摘 要

本工程为南京市郑和航海博物馆通风空调系统设计工程，项目位于江苏省南京市江心洲。南京市郑和航海博物馆共四层，层高6米，建筑功能复杂多样，包括恒温恒湿展区、普通观光展区、恒温恒湿库房、普通库房、电影院、天体馆、商店等。

工程结合南京地区气候特点、建筑功能，勘察调研当地地理环境、资源分布、市政能源供应，综合考量，进行冷热源方案经济性分析对比，选择冷热源方案为江水源热泵。利用Revit和Dest软件建立博物馆的土建模型，利用软件进行建筑全年负荷模拟，典型房间手算验证，得出建筑全年动态负荷，作为冷热源方案设计，空调分区划分、空调系统设计依据。

根据房间功能、防排烟分区合理划分空调系统，一层中庭大厅采用全空气系统，上送侧回，分层送风，一层百叶风口侧送，上层喷射风口喷射送风。电影院天体馆，人员密度大，考虑观众体感舒适度，结合卫生要求采用座椅送风。

本次设计进行了充分的调研分析、模拟论证，选择切实可行得设计方案，提高能源利用效率，降低运行费用，力求符合绿色经济得主流设计趋势。

关键词：负荷模拟 全年动态负荷 水源热泵 气流组织 恒温恒湿 电影院

Abstract

This project is the ventilation and air conditioning system design project of Nanjing Zheng he navigation museum, which is located in Jiangxinzhou, Nanjing city, Jiangsu province. Zheng he navigation museum has four floors with a height of 6 meters. The architectural functions are complex and diverse, including constant temperature and humidity exhibition area, general sightseeing exhibition area, constant temperature and humidity warehouse, general warehouse, cinema, celestial museum, store and so on.

Based on the climatic characteristics and architectural functions of Nanjing region, the project investigated and investigated the local geographical environment, resource distribution and municipal energy supply, comprehensively considered, analyzed and compared the economy of the cold and heat source scheme, and selected the cold and heat source scheme as the river-source heat pump. Using Revit and DeST software to build the civil model of the museum, using the software to simulate the annual load of the building, and verifying the typical rooms by hand, to obtain the annual dynamic load of the building, which can be used as the basis for the design of cold and heat source schemes, air-conditioning zoning and air-conditioning system design.

Air conditioning system is reasonably divided according to room functions and smoke prevention and exhaust zones. The atrium hall on the first floor is equipped with an all-air system, with upper feed side to back, layered air supply, side feed louver air outlet on the first floor, and air injection outlet on the upper floor. The nudist hall of the cinema has a high density of people, considering the comfort of the audience, and combining with the hygiene requirements, seats are used for air supply.

This design has been fully investigated, analyzed and simulated, and the feasible design scheme has been selected to improve energy utilization efficiency and reduce operating costs, striving to meet the mainstream design trend of green economy.

Key words: load simulation Annual dynamic load Water source heat pump Air distribution Constant temperature and humidity The cinema

