連云港薔薇湖生態(tài)保護(hù)區(qū)展覽溫室暖通設(shè)計.pdf

連云港薔薇湖生態(tài)保護(hù)區(qū)展覽溫室暖通設(shè)計 上?？睖y設(shè)計研究院有限公司 繆智昕 龔 波 摘 要 簡要介紹了連云港薔薇湖生態(tài)保護(hù)區(qū)展覽溫室項目的工程概況 闡述了該項目空調(diào)冷熱源系統(tǒng) 水系統(tǒng) 風(fēng) 系統(tǒng)等設(shè)計方案 針對該項目設(shè)計過程中遇到的實際問題采取了合理的應(yīng)對措施 分析了該工程空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的創(chuàng) 新點 關(guān)鍵詞 展覽溫室 高大空間 空調(diào)系統(tǒng) 氣流組織 AirConditg iExhibton GrehusofLianyg LakeQingwihu Ecolgia Resrv Miao Zhixin and Gong Bo Abstract This paper briefly introduces the general situation of the exhibition greenhouse project in Lianyungang rose lake ecological protection zone and expounds the air conditioning cold and heat source system water system wind system and other design schemes of the project In view of the practical problems encountered in the design process of the project reasonable countermeasures are taken The innovation of air conditioning system design is analyzed Keywords Exhibition Greenhouse Natural Ventilation Numerical simulation Porous media Window area 0 引言 該展覽溫室為江蘇連云港薔薇湖生態(tài)保護(hù)區(qū)展 覽溫室 展館以花卉有機栽培 溫室控制 科普活動 為特色 是以種植熱帶植物和花卉為主的展館 位于 東經(jīng)118 24 北緯33 59 溫室建筑外觀由三個充滿未 來色彩的巨大蜂巢式穹頂半球建筑相扣而成 溫室面 積為5225 6 m2 溫室左側(cè)圓頂?shù)孛姘霃綖?0 m 高22 m 中間圓頂?shù)孛姘霃綖?0 m 高16 m 右側(cè)圓頂?shù)?面半徑為22 m 高 19 m 中間圓頂?shù)孛鎴A心與左側(cè) 圓頂?shù)孛鎴A心相距37 992 m 兩圓心連線與正南方向 夾角為25 18 右側(cè)圓頂?shù)孛鎴A心與中間圓頂?shù)孛鎴A心 相距34 61 m 與正南方向夾角為87 97 展覽溫室見 圖1 溫室展館引進(jìn)國際最為先進(jìn)的雙層圓球網(wǎng)殼的 輕型材料ETFE制成 與水立方一樣 ETFE膜厚度 0 25 mm 空氣間層50 mm 1 展覽溫室設(shè)計 1 1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 夏季室外設(shè)計參數(shù)為 空調(diào)計算干球溫度 32 7 濕球溫度27 8 通風(fēng)計算干球溫度 29 1 冬季 連云港市極端最低溫度為 13 8 空調(diào)計算干球溫度 6 4 采暖計算干球溫度為 4 2 由于熱帶植物對環(huán)境溫度要求較高 短時間 的低溫將影響熱帶植物的生長 甚至使某些熱帶植 物遭受滅頂之災(zāi) 因此 選用室外計算溫度時 應(yīng) 考慮這一特殊要求 采暖計算干球溫度為歷年平均 不保證5天的日平均溫度 空調(diào)計算干球溫度為歷年 平均不保證一天的日平均溫度 采用這兩種計算溫 度得到的熱負(fù)荷結(jié)果偏小 難以滿足溫室內(nèi)溫度的 可靠性要求 因此選用連云港市極端最低溫度作為 冬季供暖計算溫度 展覽溫室是以展示植物為中心的 并給觀賞者 