【摘 要】

分析了场馆内空气与水体之间热传递的途径，介绍了该类建筑冷热负荷统计方法,通过对成都极地海洋世界暖通空调设计的介绍，为该类建筑暖通空调系统设计提供参考。

【工程概况】

成都极地海洋世界项目位于成都市天府新区，西邻人民南路南延线。本工程拟建设成为一个以极地、热带海洋动物参观、表演等为主题，兼具知识科普的趣味公园。工程总建筑面积约95000m2，其中地下建筑面积约13000m2

（主要为设备用房），地上建筑面积约82000 m2。地上建筑规划为：1 区热带海洋动物展示区、2区极地海洋动物展示区、3 区表演主场馆、4 区水上公园、5 区板道大街、6 区城市商业街、7 区办公楼建筑等。公园1 区热带海洋动物展示区设有海龟馆、鲨鱼珊瑚馆、海啸馆及售票馆；2 区极地海洋动物展示区设有海豚馆、北极熊馆、海象馆、企鹅馆等；3 区主表演馆平面直径80米，为圆形单层（主体）高空间建筑。本工程所有单体均为多层建筑。

1 设计参数

1.1 室外空气设计参数（详见表1）

2 冷热负荷及冷热源

2.1 冷热负荷统计

2.1. 1 冷热负荷组成

本工程布置分散、面积较小的单体建筑考虑分散空调，采用多联机组制冷制热，企鹅馆动物生活区域采用低温空调，其余建筑采用中央空调。

本工程集中冷热负荷包括中央空调所需制冷制热量和维生系统【为维持极地及热带水生动物水体环境（包括水体含盐量、含氧量、水温等要求），对水体所做的系列循环处理过程】所需冷、热量。参观区域（包括人与动物共处区域）中央空调可按照舒适性空调的要求统计负荷。部分水体动物要求水池温度相对恒定，不能有太大的温度波动，为维持水温，需要消耗一定的冷热量，该负荷即为维生系统冷、热负荷。考虑水池换热模式与恒温游泳池相同，设计参照恒温游泳池设计方法统计，主要包括水面传导热量、水面蒸发热量、池壁传热负荷及补水负荷等。

事实上，场馆内空气和水体直接接触，相互有热、质（水蒸气蒸发）交换，在分别统计空调冷热负荷、维生系统冷热负荷时，应考虑其对负荷的影响。比如:夏季热带馆水体温度高于空气温度，水体通过亚克力玻璃向空气散热造成热带馆夏季空调冷负荷及水体热负荷同时增加;对于热带馆内开敞水体，进入空气中的水蒸气还将增加舒适性空调的湿负荷。冬季，上叙传热方式在增加维生系统热负荷的同时，却可减小空调热负荷。因此本工程空调、维生系统冷热负荷单项统计时，应考虑以上传热影响，并据此进行空调设备和维生系统换热设备配置。但在总冷热负荷统计时，则应该扣除空气和水体之间的冷热量重复计算部分。

2.1.2 空调负荷

中央空调区域负荷统计，详见表4。此表格冷、热负荷全部归入1#机房。

2.1.3 水体负荷统计

水池初次注水所需冷热负荷，详见表5。此表格冷负荷归入1#机房，热负荷计入2#机房

水池日常所需冷热负荷，详见表6

2.1.4 VRV空调区域负荷统计

2.2 冷热源

根据场地和功能情况，本工程设置两个机房，其中1#机房布置在主表演馆旁边，负责向主表演馆、海豚馆、海龟馆、鲨鱼和珊瑚馆提供空调及维生系统水体冷负荷。根据负荷计算，1#机房内总制冷量不超过3680kW。1#机房内热水机组除提供以上场馆空调热负荷外，同时提供主表演馆、海豚馆的维生系统水体热负荷，设计总制热最不超过2650kW。

热带馆(鲨鱼、珊瑚馆等)水体由2#机房内生系统水体冷负荷。总制热量按照1850kW考虑，机房设备配置详见表8。

3 空调水系统及维生系统水体温度控制系统设计

3.1 空调水系统

1#制冷、制热站负责主表演馆、海豚馆、海龟馆、鲨鱼和珊瑚馆空调负荷。空调水系统采用二级泵变流量系统；一级冷、 热水泵分开设置，并与冷、热水机组分别一一对应，定流量运行。二级泵根据各场馆需求冷、热水量及各回路管网阻力分别配置，变流量运行。空调末端管路为两管制异程式水系统，采用自力式压差平衡阀调节各回路阻力，室外管道通过地沟直埋接至各场馆。空调末端组合式空调器及吊顶式空调器设置比例积分调节阀，通过回风温度控制冷、热水供水量。风机盘管采用电动二通阀配合温控器控制。

3.2 维生系统水 体温度控制

本工程维生系统由专业公司设计，但水体温度控制所需冷、热量由本专业提供。维生系统水体循环管上设置旁通回路，该回路上设置钛合金板式换热器。在水体需要制冷或加热时，开启旁通回路，冷热水机房提供的-次侧冷、热水通过板式换热器向维生系统水体循环提供所需制冷、加热负荷。本专业负责提供板换一次侧冷热管网设计。