第一章 设计参数

1.1室外设计参数

本建筑位于江苏省南京市江心洲，属于夏热冬冷地区，夏季需要防热降温，通风除湿，冬季供热防寒，通过查询规范，南京地区室外设计参数如下表所示。

表格 1.1 南京市室外设计参数表

1.2．空调室内设计参数

表格 1.1 空调室内设计参数

第二章 典型房间负荷手算

电影院人员密度大，新风量大，选择电影院手算负荷。电影院位于本建筑三楼东北角，主要围护结构包括外门、内门、外墙、内墙和上下楼板。计算内容包括冷、热负荷以及湿负荷。

2.1. 主要维护结构夏季热工指标

通过查询规范文件，结合博物馆建筑功能要求、南京地区的气候环境特性，选定合适的围护结构类型。主要围护结构选型及其热工指标如下表所示。

表格 2.1 主要围护结构材料表

表2.2 维护结构夏季热工指标

2.2．负荷计算

采用冷负荷系数法手算电影院冷负荷，计算结果如表所示，详细数据见excel附表。

表格 2.3 电影院负荷统计表

2.3．计算依据

2.3.1．冷负荷

表格 2.4 冷负荷计算依据

2.3.2．热负荷

表格 2.5热负荷计算依据

第三章 DeST软件负荷模拟

3.1．室外气象参数动态模拟

利用DeST软件模拟南京地区全年气象信息，包括逐时干球温度、湿球温度、最冷月平均温度、最冷日平均温度等。

表格 3.1

表格 3.2

表格 3.3

表格 3.4

表格 3.5

3.2．日影辐射模拟

图 3.1 日影辐射模型

表格 3.6

3.3．全年负荷模拟

表格 3.7

表格 3.7

表格 3.8

表格 3.9

3.4．建筑全年负荷模拟结果统计

建筑总负荷如下表所示，具体房间负荷见附表。

表格 3.10 负荷计算表

3.5．手算负荷和DeST模拟负荷对比验证

表格 2. 11

如上表所示，手算负荷与DeST模拟负荷偏差相差不大，故负荷模拟数据可靠。

第四章 博物馆Revit土建模型

图 4.1

图 4.2

图 4.3

第五章 冷热源方案对比选择及经济性分析

5.1．冷热源备选方案特点

确定冷热源方案要根据工程所在地能源分布、地质环境以及工程特点，结合当地政府的建筑、能源政策，秉持绿色环保、低能耗的设计理念，因地制宜选择合适的冷热源方案。南京市郑和航海博物馆位于江苏省南京市江心洲建筑体量大，空调区域面积超三万平方米，毗邻长江，江水资源丰富，水质优良。经过调研查询，工程所在地水、电、燃气管网完备，无市政热网。南京地区实行峰谷电价，8：0021：00为峰值，单价为0.5583元;21:00次日8：00为谷值，单价为0.3583元。结合工程特点，综合考量，得出如下四种备选方案：

常规冷水机组在民用建筑空调工程中最为常见，包括压缩式、活塞式、离心式三种，三种冷水机组具体优缺点对比如下表所示。结合工程建筑功能、空调负荷以及冷水机组优缺点和运行特性，郑和航海博物馆冷负荷达到6000Kw.宜选购用离心式冷水机组。

表5.1

溴化锂吸收式冷热水机组的主要特点是节省电能，可以有效利用工业余热、废热，有利于热源的综合利用、降低用电压力。其运行工况稳定，调节范围广，不易受室外气候影响。本工程需要冬季供热，可以考虑使用直燃式溴化锂吸收式冷水机组，直燃式溴化锂吸收式冷水机组既可以作冷源，也可以作为热源，无需另建锅炉房，节省了占地面积，降低了运行能耗，将其作为备选冷热源方案之一。

空调蓄冷其主要特点是充分利用城市“峰谷”电价，“移峰填谷”，极大的降低空调的运行费用，减缓了城市用电压力。降低了冷水机组容量，提高冷水机组的运行效率，提高空调系统的经济性。空调蓄冷按蓄冷介质不同主要分为水蓄冷和冰蓄冷，其主要特点如表所示。

表5.2

中央空调热泵机组，热泵机组冷热两用，既能供冷，又能供热。热泵机组的优势体现在节约能源和环境保护方面，符合绿色建筑的设计理念，近十年发展迅速、应用广泛。热泵机组分为空气源热泵、土壤源热泵和水源热泵三种。

表5.3

郑和航海博物馆位于六朝古都南京，属于夏热冬冷地区，毗邻长江，结合DeST气象模拟结果和地理环境、资源分布，使用水源热泵机组是极富可行性的方案。

5.2．经济性分析

5.2.1．常规冷水机组 锅炉

（1）主机选型

1.冷水机组

根据DeST负荷模拟结果，制冷量,根据《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015 4.2.8条，电动压缩式冷水机组的总装机容量应按计算的空调冷负荷直接选定，不得另作附加。选用三台制冷量为2285KW的格力冷水机组，机组总容量为6855kW，略大于冷负荷，符合规范要求。

