2米/秒.植物光和作用积累碳水化合物并储存能量,需要吸收co:和光照,在温室中,当cos浓度充足时,适当提高昼间温度,会对植物生长有益处.通常不使用co发生器,夏季和过度季,自然通风就能满足co:浓度要求,冬季,需要开启新风系统,亦可满足植物所需的co:.3.5展览温室冷热源设计(1)冷源展览温室空调冷负荷1290kw,空调热负荷1290kw,采暖热负荷3047kw,建筑面积冷负荷指标loow/,热负荷指标

14、391w/.展览温室最大小时冷负荷1290kw,全天冷负荷按9:oo一16:0o共7小时计算为8726kw.h.冷源(见图6)采用2台地源热泵冷热水机组,地源热泵冷热水机组为三工况机组,每台蓄冷量681kw,蓄冷供,回水温度5/10(2,机供冷量733kw,机组供冷供,回水温度7/12c,机组供热量729kw,供热供/回水温度50/45oc.本工程设置蓄冷水池,采用完全蓄冷方式,水池有效容积1loom,晚上22:o06:oo蓄冷8小时,利用晚间低电价运行地源热泵冷热水机组进行蓄冷;白天用水池中的水为展览温室空调服务,可供3个展览温室白天7小时空调,设置1台?35?麓熏水泵蓄砖咏泵蓄净水泵图6冷

15、热源空调水系统原理图?36?图7冷热源锅炉水系统原理图1290kw板式换热器.放冷一级供,回水温度5/13,二级供,回水温度7/15.冷源共有4种模式,分别为单独蓄冷,单独放冷,单独组机供冷,机组供冷+放冷,以晚上单独蓄冷,白天单独放冷为常用模式.单独机组供冷时,根据空调负荷变化,由供回水温度和流量感应器进行台数控制,群控由bas控制.冷热水机组可根据出水管上温度感应器自动卸载和加载.单独放冷时,放冷板换二级出水管上温度感应器控制一级进水管上三通阀,改变放冷板换的一级进水流量和旁通流量.单独蓄冷时.人工开机,由蓄冷水泵出水管上温度感应器控制停机,或22:006:00定时开,停机.机组供冷+放冷

16、时,开启1台机与放冷系统同时运行,负荷变化时,冷水机组根据出水管上温度感应器自动卸载和加载.放冷系统根据二级出水管上温度感应器控制一级进水管上电动三通阀.当能量计算负荷端所需冷量低于1台机冷量时,选择先停机.根据系统水流量和压差感应器,控制空调二次水泵变频,变转速,以适应空调水系统的流量和阻力的变化.空调末端设备采用压差平衡电动比例调节二用阀根据新风负荷变化调节空调水流量.(2)热源热源(见图6,图7)采用2台地源热泵冷热水机组+3台燃气热水锅炉,每台燃气热水锅炉制热量2100kw,供/回水温度92/72c,设置软水器对锅炉水进行水处理.采暖热水系统设置2台1800kw板式换热器,供,回水温度

17、90/70c,空调热水系统设置2台1200kw板式换热器,供,回水温度60/45.热源共有3种模式,分别为热泵机组供热,锅炉供热,热泵机组供热+锅炉供热.以晚上热泵机组供热,白天锅炉供热为常用模式.3台燃气热水锅炉燃料采用天然气.地源热泵冷热水机组地源埋管夏季最高供,回水温度30/35c,冬季最低供/回水温度10/5.根据地源热泵使用特性,土壤的冬季释热量应与夏季吸热量保持平衡,故实际操作时,以夏季地源热泵制冷为基准,其冬季制热应与夏季制冷保持平衡.地源热泵冬季制热用完后,全部由锅炉供热,包括全新风热风系统和采暖系统.机组供热时,根据空调负荷变化,由供回水温度和流量感应器进行台数控制,群控由b

18、as控制.冷热水机组可根据出水管上温度感应器自动卸载和加载.锅炉供热时,根据预测负荷确定锅炉开启台数.锅炉热水系统板换二级出水管上温度感应器控制一级出水管上电动二通阀,锅炉一级水系统总供回水管设置压差旁通,旁通水量达到1台水泵时.自动停1台泵并相应停1台锅炉.机组供热+锅炉供热时,开启1台冷热水机组,1台锅炉空调热水泵,锅炉开启台数根据预测负荷选择.负荷变化时,冷热水机组根据出水管上温度感应器自动卸载和加载.锅炉空调热水系统根据空调热水板换二级出水管上温度感应器控制一级出水管上电动二通阀.当能量计算负荷端所需热量低于1台机制热量时,选择先停机.根据温室内各植物区域温度感应器调节采暖水系统支环路

19、回水管上的电动二通调节阀,采暖水系统总供回水管设置压差旁通,旁通水量达到1台采暖水泵流量时,自动停1台泵.4展览温室生态环境自动控制温室环境自动控制是为使植物正常生长的控制系统,通过调节温室内大气和土壤环境指标,使之达到类似展示植物原生长地的生存环境,促进植物的良好生长.同时,温室环境自动控制需要尽可能提高光和作用速率,降低呼吸作用速率,协调植物蒸腾作用,【下转第44页】?37?通过对大型公共建筑的用能进行调研,并在各种节能改造的可行性进行深入分析的基础上确定整体的节能服务解决方案,再逐步实施节能改造,最终取得了良好的节能效益,可以为目前大型公共建筑的节能改造提供借鉴.同时也可以发现,通过诸如

20、对大型公建的能耗进行实时,分项的计量等手段,或者通过对大楼现有的运行记录和用能进行调研和分析,发现运行管理过程中的问题,优化系统的运行模式,即通过提升大楼物业运行人员的行为方式,可以对目前的大型公共建筑节能发挥巨大的作用.而且这样的节能途径投入小,产出大,是目前比较可行,比较有效和适合大规模推广的方式,值得引起我们全行业和全社会的关注,值得通过建立相关的政策和机制来鼓励和倡导.对于既有建筑节能,这可能比花大量的资金建设少量的节能改造示范工程更有普遍意义.【上接第37页】同化作用和co的分布,从而使植物得以将光和作用的产物转化为干物质储存.植物才会表现出旺盛的生长态势.温室自动控制包括以下内容:温度控制一空调系统,采暖系统,自然开窗系统,遮荫系统,喷雾系统,垂直机械排风