以暫時的舒適環(huán)境 因此 溫室空調(diào)系統(tǒng)的主要任 務(wù)就是在為展示植物提供必需的生存 生長環(huán)境的 同時 也要為觀賞者營造較為舒適的環(huán)境 植物的 生長發(fā)育要受到光 日照 照明 溫度 濕度 氣流和土壤環(huán)境等條件的影響 陽光對于植物而言 是最重要的因素 為了讓溫室植物得到足夠的陽光 溫室結(jié)構(gòu)必須全部采用透光性好的玻璃 如此 室 內(nèi)環(huán)境很容易受到室外環(huán)境的干擾 給空調(diào)系統(tǒng)設(shè) 計帶來較大的難度 熱帶雨林一般生存在高溫 高 濕的熱帶 亞熱帶地區(qū) 其生長的適宜溫度為25 左右 濕度為80 左右 為了節(jié)能 夏季一般將溫 室內(nèi)溫度控制在35 以下 1 這樣的環(huán)境對于觀賞 者是毫無舒適可言 因此 在道路 休息區(qū)等人員 2020年9月 潔凈與空調(diào)技術(shù)CC AC 第3期 圖1 溫室鳥瞰圖 繆智昕 男 1990年4月生 碩士研究生 工程師 200434 上海市臨新路65弄 15026671807 E mail znmiaozhixin 收稿日期 2020 06 06 滯留的空間應(yīng)進(jìn)行局部降溫 以形成局部涼爽的舒適 空間 冬季 室內(nèi)溫度最低在15 以上 觀賞者一般 可以通過衣服來調(diào)節(jié)溫度 氣流會影響植物的呼吸作 用和蒸騰作用 也會影響溫室內(nèi)的溫 濕度的均勻 性 在整個溫室內(nèi) 氣流流速保持在0 5 m s左右是最 佳的 因為適當(dāng)?shù)臍饬骺梢源龠M(jìn)植物的呼吸作用和蒸 騰作用 需要注意的是熱風(fēng)或冷風(fēng)不能直接吹在植物 上 因為溫差大的氣流將引起植物的生理障礙 并且 超過0 5 m s的風(fēng)速還會給植物造成物理障礙 氣流流 場較差易影響一些植物的蒸騰作用 造成植物根部過 于濕熱而腐爛 當(dāng)然 適當(dāng)?shù)臍饬饕矔谷烁杏X涼 爽 因此 在進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時 本著節(jié)能的原則 首先應(yīng)考慮熱帶雨林對溫室環(huán)境的要求 再考慮人的 舒適性問題 綜合植物生長要求 節(jié)能 技術(shù)容易實 現(xiàn)等各方面的因素后 得到的溫濕度等參數(shù)列于表1 表1 室內(nèi)設(shè)計參數(shù) 區(qū)域 溫度 相對濕度 新風(fēng)量 換氣次數(shù) 夏季 冬季 夏季 冬季 溫室 32 15 75 65 0 5 次 h 1 2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計 通過負(fù)荷計算 溫室夏季冷負(fù)荷為 1306 kW 溫 室冬季熱負(fù)荷為 2084 kW 冷熱源采用 2 臺螺桿式 風(fēng)冷熱泵冷熱水機組 熱泵機組安裝在通風(fēng)良好的室 外 冷水供 回水溫度分別為7 12 熱水供 回水溫度分別為45 40 空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)泵 定壓 裝置和水處理設(shè)備安裝在溫室附屬設(shè)備用房內(nèi) 空 調(diào)水管路為二管制 單級泵 異程閉式機械循環(huán)系 統(tǒng) 展覽溫室空調(diào)風(fēng)管 水管均布置在綜合通行管 溝內(nèi) 空調(diào)水系統(tǒng)見圖2 溫室為膜結(jié)構(gòu)的高大空間 冬季圍護(hù)結(jié)構(gòu)耗熱 量大 在溫室內(nèi)周邊設(shè)置明裝立式風(fēng)機盤管 風(fēng)機 盤管安裝在靠近圍護(hù)結(jié)構(gòu)下部的地面上 風(fēng)機盤管 承擔(dān)溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷 采用了耐腐蝕鍍鋅鋼板 可長期在濕度較高的環(huán)境下運行 僅在冬季運行 溫室附屬設(shè)備用房內(nèi)設(shè)置3臺空調(diào)箱AHU 1 AHU 2 AHU 3 風(fēng)量均為35000 m3 h 空調(diào)箱由 