表5.4 冷水机组技术参数

表5.5 设计工况

2.锅炉

空调工程总热负荷为3669KW，附加10%的热损，则锅炉热负荷，选用CLHS系列立式常压燃气热水锅炉3台，单台额定功率1300KW，符合规范标准。

表5.6 锅炉机组参数

（2）辅助设备选型

1.冷却塔 冷却塔水量计算

每台制冷机配一台冷却塔，冷却塔选型如下。

表5.7

2.冷冻水泵 集中设置的冷冻水泵台数和流量应与制冷机相对应。

W=393

冷冻水泵的扬程H

蒸发器阻力损失约为 8,5 m；

换热器压降约为 4 m；

水系统管路压降3 m；

过滤器、制动阀压降约为8 m。

根据水泵的扬程个流量，选用IS100-150-315型水泵，三用一备。具体参数如表所示。

表5.8

1. 冷却水泵

冷凝器水流量为491，加10%的富裕量，为540KW。冷凝器侧水压降为85,水泵总扬程约为26选用300ZX550-32型水泵4台，具体参数如下。

表5.9

5.2.2 直燃型溴化锂吸收式冷热水机组

(1)主机 直燃型溴化锂吸收式冷热水机组根据建筑总负荷选定，增加机组本身和水系统的冷热损失，考虑取10%，则机组总容量为6640×110%=7300KW。选用三台LDF-220ES机组，主要参数如下。

表5.10

表5.1 1

(2)冷却塔

表5.1 2

（3）冷冻水泵 水量440×110%=484

表5.1 3

（4）冷却水泵 选用扬子江泵业ISW300-300型水泵

表5.1 4

5.2.3 冰蓄冷机组 锅炉

（1）主机

冰蓄冷系统应根据当地能源政策、建筑物功能特点，及设计日冷负荷曲线、空调系统规模等因素确定。本工程中有恒温恒湿功能房间，在蓄冰时仍需供冷，需要设置直接向空调系统供冷基载主机，选用合适的双工况制冷主机，采用板式换热器换热，向空调系统供冷。综合考量，采用部分蓄冷模式，白天高峰时段采用，融冰提供部分空调负荷。晚间双工况机组运行蓄冰，基载主机持续供冷。

表5.1 5 设计日逐时冷负荷

设计日峰值冷负荷为5502KW,累计总冷负荷为78300KW。经计算，连续运行空调总冷量为50400KW，蓄冷空调总冷量为27900KW，蓄冷时间为南京市谷电时间21：00次日8：00。

制冷机容量

蓄冰装置容量

机组选型如下 格力离心式冷水机组一台 ，两台870KW双工况冷水机组，单价32万元。

表5.1 6

表5.1 7

白天空调工况运行为13小时，蓄冰工况运行11小时。

（2）冷却塔

表5.1 8

表5.1 9

（3）蓄冰槽 选用12台光华创世GC-ICU-706-P蓄冰槽，具体工况参数如下

图 5.1

（4）板式换热器 2台

乙二醇侧进出口温度取4℃/10.5℃，水侧供回水温度取7℃/12℃。平均换热温差约为2.16℃，传热系数K=2000W/（㎡K），则换热器面积 ，选用艾瑞德AB15型板式换热器，单价52000元。

图 5.2

（5）IS100-125-315型水泵三台，两用一备；ISW200-315型水泵四台，三用一备。

表5.20

表5.21

（6）冷却水泵 ISW250-315型水泵两台一用一备 ；IS100-125-315型水泵四台，三用一备。

表5.22

表5.23

（7）锅炉

表5.23

5.2.4 水源热泵机组

（1）主机 根据空调工程冷热总负荷选择合适机组，选用德州亚太水源热泵机组三台，每台制冷量为2450KW,制热量为2570KW,每台32万元，夏季供冷机组满负荷运行，冬季供热双机组运行。

