毛艳民(设计三处)

〔摘要〕介绍了 黄河勘测规划设计研究院有限公司科研试验大楼的空调系统设计，重点说明了风系统、水系统、防排烟系统、自控系统等的设计思路和对策，根据使用效果总结了设计经验。

〔关键词〕 科研试验大楼  空调系统  防排烟系统  自控系统

1  工程概况

黄河勘测规划设计研究院有限公司科研试验大楼（以下简称科研大楼）位于郑州市金水路109号，南依风景如画的紫荆山公园，交通便利，地理位置十分优越。

科研大楼总建筑面积约29000m²，地下1层，地上主楼由两个分别为19层（西塔楼）、24层（东塔楼）的扇形塔楼交织组成，主楼平面形式呈“∽”型布置，西裙楼4层，东裙楼3层，地上主楼总高度86.7m。科研大楼功能以科研、试验、技术研讨交流为主，并辅助必要的办公用房。

科研大楼的建设历时3年，于2000年底完工。主要建筑功能布置如下：地下1层为车库、冷冻机房、水泵房及变配电室；东裙楼出租作为酒店；西裙楼1层出租作为银行，西裙楼4层为职工健身房，2、3层为办公用房；地上主楼1层为进楼大厅，东、西塔楼两个顶层为会议室，其余为科研用房。 

2  设计标准及主要设备

2.1 室外空气计算参数：

冬季采暖室外计算温度             -5℃

冬季空气调节室外计算温度         -7℃

冬季通风室外计算温度             0℃

冬季室外平均风速                 3.4m/s

夏季通风室外计算温度             32℃

夏季空气调节室外计算温度         35.6℃

夏季空气调节日平均温度           30.8℃

夏季室外平均风速                 2.6m/s

最冷月平均室外计算相对湿度       60%

最热月14时平均室外计算相对湿度  45%

 2.2 室内主要设计参数：

新风量：科研办公用房、商业营业厅、会议室等每人30m³/h

 2.3主要设备：

1．   冷热源：

    科研大楼空调计算冷负荷为3060kw，其中主楼2100kw，裙楼960kw，热负荷为240kw。制冷机房设置两台蒸汽双效溴化锂制冷机，一台整体式汽水热交换机组，由黄委会生活区锅炉房产生的0.6MPa的蒸汽，通过管道分别与制冷机及热交换机组相连。夏季通过制冷机产生7℃冷冻水，回水温度为12℃，冷却水进口温度32℃，出口温度38℃；冬季通过热交换机组产生60℃热水，供空调机及风机盘管使用。

2．  空调水系统：

空调水系统采用双管制闭式循环系统。为了便于科研大楼空调水的运行管理与调节，将空调水系统划分为5个独立子系统：主楼东区水系统、西区水系统、中区水系统，裙楼东区水系统、西区水系统。它们分别与供水集配器、回水集配器相连。每一个独立子系统供回水管路均采用同程式。

空调水系统由设在东塔楼24层楼顶的膨胀水箱定压，系统补水直接补入膨胀水箱内，由膨胀管引入回水集配器。空调水循环泵、冷却水循环泵均布置在地下室冷冻机房内，冷却塔位于东裙楼屋面上。  

图1  制冷（热）系统原理图

1．   空调风系统：

根据各场所的使用功能及建筑条件要求，科研大楼采用不同的空调方式。

5.1         裙楼及主楼1-4层

西裙楼及主楼1层大厅采用集中空气处理机，低速风管系统顶送顶回。即

在西裙楼每层设置一空调机房，布置一台柜式空调机组，通过吊顶上部的送风管道及散流器送入各房间，回风通过吊顶上部回到空调机房，不设回风管道。空调机房有对外开启的外窗，可作为新风源。室外新风进入空调机房后与回风一起进入空调机进行处理。在春、秋过渡季节可采用全新风，即空调机组只起送新风的作用，不再对空气进行加热或降温。

    主楼2-4层采用风机盘管加新风的空调方式，每层设两个新风系统，在两个塔楼的端部分别设有新风竖井，新风竖井直通至各自楼顶屋面，与大气相通。设在每层的新风机组将新风通过送风管道和散流器送入各房间。排风主要通过各房间可开启外窗和卫生间排风竖井排至室外。

    东裙楼也采用集中空气处理机，低速风管系统顶送顶回。在东裙楼2、3层各设置一空调机房，布置一台柜式空调机组，其中2层空调机组负责1、2层的空调，3层空调机组负责3层的空调，通过吊顶上部的送风管道及散流器送入各房间，回风通过吊顶上部回到空调机房，3层不设回风管道，1、2层设回风管道。空调机房有对外开启的外窗，可作为新风源。

5.2        主楼5-24层

主楼每层根据功能不同分为大空间与小隔间两种型式。

大空间采用全空气单风道低风速的空调方式，空调机（卧式吊装变风量空

调器）分别设在每层的新风井处的吊顶内，经空调机处理过的空气通过设在吊顶上的风管送到大空间内，回风则由吊顶上部剩余空间回到空调机进口附近，与新风混合一起进入空调机。

图2  主楼标准层空调平面图

    主楼小隔间采用风机盘管加新风的空调方式，每个房间均布置有风机盘管，新风机组将新风竖井内的新风通过送风管道和散流器送入各房间。排风主要通过各房间可开启外窗和卫生间排风竖井排至室外。

1．   机械通风系统：

6.1  地下1层车库

    根据防火分区划分设1套机械送风系统，2套机械排风系统，送风量按5次/h考虑，排风量按6次/h考虑，排风分上排和下排两部分，下部排2/3，上部排1/3。送、排风机分别设置于东、西裙楼屋顶。送风管道在穿越防火分区时加装70℃防火调节阀。

