重庆市科技馆暖通设计特点

郑志斌

（重庆市设计院，重庆400015）

重庆市科技馆暖通设计特点

郑志斌

（重庆市设计院，重庆400015）

冰蓄冷空调是利用夜间低谷荷电力制冰储存在蓄冰装置中白天融冰将所储存的冷量释放出来，减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量的一种空调技术。高大空间排烟设计应根据建筑特点采取相对有效的方式。本文结合工程实例阐述冰蓄冷技术以及高大空间排烟设计的具体应用。

冰蓄冷；高大空间排烟

0 引言

重庆科技馆座落于长江与嘉陵江交汇处的重庆江北嘴中央商务区（CBD）核心区域，作为重庆市委、市政府重点建设的全市十大社会公益工程，是面向公众的现代化、综合性、多功能的大型科普教育活动基地。该项目含科研教育、交流展示、制作休闲、旅游收藏与一体，作为综合性科普教育与旅游休闲场所，建成以来在提高公众的科技、环保和创新意识以及宣传重庆都市形象方面得到了一致好评。该项目2006年1月7日奠基，同年10月动工建设，2009年9月9日建成开馆。暖通专业的节能环保设计与消防安全设计在重庆科技馆的日常运行中起着重要的作用。

1 工程概况

该馆占地面积37亩，总建筑面积4.83万m2，由主楼和附楼组成。主楼馆区包括地上四层，地下1层，建筑高度57m，内设各类科技展厅与一座3D科技电影院；附楼地上五层，地下一层，建筑高度34m，内设办公、培训教室及多功能国际会议厅。展览馆面积为18200m2，办公与会议面积4500m2，电影院面积为1460m2。主要设备用房位于地下室。

2 冷热源方案

重庆市属于夏热冬冷气候区，但冬季供暖期较短，夏季空调负荷较大。空调冷热源方案的确定对建筑能耗及系统经济性的重要性不言而喻，在项目实施之初，建设方组织专家会审，对该项目的系统设计提出了诸多宝贵意见，最终确定了以下的冷热源系统方案：

（1）主楼展厅采用带水冷冷水机组上游串联式的冰蓄冷系统，鉴于展厅内区较大，冬季暂不考虑供热设计，仅于屋面预留燃气热水机组安装位置以及管道井。

（2）科技电影院与附楼均采用风冷热泵系统。

此冷热源设计方案综合考虑了各建筑空间的使用要求及负荷特点，体现了环保与经济性。但在开馆以后，发现由于场馆位置座落于江北嘴景观中轴线上，冬季江风倒灌，负一层及一层展厅冷风负荷较大，补充实施了冬季热水机组供热。

3 冰蓄冷系统设计

3.1 系统形式

有关文献指出，冰蓄冷空调系统设备选型及流程设计必须以该系统的设计日（最不利情况）逐时负荷分布为依据。根据重庆市科技馆室内外空调负荷计算参数进行逐时负荷计算结果，本工程最大空调冷负荷为3188kW，人员负荷以及室内设备散热等负荷比重较大，各时段负荷具体分布如图1所示。

图1 空调24h逐时冷负荷

根据本工程冷负荷、应用时段及制冷机房现有面积的实际情况，并考虑初投资的经济性，本方案采用按负荷均衡的部分蓄冷策略，双工况制冷主机和蓄冰装置采用温差可以较大的内融冰上游串联式，乙二醇侧系统供水温度为3.5℃，回水温度为10℃。空调冷水侧送水温度为6℃，回水温度为13℃。典型设计日空调冷负荷由制冷机和蓄冰系统共同承担，非典型设计日通过制冷机和蓄冰系统的调节分配满足冷负荷需求，合理控制系统运行，尽量降低运行费用。