新風(fēng)預(yù)熱段 混合段 表冷加熱段以及風(fēng)機段組成 空調(diào)箱僅對人行道局部區(qū)域空調(diào) 保證游人區(qū)域的 舒適性 送風(fēng)口布置在人行道上 地面送風(fēng) 局部 區(qū)域采用送風(fēng)柱送風(fēng) 集中回風(fēng)口設(shè)在機房側(cè)墻上 夏季運行時 由于室內(nèi)回風(fēng)溫度與室外新風(fēng)相差無 幾 并且為提供植物光合作用所需的二氧化碳 空 調(diào)箱采用全新風(fēng)工況 在過渡季節(jié) 首先考慮開窗 進(jìn)行自然通風(fēng) 當(dāng)自然通風(fēng)不能滿足時 空調(diào)箱將 室外新風(fēng)直接送入室內(nèi) 加強室內(nèi)空氣流動 增加 人的舒適度 冬季 空調(diào)箱將室內(nèi)回風(fēng)和新風(fēng)混合 在進(jìn)行加熱處理后送入室內(nèi) 為溫室提供新風(fēng)以及 維持正壓 圖2 空調(diào)水系統(tǒng)圖 第3期 連云港薔薇湖生態(tài)保護(hù)區(qū)展覽溫室暖通設(shè)計 63 在溫室室內(nèi)外設(shè)置干濕球溫度 風(fēng)速 風(fēng)向測定 傳感器 同時設(shè)定室內(nèi)高低溫報警 夏季和過渡季 采用可開啟外窗自然通風(fēng)方式 同時頂部適當(dāng)遮蔭 輔以噴霧降溫 下部側(cè)窗為進(jìn)風(fēng)口 頂部天窗為排風(fēng) 口 當(dāng)雨天無法開啟外窗時 溫室內(nèi)設(shè)有機械循環(huán)通 風(fēng)系統(tǒng)可以直接將高溫空氣排除室外 設(shè)有光照強度 感應(yīng)器和溫度感應(yīng)器 控制外窗開啟數(shù)量和啟閉遮蔭 系統(tǒng) 當(dāng)自然通風(fēng)和遮蔭系統(tǒng)同時運行 而植物區(qū)溫 度仍大于30 時 開啟垂直機械循環(huán)系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng) 降溫 人行道區(qū)域采用全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng) 文獻(xiàn) 2 對溫室加熱工況進(jìn)行了 CFD 數(shù)值模擬 結(jié)果如圖3 在冬季供熱工況下 外墻四周的風(fēng)機盤 管送出的熱空氣沿外墻上升 從而形成下部溫度低上 部溫度高的現(xiàn)象 從圖4可以看到垂直方向上的溫差 最高可達(dá)10 溫差過大影響植物的生長發(fā)育 3 圖4 水平方向截面平均溫度隨高度的變化曲線 因此 在溫室頂部均勻布置21臺溫室專用風(fēng)扇 風(fēng)向垂直向下 利用氣流卷吸作用 使冷熱空氣混 合 消除室內(nèi)溫度梯度過大的現(xiàn)象 滿足植物光合 作用和蒸騰作用的要求 根據(jù)各溫室的空間高度 在距室內(nèi)地面5 m 8 m處沿幕墻設(shè)置接力循環(huán)風(fēng)機 懸臂式軸流風(fēng)機 在冬季溫室內(nèi)無自然通風(fēng)的 情況下 亦可攪動室內(nèi)空氣形成水平循環(huán) 保持溫 室內(nèi)有風(fēng)流過葉片 滿足植物生長要求 1 3 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計 展覽溫室夏季自然通風(fēng)有明顯的降溫除濕效 果 開窗配置亦會影響自然通風(fēng)效果 根據(jù)GB T 18621 2002 溫室通風(fēng)降溫設(shè)計規(guī)范 自然通風(fēng) 溫室在側(cè)墻開有側(cè)窗 在屋面開有天窗 側(cè)窗面積 通常為側(cè)墻面積的一半以上 天窗面積不應(yīng)小于溫 室覆蓋地面面積的15 20 有時可用半個屋面 開窗 GB T 18621 2002 溫室通風(fēng)降溫設(shè)計規(guī)范 更適用于農(nóng)業(yè)設(shè)施 顯然 簡單套用該規(guī)范會使展 覽溫室開窗面積過大 影響景觀效果 此外 若是 按照民用建筑設(shè)計中的通常做法開窗面積取地面 面積的2 5 通風(fēng)量是否能保證降溫效果存在 疑問 因此如何合理的設(shè)置開窗就顯得非常有必 要 