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【案例】辽宁出入境检验检疫局综合实验楼中央空调及空气净化工程

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楼主
  

建  设  地  点:大连市

设  计  时  间:2007年3月

工程竣工日期:2013年9月

设  计  单  位:大连市建筑设计研究院

                    有限公司

主  要 设计人:刘   洋 谭福君 叶金华

                    郝岩峰 张志刚 万言兴

                    熊   刚 高国泉 刘晓杰

                    王小桥 邓   丹 王   晶

本  文 执笔人:刘   洋

获  奖  等  级:三等奖


作者简介

刘洋,高级工程师,院副总,工作单位大连市建筑设计研究院有限公司,主要设计代表作品:大连万达中心、大连机场扩建工程·航站楼、丹东金融大厦、大连市公安局综合楼、旅顺文体中心等。


一、工程概况

辽宁出入境检验检疫局综合实验楼位于大连市中山区长江路北侧,大连东港区改造控规C10地块。项目占地面积约27640m2,建筑面积58665m2,地下二层,地上一至四层裙楼,五至二十七层为塔楼,建筑高度96.75m。建筑结构形式为框剪-核心筒结构。主要功能:地下室为车库,裙楼为对外办公楼,19、20、24层为洁净实验室,23、24层为恒温恒湿实验室,其它楼层均为办公室。

二、工程设计特点

(1)大楼的舒适性空调及实验室净化空调均采用集中冷热源的中央空调系统,与寒冷地区普通常规舒适性空调相比,由于实验楼的空调系统对温湿度的设计精度要求较高,冷水机组运行时间较长,一般可持续至过渡季末期至初冬。本工程采用离心式冷水机组变频技术作为机房节能的主要控制手段。其工作原理是根据冷冻水实际温度、设计温度、蒸发/冷凝压力等参数,通过控制主轴转速和导流叶片开度控制压缩机的输出负荷,优化压缩机的做功能力,降低无用功的比例,从而使机组可以在较大的范围内运行,达到节能目的。冷水系统控制相对简单、安全可靠。

(2)项目热源采用市政蒸汽,经减温减压通过高效过冷汽水换热器换热,提高了换热效率,降低了凝结水的温度。蒸汽凝结水回收后充分利用其余热,用于大堂地板辐射采暖及值班采暖系统。低品位的凝结水再用于空调系统补水。充分利用了蒸汽的热能和水资源;

(3)各类洁净室及要求标准高,均配备了专用净化专用空调器,优化气流组织,达到洁净要求;

(4)中央空调末端采用多项节能、环保措施:大空间采用组合式空调机组,在过渡季可加大新风量,充分利用室外新风的冷量,免费供冷。空调水系统竖向采用同程式系统,水平各层采用异程式系统,主要环路设平衡阀,空调末端配电控阀,分支路系统平衡性好;

三、设计参数及空调冷热负荷

(1)室外计算参数

夏季:空调室外计算干球温度29℃,空调室外计算湿球温度24.9℃,通风室外计算干球温度26.3℃,室外风速4.1m/s。冬季:空调室外计算干球温度-13℃,空调室外计算相对湿度56%,通风室外计算温度-3.9℃,室外风速5.2m/s。供暖室外计算温度-9.8℃。

(2)室内设计参数

营业大厅:夏季26℃,相对湿度≤65%,冬季18-20℃,新风量20 m3/(h.p)。

办公室:夏季25℃,相对湿度≤65%,冬季20-22℃,新风量30 m3/(h.p)。

各洁净室的温度精度控制在±1℃,相对湿度控制在±2%。

(3)本工程采用鸿叶软件对夏季空调逐时冷负荷和冬季热负荷进行计算,结果如下:空调面积冷指标为90.9W/m2;空调面积热指标为96.9 W/m2

四、空调冷热源及设备选择

(1)冷热源机组选型

本工程选择二台变频离心式冷水机组(环保冷媒R134a),单台机组额定工况制冷量为2110KW,N=396kw,标况COP=5.33;空调水系统夏季运行供回水温度为7℃/12℃,空调冷却水供回水温度为32℃/37℃。

热源为外网提供0.5-0.7MPa、190-210℃的过热蒸汽,经汽--水换热器制取60-50℃热水作为冬季空调热媒。机房另设蒸汽凝结水回收水箱,余热用于一层大堂作为地板辐射采暖及值班采暖系统,多余的水量用于空调系统补水;