表5.23

（2）冷冻水泵 三用一备

表5.24

（3）冷却水泵 与冷冻水泵选型相同，三用一备

（4）取水泵 取水泵流量根据机组总负荷确定，压损包括沿程阻力损失40kPa、局部阻力损失20KPa，水处理装置压损取50KPa，板式换热器压损45KPa。

H=1.1×（4 2 5 4.5）=17.05m

表5.25

(5)板式换热器 选取单台换热量为2600KW艾瑞德AB30型板式换热器的板式换热器三台，单价为96000元。

5.3 经济性对比分析

根据空调系统的使用年限，选取20年为空调系统运行费用的计算周期。

表5.26

表5.27

根据以上分析结果，确定南京市郑和航海博物馆的冷热源方案为江水源热泵。

第六章 空调系统方案设计

根据房间功能、对温湿度要求不同将建筑分为两类，即恒温恒湿空调和舒适性空调。恒温恒湿展区、恒温恒湿库房为恒温恒湿空调，其余房间为舒适性空调。不同功能房间对室内环境品质要求不同，根据房间大小、功能不同，结合防火防烟分区划分，采取不同的空调方式。舒适性空调区域，大空间建筑如大厅、中庭展区和电影院等采用一次回风全空气系统，送风量大，换气充分，舒适程度高。小空间建筑如办公室、值班室和小商店等冷热负荷小，不单独做空调系统，由临近空调系统接入支管，即可满足要求。恒温恒湿空调区域全部采用一次回风全空气系统。

