国家大剧院暖通空调的设计方案

国家大剧院暖通空调的设计方案

时间：2008-5-5 0:00 来源：互联网发布评论

国家大剧院工程位于长安街人民大会堂西侧（见图1），采用的是法国著名建筑师安德鲁的设计方案，由法国ADP公司和SETIC公司分别完成建筑和结构、机电初步设计，北京市建筑设计研究院完成施工图设计。

剧院部分建筑面积约为15万平方米，地下车库面积约4.5万平方米。

中区包括三大建筑实体：歌剧院（O区）、戏剧场（T区）、音乐厅(C区)，均处于钛合金和玻璃的圆形壳体之下, 剧场之间为共用的公共大厅，地下设有设备机房及各剧院的技术用房等。中区圆形建筑周围环绕着人工湖，观众通过人工湖下的通道进入公共大厅。圆形建筑和人工湖之间－12.00m标高处设置了室外消防通道（F区），通道上设有标高为－3.08 m和－7.00 m两层的人员疏散天桥。

北区（N区）人工湖下为主要水下入口通廊、商店及汽车库。

南区人工湖下S1-S3区为南入口水下通廊、多功能厅、职工餐厅等。热力和制冷机房设在地下S4区，地下S5区设有总排风排烟机房和废气烟气总出口。

一冷热源及空调水系统

1.1 概况

空调水系统如图2和图3。

国家大剧院冷热源用量和设备选择如下：

由于内区办公等风机盘管系统需全年供冷，冷却塔冬季使用，所以在制冷机房内设置冷却水集水箱，集中补水，以防止冬季市政水及塔底集水盘内存水冻结，室外管道采取电伴热措施。

冬季使用冷却塔制冷, 采用与冷水机组并联的板式换热器及2台冷却水循环泵（1备1用）供应冷源水，可节省制冷电能。

空调采暖冷热水为四管制系统, 变流量运行；冷热水各设3个二级泵系统，分别为风机盘管系统、空气处理机组系统、辐射地板系统。其中风机盘管空调冷水系统全年使用，风机盘管（包括少量散热器）热水系统和热辐射地板系统冬季全天运行，以保证冬季夜间值班采暖的需要。冷热辐射地板系统分别需要大约18/21℃冷水和45/35℃的热水，设置三通水温调节阀，使7℃冷水和60℃热水分别与各系统回水混合调节到需要的冷水和热水水温。

空调冷热水系统分别采用闭式气压罐定压，各设置补水调节水箱和2台补水泵（其中各有一台备用），补水泵受系统压力控制启停，当水系统受热膨胀后，压力高于停泵压力时，膨胀管道上的电磁阀打开，使膨胀水量回收到补水箱。

1.2 冬季冷却塔制冷分析

1.2.1冷却水和室外空气的热量交换

水在冷却塔内的冷却主要是蒸发散热和传导散热，冷却水的温降如下式：

Δt=(QZ+QX)/G

=(W.γ+ QX )/G

式中：QZ —水蒸发带走的热量

QX—空气与水通过传导方式的显热交换热量

W —水的蒸发量

γ—水蒸发时吸收的汽化潜热

G —冷却水流量

当冷却塔出水温度与空气湿球温度接近，即冷幅很小时，水在冷却塔内的冷却降温主要靠水蒸发时吸收汽化潜热QZ，水和空气的显热交换量QX可忽略不计。

按照夏季水温和气温条件设计制造的冷却塔温降Δt＝5℃，如流量不变，冬季随着气温的降低，水分子的运动动能减小，分子扩散能力降低，即水蒸发量W减少，带走的热量QZ将有所减少，如想获得与夏季相同的冷却量和水温降，就必须加大空气和出水的温差，靠显热交换获得冷却量QX。

图4为美国某冷却塔在流量不变的情况下随室外湿球温度变化的冷却特性。从图中可看出，当室外湿球温度为24℃时，冷却塔出水温度如要达到27.5℃（冷幅3.5℃），可达到标准的5℃温降，进水温度为32.5℃。

冬季当室外湿球温度达到1℃（干球约5℃）时，蒸发传热QZ减少；如流量不变且仍要求水5℃温降，则冷却塔出水温度达12.5℃（冷幅为11.5℃），进水温度为17.5℃，15℃的平均水温与5℃的室外干球温度有约10℃的温差传热QX，总冷却热量不变，但12.5/17.5℃的水温作为冷源水，温度显然偏高。

冬季当室外湿球温度达到1℃时，如想获得低温的冷源水，水温降只能是2℃左右，出水温度约为7.2℃，可作为冷源水使用；这时温差传热很小，蒸发传热和总传热量都减小。但大剧院工程内区风机盘管所需冷量恰好与冷却水流量不变时一个冷却塔2℃温降时的冷

却量基本吻合，所以仍采用夏季使用的冷却水循环泵作为冷源水循环泵，2台泵和2台塔各一备一用。

当冬季气温更低而要求的冷源水温度不变时，就主要靠温差传热了。为防冻采用管道电伴热措施使水温不低于5℃。

1.2.2冬季内区供冷和空调冷水温度

即使采用7.2/9.2℃的冷却水作为冷源，通过板式换热器，也只能交换出约9/14℃的空调冷水，与夏季要求的7/12℃冷水有差距；是否在室外干湿球温度更低时才能使用冷却水作为冷源水，或内区风机盘管要按照9/14℃水温加大选型呢？这就需要分析全年供冷的内区夏季和冬季的状况。

图5右边为夏季风机盘管送风状态点SX与处理后的新风FX点（假设新风处理到房间的等焓状态）混合至OX点送入室内。由于室内NX点温湿度设定值较冬季高（例如25℃、60％），风机盘管出风状态点SX温度也较冬季高（约为15℃），与7℃的冷水进水（tw1）的温度差达到8℃。

冬季状况见图5左。人员灯光等全热负荷冬季与夏季相等，由于内区需在冬季送冷，温湿度设定值定得偏低反而费能，这和外区供热的情况正好相反；但冬季由于人员衣着热阻较高，室温设定值又必须比夏季低（比如将冬季室内状态定为21℃、55％）。如果新风能够直接处理到室内状态点Nd，风机盘管出风状态即为Sd，其温度约为11℃，与7℃的冷水进水（tw1）温差为4℃；如按夏季工况选用风机盘管，由于风、水温度差减小，传热量减小，被处理的空气湿球温度也比夏季低，去湿和冷却能力都降低，在风量一定时理论上冬季是满足不了冷量需要的。如果冷水温度提高到9/14℃（tw1’/ tw2’），风机盘管出风状态Sd 与冷水进水温差只有2℃，超过暖通规范规定的数值，更是难以达到的。