3.2 设备容量计算

3.2.1 双工况冷机

根据设计日供冷负荷QH（kWh）计入站内设计日附加冷负荷等于制冷机组总制冷量（kWh）。

则：（1+k）QH=HC×CC+HDf×CDf+HDg+CDg

式中k—站内设计日附加冷负荷，占QH的%数；

HC—蓄冷装置充冷时间，h；

CC—充冷工况运行的制冷机组容量（制冷能力），kW；

HDf—制冷机组非电力谷段直供冷负荷时间，h；

CDf—制冷机组非电力谷段直供冷工况运行的容量，kW；

HDg—制冷机组电力谷段直供冷负荷时间，h；

CDg—制冷机组电力谷段直供冷工况运行的容量，kW。

制冷机组标定容量：

式中CRC—充冷工况下的制冷机组容量系数；

CRDf—非电力谷段直供冷工况下的制冷机组容量系数；

CRDg—电力谷段直供冷工况下的制冷机组容量系数。

对全蓄冷：HDf=0；

对分量蓄冷且取负荷均衡安排：CDf=CDg

则：NCC=（1+0.1）29011/（10× 0.97+9×0.67）=2028kW

经过系数修正，选用2台双工况制冷机，单台制冷机的标准工况制冷量为1076kW。

3.2.2 蓄冷装置的有效容量

式中TCDf—非电力谷段制冷机组供冷量，kWh；

TCDg—电力谷段制冷机组供冷量，kWh；

TCCD—制冷机组充冷并供冷时制冷量，kWh；

K—充冷并供冷时供冷量与充冷量之比。

则：ESC=9847kWH

选用高灵1190A型蓄冰桶，共15个。

3.3 工作模式

本工程冰蓄冷系统运行模式主要分为制冷机蓄冰、制冷机单独供冷、制冷机联合蓄冰桶供冷以及蓄冰桶供冷四种模式。针对系统工作时不同的负荷使用阶段（100%，60%，30%）采用相对的工作模式，结合重庆市的电价政策，合理利用蓄冰桶和制冷机的供冷能力，以最大的降低系统运行费用。

设计日（100%负荷）负荷分配情况：不同时段的空调冷负荷由制冷机和蓄冰桶分别承担。23：00~07：00夜间的电力低谷时段由双工况制冷机进行蓄冰；制冷主机日间电力高峰阶段满负荷运行供冷，不足部分由冰桶补足，以保证系统合理化运行并尽量减小设备容量。

设计日60%负荷分配情况：在这种负荷状态下，为有效优化蓄冰系统，大部分冷负荷同样需要制冷机承担。在夜间的23：00~07：00电力低谷时段，双工况制冷机用于蓄冰；与100%负荷工况不同的是，由蓄冰桶在日间运行高峰时段期间尽量供冷，其它时段运行冷机供冷。

30%负荷分配情况：这种工况空调冷负荷较小，基本可以通过制冷主机夜间蓄冰日间融冰的方式提供。作为科技馆，基于其空调负荷随参观人员呈现较大周期性变化，是冰蓄冷空调系统体现优越性的主要工况。

表2 蓄冰空调系统全年转移高峰用电量

4 高大空间排烟设计

展馆类建筑空间结构复杂，人员密集，交通组织体系多变，作为建筑消防系统设计的重要组成部分，火灾时排烟系统在做到反应灵敏，迅速排出有毒烟气，有效增加建筑内人员安全疏散的可用时间同时，也要兼顾到造价相对节省，性能可靠。

基于以上因素，宜优先考虑自然排烟方式是广大设计者的共识。在实际设计工作中，由于建筑本身的制约因素，自然排烟往往不能及时排至室外，如何利用大空间建筑的蓄烟能力有效保障室内人员的安全是设计人员普遍遇到的难题。由于国家有关消防规范编制的滞后，大空间自然排烟系统的有效性一般需经过国家权威消防机关论证判定。本工程在高大空间的自然排烟设计方面做出了一些有益尝试，供同业参考借鉴。

（1）科技电影院前厅，展厅四层及其连通的1~4层边庭、自动扶梯上空等围合形成的高大空间，从四层地面至屋面垂直高度最大接近35m，采用屋面设置电动窗自然排烟方式，开窗面积不小于此部分空间地面积的35%。

（2）科技电影院采用机械排烟与自然排烟结合方式，影院内部采用机械排烟方式，烟气排入上述四层高大空间后通过其屋面电动窗自然排出。

（3）附楼多功能厅采用机械排烟方式，火火灾发生后有毒烟气通过机械排烟方式排入多功能厅外厅。外厅为高大空间，由于多功能厅烟气排入，其自然排烟开窗面积不能完全满足计算要求，采用机械排烟与自然排烟结合方式，自然排烟量为计算排烟量（多功能厅与外厅叠加）的65%，其余部分由机械排烟排出。

上述内容均由专业消防设计单位进行了消防论证并出具工程消防论证报告。

5 结语

重庆市科技馆作为大型社会公益项目，早已建成并投入使用，产生了巨大的社会公共影响，其设计也获得了社会广泛的认可。通过该项目的设计实践，笔者认为，暖通专业设计应结合工程的实际情况提倡因地制宜、强调经济适用，运用先进的分析手段，采用适宜的技能技术，避免盲目的追求新技术，才是工程设计的正确途径，以上供同业参考借鉴。

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2]严德隆，张维君.空调蓄冷应用技术[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

Chongqing Science and Technology Museum HAVC Design Characteristics

ZHENG Zhi-bin
（Chongqing Architectural Design institute，Chongqing 400015，China）

Ice-storage Air Conditioning is an air conditioning technology of using low load power makes ice to storage in the ice storage device at night and melts ice to release cold energy during the day.It can reduce air conditioning electricity load and system capacity of the grid during peak hours.Smoke exhaust design in large space building should be based on the characteristics of the building to take a relatively effective way.Combining with the engineering example，this article will describe Ice-storage Air Conditioning technology and Smoke exhaust design in large space building for specific applications.

Ice-storage；smoke exhaust in large space building

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.06.025

TU83

B

2095-3429（2015）06-0092-03

2015-10-12

修回日期：2015-12-28

郑志斌（1971-），男，学士，高级工程师。