6.2        地下1层冷冻机房、水泵房及变配电室

    地下1层冷冻机房、水泵房及变配电室的排风系统与车库排风系统相结合，送风系统则在新风井附近安装两台轴流式通风机，通过两个新风竖井取新风，分别送入冷冻机房、水泵房及变配电室。新风井与送风管连接处装设70℃防火调节阀。

6.3        卫生间排风

主楼卫生间设有集中排风系统，每层卫生间废气经由排气扇排至排风竖

井，排风竖井在楼顶与大气相通。每层卫生间另有可开启的外窗。

2．  防排烟系统：

7.1  地下1层车库

    根据防火分区划分设两个排烟系统，排烟与平时排风共用一个系统，排风口为常开。每个排烟系统负担两个以上防烟分区，排烟系统排烟量按其中最大防烟分区不少于120m³/(h？m²)考虑。排风（烟）风机风量的确定，以排烟与平时通风两者之最大值为准。

    在所有下排风口处均装设70℃防火调节阀，一旦着火，所有下排风口将关闭，仅留上排风口进行排烟。在排风（烟）机的入口均设280℃防火阀。

7.2  地下1层变配电室

    采用低压CO₂气体消防。在送、排风管道上均设电动阀，由消防中心控制，当火灾发生时，关闭这些阀门，以保证消防气体的使用。

7.3  裙楼及主楼科研办公用房

    面积超过100m²且经常有人停留的科研办公用房均采用自然排烟形式。因一层大厅中庭净空高度超过12m，在中庭上部裙房屋面上对称布置2台中庭排烟风机。

7.4  防烟楼梯间及其前室

科研大楼共有3个防烟楼梯间，分别位于东、西塔楼的两侧及两座塔楼之间消防电梯间的后面。防烟楼梯间及其前室因不具备自然排烟条件，故设置加压送风系统。

3台加压送风机分别位于各自位置楼顶上面，楼梯间每隔2层、前室每层设一个常开单层百叶送风口。其余压值为：防烟楼梯间50Pa，前室25Pa。

3．  空调自动控制：

该大楼的设计目标是现代化智能科研大楼，空调系统自控设计作为楼宇自控系统设计的重要组成部分，也提出了较高的要求。

8.1  空调系统

监控范围主要包括6台柜式空调机组、30台变风量空调器、11台新风机组、116台风机盘管。主要可以控制送风温度、回风温度、过滤器状态、送风机启停及运行状态、送风机故障报警、电动调节水阀及新风风门的开启度。

具体地讲：

①可以根据回风温度与温度设定值之差，来调整冷水阀的开启度，以达到

温度恒定；

②由时间顺序、图形中心或电脑终端控制风机启停；

③过滤网堵塞时报警；

④各硬件点状态可在图形中心或电脑终端显示出来。

8.2  制冷系统

监控范围主要包括2台蒸汽溴化锂制冷机、2台冷冻水循环泵、2台冷却水循环泵、2台冷却塔。主要可以控制冷冻水总管供回水温度、冷却水总管供回水温度、溴化锂制冷机及冷却塔运行状况、冷冻水循环泵及冷却水循环泵运行状况、以及上述设备的故障报警。

8.2.1  开停顺序控制设计

①开机顺序：冷却水阀，冷却水循环泵，冷却塔水阀，冷却塔→冷冻水阀，

冷冻水循环泵→检查水阀状态，水泵状态，冷却塔状态都正常时启动制冷机。

②关机顺序：制冷机→冷却水阀，冷却水循环泵，冷却塔→冷冻水阀，冷

冻水循环泵  

8.2.2  报警及保护设计

制冷机运行时，该组冷冻水循环泵、冷却水循环泵或冷却塔出现故障时，报警并关闭主机及该组水泵。

8.2.3  制冷机数量控制设计

运行时先启动1台制冷机，根据制冷机的供、回水温度确定是否启动另一台制冷机。 8.2.4  状态监视设计

    各硬件点状态可在图形中心或电脑终端显示出来。

 4．  使用效果与设计体会：

科研大楼投入运行以来，总的情况是好的，室内温度基本上达到了设计要求，新风量也能满足室内的需求，但也存在一些问题。

①由于空调主机选用的是蒸汽型溴化锂制冷机，所以制冷机的运行受到锅

炉运行的制约。非正常工作时间，锅炉往往停炉，这就使整个大楼的空调无法运行，给利用业余时间进行工作和学习带来很大的不便。今后在设计类似工程时，应充分考虑这一点。

    ②标准层大空间采用的是吊装式变风量空调器，空调器分别设在每层的新风井处的吊顶内。这样设计的好处是每层不必单独设置空调机房，增加了办公场所使用面积，但存在的问题是给维修带来了不便。每次空调机、过滤网等设备检修时，需要将吊顶局部矿棉板拆下来，维修工搬来梯子爬上去，才能修理，十分不方便。

    ③标准层大空间没有单独设置新风机，新风是通过与回风混合后进入空调机的，新风量的多少是通过事先调节好新风口的大小来控制的，所以在实际运行当中，新风量的多少无法实现自动调节。

    ④地下室车库根据规范要求设置了1套机械送风系统，2套机械排风系统，送风量按5次/h考虑，排风量按6次/h考虑。由于通风量较大，通风管道尺寸相应较大，布置起来不是很美观。可以考虑通过车库门自然进风，机械排风，这样可以省略进风管道，使车库看起来美观一些，不足之处是送风不均匀，有些地方易形成死角，新风达不到。

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