6.1 空调系统分区

根据建筑功能特点、冷热负荷特性以及作息时间不同，结合建筑图纸机房位置参考设计规范将空调区域分区，设置相应的空调系统。各个楼层空调区域划分结果如下。

图6.1 郑和航海博物馆一层空调系统分区

图 6.2 郑和航海博物馆二层空调系统分区

图 6.3 郑和航海博物馆三层空调系统分区

图 6.4郑和航海博物馆三层空调系统分区

6.2 空气处理过程

（1）夏季空气处理过程

图 6.5

新风、回风混合后经过表冷器冷却减湿处理，到达露点温度，选定送风温差，再热器再热至送风状态点O点，送入室内。

（2）冬季空气处理过程

图 6.6

冬季工况热湿处理采用绝热加湿，新风回风混合后，经喷水绝热加湿至机器露点L点，加热器再热至送风点O点，送入室内。

6.3 气流组织形式

（1）办公室、值班室、小商店和休息室，等小房间采用散流器上送风，空调回风上回风。

（2）展厅、库房、观光厅等，吊顶高度高于5m，采用涡流风口上送风，单层百叶风口上回风。

（3）电影院、天体馆等采用下送侧回的气流组织形式，座椅下送风。侧墙、后墙设置百叶风口集中回风。

（4）中庭展区采用分层送风，上部采用喷口侧送风，下部采用百叶风口侧送风，空调回风下回风。

6.4 确定空调分区热湿处理方案及系统风量

6.4.1 典型分区热湿处理方案

1）KF1-1

表格 6.1

夏季处理过程

图 6.7

1. 确定室内热湿比线

式中 q－除湿负荷；

r－水的汽化潜热，取标准大气压下r，2257.2

（2）根据送风温差和热湿比线确定送风状态点O点。

（3）计算送风量

（4）确定新风量

新风比取15%，

2）KF2-6

表格 6.2

夏季处理过程

图 6.8

（1）确定室内热湿比线

1. 根据送风温差和热湿比线确定送风状态点O点。

O点参数如下：干球温度18.0℃

湿球温度16.6℃

相对湿度87.3%

焓值47.0KJ/kg

含湿量11.4g/kg

1. 计算送风量

N点参数如下：焓值58.8 KJ/kg

含湿量12.8g/kg

=33312

1. 计算新风量

查询资料，电影院人均最小新风量为30。

冬季处理过程

图 6.9

各状态点参数如下：

表6.3

1. 计算送风量

送风量和夏季相同

1. 送风温差
2. 焓差

（4）计算新风量

查询资料，电影院人均最小新风量为30。

6.4.2 空调系统空气处理方案及其风量

表5.6.3 各分区空调系统方案及其风量

第七章 空调机组及空调末端选型

7.1空调机组选型

（1）组合式空气处理机组

主要功能段：新回风混合段、过滤段、表冷段、回风段、喷淋段、风机段。选用ZK系列组合式空调机组，主要参数如下图所示。

图 7.1

（2）空调机组选型

表格 7.1

7.2 空调末端系统选型

1. 旋流风口

标准层空调房间建筑高度为6m，通过查询标准、文献，结合气流组织模拟，选用旋流风口，风口流速选为4.5m/s，具体型号尺寸如下表所示。

表格 7.2

1. 射流风口

高大空间如中庭、上空展区空调送风，为满足人员舒适度及卫生要求，对风速、空调末端有着特殊的要求，本工程中采用球形射流风口，风口风速约为5m/s。

表格 7.3

1. 单层百叶分口

空调系统回风末端采用单层百叶风口，内置过滤网，风量大，结构简单。

表格 7.4

第八章 空调风系统设计

在本工程空调风系统采用低压系统，风管材质为0.5mm矩形镀锌钢板，根据空调系统分区，参考规范标准，设置独立送回风系统。

8.1典型空调系统风系统管路设计

一楼恒温恒湿库房KF1-3送风系统管路设计，如下图所示

图 8.1 恒温恒湿库房KF1-3送风系统管路设计图

8.2 风管管件选型

结合空调系统设计，查询规范标准，尽量降低系统阻力，管件选型如下表所示。

表格 8.1 风管管件选型表

8.3 水力计算

此次设计工程风管水力计算采用假定流速法计算。主要包括如下步骤。

1. 根据管路设计图，划分管段，确定管件，测定管长，具体设计图纸参见上节以及附图；
2. 根据规范预选合适的流速，选定流速如下表所示；
3. 根据总风量和设计图纸确定管段风量，结合推荐流速确定矩形风管尺寸；
4. 利用天正暖通进行风管水力计算；
5. 根据水力计算结果，选取合适风机。

表格 8.2 推荐流速表

备注： 表中数据参见《公共建筑节能设计标准》，GB50189-2015

8.4 最不利管路水力计算

以一楼恒温恒湿空调送风系统为例，如上文图8.1所示，最不利管路为：0-1-2-3-4-5-6-7-8-9。

式中：－－风管沿程阻力损失，/m；

－－风管局部阻力系数。

各管段阻力损失计算明细如下表所示

表格 8.3 一楼恒温恒湿库房即KF1-3送风系统最不利管路水力计算

其他管段水力计算参见附表。

第九章 空调水系统设计

经过调研论证，确定本工程空调水系统采用两管制异程闭式系统，冷媒供回水温度为7℃/12℃，热媒供回水温度为55℃/45℃，系统采用一次泵，冷热源侧定流量，末端变流量系统。

9.1 水系统管路设计

结合建筑图纸以及各空调房间功能、空调机房位置，设计采用两根供水立管，两根回水立管，冷凝水排入卫生管道内，立管设于图纸预留管井内，水平水管沿走廊布置接入空调机房内，管道布置如下图所示。

图 9.1 水系统管道布置图

9.2 水力计算

水系统水力计算包括如下几个步骤

（1）计算各管段水量

（2）选取流速，流速根据推荐经济流速选取，参见下表

表格 9.1 推荐经济流速表

备注： 表格选自《实用供热空调设计手册》

（3）计算水系统各管段阻力，推荐比摩阻为100~300/m。

。

9.3 空调水系统最不利管路水力计算

本工程空调水系统最不利环路为0-1-2-3-4-5-6，如图所示。

图 9.2 水系统最不利环路

将公式9-2简化，局部阻力取沿程阻力的50%，则公式简化为

各管段详细计算数据如下表所示

表格 9.3

将各个管段阻力损失依次相加得，水系统最不利环路阻力损失为120K。其他管路水力计算参见附表。

第十章 管道防腐保温

10.1 管道防腐

本工程中风管防腐采用防腐涂料，涂料类型、使用方式如下表所示。

表格 10.1 风管防腐材料表

备注： 表中信息参考《实用供热空调设计手册》，P1327.

10.2 管道保冷

为节约能源、提高经济效益，在本工程中对送风管道、冷供水管、设备进行保冷处理，可以有减少冷量损失。

通过查询规范标准、文献，结合工程特点采用聚苯乙烯泡塑制品作为保温材料。保温材料厚度根据《实用供热空调设计手册》选择经济绝热厚度，如下表所示。

表格 10.2 经济绝热厚度选取表

参考文献

【1】陆耀庆，实用供热空调设计手册，中国建筑工业出版社， 2007

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