(2)洁净空调系统

本工程各生物实验洁净室为避免回风交叉污染,影响实验结果,采用全新风空调系统或独立空调系统。设计采用净化空调机组,空调机组功能段设置有初效过滤、中效过滤、表冷(加热)段、再热(电加热)段、风机段、出风段。每个洁净室一般设有万级实验洁净室并设置了十万级的缓冲间。各级差洁净区域的设计压差值为20Pa。气流组织一般是从高精度的万级洁净室流向十万级洁净缓冲区域。气流组织为上送下回的形式。

(3) 恒温恒湿空调系统

纺织实验室及包装实验室对温湿度精度要求高,设计采用自带压缩机+风冷冷凝器的专用恒温恒湿精密空调机组,能按要求自动调节室内温、湿度,具有同时实现制冷、加热、加湿、除湿等功能的能力。气流组织为吊顶孔板送风+地板回风。送风采用双层吊顶形式,双层吊顶之间空间作为静压箱,专用空调加装管道送风进静压箱,气流再经孔板整体均匀向下送风。地面设300mm高的架空地板作为回风静压箱。

五、心得与体会

和普通办公楼的空调系统相比较,本项目含有洁净室的空调系统具有单位面积冷指标较高、空调负荷昼夜变化大、制冷周期长等特点。

本项目的空调冷负荷主要分为二部分,其中舒适性空调系统的冷负荷与一般空调负荷的计算一致,主要由围护结构、人员、照明、新风、设备等负荷组成。洁净空调的冷负荷与舒适性空调差异较大,相关文献表明,洁净室能耗较普通空调办公楼耗能多10-30倍。其主要特点是:换气次数高、空调风量大、风压较常规空调高300-400Pa高,风机能耗高;新风比例大,以本项目为例,动物饲养室要求全新风运行,PCR、 细菌实验室等的新风量所占比例都在30%左右;工艺设备多,散热量大。

分析空调冷负荷的变化规律,本项目空调冷负荷除了随季节天气变化外,在某一相对稳定的时间段内也具有比较明显的运行变化特点:在常规的工作时间段,营业场所、普通办公室的舒适性空调系统和洁净区的空调系统均运行。在节假日或者夜间,营业场所、大部分办公区域的空调系统处于关闭状态,但少部分工作区及洁净区因实验工作的需求会连续工作,夜间及节假日会有一定的值班负荷,而且与正常负荷的差异量较大。

大连地区一般舒适性空调的运行周期是从六月初至10月初,120天左右。而洁净室空调系统的运行周期则长很多,主要原因是空调新风量较大,除湿要求高。为满足系统的送风温湿度的精度要求,制冷机组在5月份即开始要求制冷,制冷周期延续到10月底至11月初,运行周期约为6个月,180天左右,运行时间较普通舒适性空调增加50%。

有文献研究指出,在中央空调系统能耗中,冷冻水泵能耗只占整个冷水机房内能耗的15%~20%,而冷水机组的能耗占冷水机房内能耗70%左右的比例。综合以上分析,提高冷水机组的效率,要求机组部分负荷条件下IPLV值高,减小冷水机组的能耗是影响整个中央空调系统能耗的关键因素。

分析本工程相应数据表明:离心式冷水机组变频可节约整个冷水机房能耗20%左右,离心式冷水机组变频节能效果显著,投资回收期短。有效回收蒸汽的余热,和采用市政热水的项目比较,节省较多采暖费用。

本项工程设计荣获第六届中国建筑学会优秀暖通空调工程设计奖三等奖,收录于《暖通空调工程优秀设计图集⑥》(ISBN:978-7-112-21147-0)。优秀设计案例近期将陆续通过学会公众号发布,敬请关注。 

中国建筑学会暖通空调分会和中国制冷学会空调热泵专业委员会(简称全国暖通空调学会两委会,英文缩写:CCHVAC)由全国范围内科研院所、高等院校及企业等权威专家组成,下设供暖、空调、热泵、通风、净化、计算机模拟和青年七个技术专业工作组。秘书处设在中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院。

电话:010-64517224

E-mail:chvac2008@sina.com


微信公众号:cc-hvac



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