主表演馆、海豚馆、海龟馆水体冷、热负荷均由1#机房，由于同一个场馆内不同水体可能有不同的温度控制要求，故提供采用四管制水系统。水系统一次侧（板换冷热水主机侧）根据各场馆水体冷、热负荷及各回路管网阻力分别配置冷、热水泵，冷热水进出水管均接至板式换热器，在板换入口处电动阀切换。具体控制要求为：水体需要加热（制冷）时，板换二次侧（维生系统侧）旁通管路打开；水系统一次侧板式换热器入口热水(冷水)管上电动阀开启，冷水(热水)管上电动阀保持关闭；冷热水机房水系统二级热水（冷水）泵启动，向水体供热（冷）。水体温度达到要求后，二级热水泵（冷水泵）停止运行，板换一次侧热（冷）水管上电动阀关闭，同时关闭维生系统管网（板换二次侧）上的旁通阀。

鲨鱼和珊瑚馆水体仅需要制热，其热量由2#机房提供。2#机房热水管网系统采用一级泵变流量系统，维生系统与热水管网设置及控制方式同上。

4 空调送风与气流组织

4.1 中央空调区域

主表演馆采用一次回风全空气空调系统。入口大厅及参观区域设两个空调系统，每个空调系统均采用风量为25000m3/h的组合式空调器。入口大厅为高大空间，采用球型喷口侧送风。

主表演馆门厅到表演大厅之间的走廊区域设置一套全空气系统，该系统空调送风量为20000m3/h，采用散流器风口顶棚送风。

表演大厅为高大空间，屋面网架下沿最高处距离表演池水面约25米，设计采用分层空调:在表演大厅观众席和表演池后侧设置空调机房，观众厅后侧机房内设置4台组合式空调器，表演池后侧机房内设置两台组合式空调器，单台送风量均为25000 m/h。采用球型喷口送风，通过观众席位下方或空调机房侧墙单层百叶风口回风。表演大厅屋顶设置排风机。

4.2 特殊低温空调区域

企鹅馆内分为参观区域和企鹅展示区域，其间采用55mm厚亚克力玻璃分隔。参观区域按照舒适性空调的要求设置VRV分体空调，单独设置新风系统。企鹅馆另设- -套低温直接蒸发是冷水机组，企鹅区域设置冷风机直接蒸发供冷(该内容由专业公司设计)。

本工程设计的北极熊馆为笼舍加室外活动区域形式，根据甲方要求笼舍区域采用单冷式分体空调控制温度。

4.3 VRV空调区域

本工程场地内相对分散的场馆如:售票馆、海兽馆等均采用变制冷剂流量( VRV)分体空调系统，室外机结合建筑外立面设置，室内采用四面出风型卡式盘管，单独设置新风系统。

4.4 防结露措施

在主表演馆入口处参观区，白鲸养池等水池内水温设计为15C， 比参观区域空气侧温度低，设计验算了参观橱窗处亚克力玻璃（传热系数0.18W/m·K）外侧结露可能性。经计算，夏季亚克力玻璃外表面温度实际不低于24℃。根据室内空调设计参数，参观区域空气状态点（温度为26℃，相对湿度60%）对应的露点温度为18.5℃，因此，夏季亚克力外表面实际没有结露的风险。本设计未对参观区域亚克力玻璃采取特殊的防结露措施。

企鹅馆内企鹅区域水体温度为3℃,空气温度为-3℃。根据计算，参观区域侧亚克力玻璃表面温度不低于21℃，略高于室内空气露点温度（温度为26℃，相对湿度60%，对应露点温度18.5℃）。鉴于亚克力玻璃表面有结露起雾的风险，设计在玻璃外侧设空气幕干扰空气中水蒸气凝结。

5 通风系统

本工程主表演大厅屋面网架上设置4台屋顶风机，结合表演馆空调系统新风需求运行开启多台排风机，平时排风量略小于新风量，过渡季节全新风运行时，屋面排风机全部运行。

其他设备用房（制冷站、制热机房、维生系统机房、配电及柴油发电机房等）均按照不同换气次数设置通风系统。

6 防、排烟系统

本工程仅主表演馆内设有防烟楼梯，本专业对该楼梯设置加压送风系统。

表演大厅为高大空间，发生火灾后烟气聚集在网架下方，四周的外窗并不利于排烟，故设置机械排烟系统。排烟量按照4次小时换气次数确定(屋顶4台排风机兼排烟功能)，总排烟量为108000m/h;排烟时通过外窗补风。

7 总结

本工程于2010年7月验收并投入运行，从效果来看，室内空气温度、水体温度均达到设计要求，系统运行平稳。 由于本工程的特殊性，场馆内空气和水池水体之间有热、质交换，空调和水体冷热负荷计 算时应考虑其影响，并据此配置空调及水体换热设备。但在总冷热负荷统计时，则应该扣除空气和水体之间的冷热量重复计算部分。 冷、热水机组配置时，应根据系统初运行时水体加热(或冷却)时间限制核算容量，水体初次加热（冷却）时间不宜过长。本工程设计除主表演馆（初次制冷或加热水体时间为72小时）外，其余场馆对水体降温或加热的时间均不大于36小时。 亚克力玻璃传热系数较小(0.18W/m·K)。通过计算，主表演馆参观区域亚克力玻璃侧无需设置防结露起雾措施。企鹅馆亚克力玻璃空气侧有结露起雾风险，采用置空气幕吹风干扰，实际也是可行的。使用证明，只有在下雨天空气湿度较大时才需要启动空气幕，平时玻璃表面无起雾现象。 场馆内的空调系统制冷时将产生余热，若将该余热进行回收，并用于热带馆水体加热，将有良好的节能潜力。本工程设计时，由于相关条件制约没有采取对该余热的回收措施，有些遗憾。

作者：邹秋生 周伟军 陈舒婷

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