湖北省图书馆新馆 案例赏析| 湖北省图书馆新馆暖通空调系统设计

遇见不同的自己

一、项目概述

湖北省新图书馆位于武昌区胡莎湖余家湖村，北靠胡莎湖南岸，南临巩峥路。地下二层，地上八层，总建筑面积100523m2，其中地上79699 m2，地下20824 m2，建筑高度41.4m，阅读座位6279个，设计书籍1000万册，日均接待读者10万余人。

图1湖北省新图书馆鸟瞰图

该项目是湖北省“十一五”期间文化建设的重点项目。按照“中西部领先现代图书馆乃至全国一流现代图书馆”的要求建设，成为集学习、阅读、信息交流、文化休闲功能于一体，信息化、网络化、智能化、安全环保、时代风格鲜明、文化底蕴深厚的现代图书馆。

二、工程设计的特点

本工程/[/k0/】采用地源热泵和冰蓄冷联合系统作为冷热源，夏季采用封闭式冷却塔作为辅助除热系统。空调节端采用全空大温差低温空气系统；空冷却水采用8℃的大温差系统，空冷却水温差5℃，空冷却水等于热水流量，与空冷、热负荷一致。

三.空冷热源系统

3.1冷热源系统概述

夏季空，设计峰值冷负荷为8050kW，冬季空，设计峰值热负荷为4600kW。地下室冷冻间有4台三工况螺杆地源热泵机组和1台全热回收功能螺杆高温地源热泵机组。热泵机组的性能参数如表1和表2所示。由于本工程冷热不平衡明显，为了保证热泵机组在非设计工况下的制冷效率，设计中适当提高了热泵机组冷凝器的进出口水温。

表1三种工况下螺杆地源热泵机组性能表

表2全热回收地源热泵机组性能表

冰蓄冷装置选用9个未完全冻结的金属冰蓄冷盘管，单位冰蓄冷容量为920RTh，总冰蓄冷容量为8280 RTh(29120kWh)。

辅助冷却设备采用两台闭式冷却塔，每台冷却塔散热量为2050kW，进出水分别为37℃和32.5℃，盘管压降为69.3KPa，每台冷却塔通风量为331920m3/h，风机功率为30kW，喷淋泵为11kW。

3.2埋地管道系统

地源热泵地埋管采用垂直钻孔和工程桩埋管相结合的方式。

工程桩为泥浆护壁钻孔灌注桩，直径800毫米，平均有效桩深19米，共208根桩。桩内埋管呈W型，每两根桩串联成回路。

垂直钻孔埋管为双U形，有效深度为106米，钻孔间距为5米×5米，孔径为150毫米。设计钻孔总数为848个，其中东区238个，南区212个，西区182个，北区216个。

3.3埋管换热器埋管长度的计算

地源热泵系统地埋管换热器根据《地源热泵系统工程技术规范》附录B及自制计算软件进行计算，并用专业软件进行模拟验证。

土壤换热器热阻由水与U型管内壁对流热阻、U型管壁热阻、回填材料热阻、短期脉冲载荷附加热阻和地层热阻组成，其中前四个热阻为“基本热阻”，在一定钻井参数和一定运行时间下为固定值。地层热阻应考虑钻孔之间的相互干扰，这与埋管矩阵(钻孔规模)和地源热泵系统的动态运行负荷及计算时间有关。计算出的基础热阻、地层热阻、钻孔总热阻及相应的计算埋管长度见表3和表4。

表3基本热阻(平均水温:冬季9℃，夏季37℃)

表4地层热阻、总热阻和埋管长度计算表

考虑到热泵机组的实际运行情况和循环水泵的制热等有利因素，确定地埋管换热器总吸热能力为3680kW，地埋管换热器室外总孔数为848孔；垂直埋管群井布置在室外绿地和道路下方，类型为双U型管，采用De25规格的高密度聚乙烯管网，设计有效深度106米，总钻孔深度89888米；总共消耗了359公里的De25管道和131公里的De32管道。

3.4土壤热平衡分析

空年逐时负荷用DEST软件模拟计算。全年总冷负荷为526，9975千瓦时(6月1日至9月30日)，总热负荷为197，9747千瓦时(12月1日至3月15日)。不平衡现象明显。夏季采用封闭式冷却塔作为辅助冷却设备。

采用冰盘管蓄冷和冷却塔优先供冷的控制方式，对夏季供冷系统运行进行逐时模拟运行分析，系统部分散热量(万千瓦小时)见表5。

表5制冷系统年总散热计划表

模拟结果表明，空调节系统夏季通过埋管系统向大地的总散热量为159万千瓦时，冬季从土壤中吸收的总热量为158.4万千瓦时，不平衡率在10%以内，可以保证土壤和土壤全年的热平衡。

模拟计算中冷却塔机组的制冷量为3550千瓦。考虑到冷却塔的容量应与制冷机组数量相匹配，冷却塔的总设计制冷量为4100kW，完全可以满足两台热泵机组的制冷需求。

四.空调整系统表

空空调系统主要采用全空空气低温送风系统。本工程室内设计露点温度为14.6℃，送风温度为10℃。设计中分析了三种低温送风口的性能:

(1)气流包裹:通过合理的开口设计，整个风口完全被干燥的低温送风包裹，使室内空空气不接触风口表面，防止结露；典型代表是“VDW-LT防结露风口”，其测试报告显示，送风温度为6℃(室内露点温度为20.4℃)时，无法保证不结露。

(2)气流阻挡:由于风口内部已经被低温冷风气流完全包裹，不会发生冷凝，所以在风口外表面用特殊材料设置一层“防冷凝”罩，增加风口表面的热阻，达到防冷凝的目的。典型代表是“ND风口”，测试报告显示送风温度不低于10℃(室内相对湿度65%)时，可以保证不结露。

(3)气流诱导:在风口内部设置射流芯，低温气流通过射流芯周围的小喷嘴高速喷射，在混合室内诱导出大量的高温空空气，使送风温度在离开风口十几厘米后达到室内露点温度以上，从而防止风口表面结露。这种类型风口最大的优点是可以适应较低的送风温度(4℃左右)，缺点是风口阻力较大，超过10。典型代表有“热芯高诱导低温风口”和“吊顶式低温诱导风口”。

本工程采用“气流包”的“低温防结露风口”。

动词 （verb的缩写）设计体验

该工程于2010年完成全部施工图设计，2012年开工，多年来运行正常，效果良好。

阅览室对噪音标准要求很高。空调节系统的回风管除了采取有效的降噪技术措施外，还采用了降噪性能更好的“玻璃纤维复合风管”，有利于消除空调节集中回风管的噪声。但由于这种风管强度较低，在施工和长期运行过程中容易损坏和泄漏，在设计中应予以注意。

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