下面就不同的開窗面積對自然通風(fēng)的影響進(jìn)行 研究 溫室底部開窗和天窗開窗面積均分別取占地 面面積的2 3 4 5 6 溫室底部開窗 和天窗共有25種開窗面積組合 利用Fluent軟件分 別進(jìn)行模擬 邊界條件見文獻(xiàn) 4 圖5 不同進(jìn)排風(fēng)窗面積相對大小與通風(fēng)量的關(guān)系 圖3 典型截面溫度分布云圖 64 潔凈與空調(diào)技術(shù)CC AC 2020 底部開窗占地面面積比以down 表示 天窗占地 面面積比以up表示 25 種開窗方案模擬結(jié)果見圖 由圖5可知 當(dāng)溫室底部開窗占地面面積為 大天窗面積 溫室通風(fēng)量基本無增加 溫室天窗占地 面面積比為2 時 增大底部開窗面積 溫室通風(fēng)量 基本無增加 當(dāng)溫室底部開窗占地面面積為 天窗面積占地面面積比在4 6 變化時 溫室通風(fēng)量 變化梯度很小 溫室天窗占地面面積比為 部開窗面積占地面面積比在4 6 變化時 溫室通風(fēng) 量變化梯度很小 設(shè)計時底部開窗占地面面積 圖7 夏季設(shè)計工況下溫室內(nèi)距地 圖 第3期 連云港薔薇湖生態(tài)保護(hù)區(qū)展覽溫室暖通設(shè)計 5 2 時 增 3 時 3 時 底 比和天 窗占地面面積比均應(yīng)大于 開窗占地面面積百分比的增大而 地面面積百分比為6 時斜率最大 即底部開窗占地面 面積百分比為6 時 增加同樣的天窗面積增加的通 風(fēng)量最多 比較同樣的開窗總面積的通風(fēng)量 如圖 顏色標(biāo)注的即為相同的總開窗面積 可以看數(shù)值總 體上是沿斜線上升的 向右上方 說明天窗開窗 面積對通風(fēng)量的影響比底部開窗面積對通風(fēng)量的影 響更為顯著 1m處水平面溫濕度 速度分布 6 相同開窗總面積下的通風(fēng)量 kg s 3 圖中曲線斜率隨底部 增大 底部開窗占 6 相同 65 以連云港夏季通風(fēng)室外計算溫度為29 1 夏季 通風(fēng)室外計算相對濕度75 的設(shè)計工況 根據(jù)針對底 部開窗面積占地面面積的6 天窗面積占地面面積 的5 的開窗方案進(jìn)行熱壓通風(fēng)模擬 其他邊界條件 不變并忽略植物產(chǎn)濕 其余邊界條件與夏季測試時相 同 設(shè)計工況下 植物區(qū)夏季最高溫度應(yīng)控制在35 以下 溫室內(nèi)距地1m處水平面溫濕度 速度分布見圖 7 由圖7可知 設(shè)計工況下溫室距地 1m處的溫度大 致在29 5 31 溫度分布呈現(xiàn)中間高周圍低的規(guī) 律 分別選取溫室X 5m X 15m X 35m X 55m 截面 各截面溫濕度分布見圖8 由圖8可知 溫度 內(nèi)部溫度約為29 5 31 溫室中下部溫度較高 根據(jù)CFD數(shù)值模擬結(jié)果 夏季 過渡季由于溫 室高度大 溫度梯度大 設(shè)計中應(yīng)擴大底部自然通 風(fēng)進(jìn)風(fēng)口面積 盡可能使中和面位置下移 避免熱 空氣積聚在溫室頂部而導(dǎo)致植物的 燒尖 現(xiàn)象發(fā) 生 溫室頂部共設(shè)有三個天窗 天窗面積從左至右 分別為131 4 m2 61 8 m2 72 7 m2 在保證門的進(jìn) 風(fēng)面積不變的情況下 增加了下部可開啟窗的數(shù)量 面積分別為80 27 m2 77 91 m2 81 06 m2 溫室開 窗位置如圖9所示 圖9 溫室開窗位置圖 圖8 夏季設(shè)計工況下溫室各截面溫度分布 66 潔凈與空調(diào)技術(shù)CC AC 2020 進(jìn) 排風(fēng)窗的開啟可根據(jù)室外溫度 風(fēng)速 天氣 等情況 制定多種典型季節(jié)時的通風(fēng)運行策略 使室 外風(fēng)能順暢地通過溫室植物區(qū)帶走熱量 盡可能采取 自然通風(fēng)的方式解決植物區(qū)夏季和過渡季節(jié)通風(fēng)問 題 同時頂部適當(dāng)遮蔭 輔以噴霧降溫 滿足夏季植 物區(qū)的降溫要求 2 人工環(huán)境控制措施 1 溫度調(diào)控 在溫室室內(nèi)外設(shè)置干濕球溫度 風(fēng)速 風(fēng)向測定 傳感器 同時設(shè)定室內(nèi)高低溫報警 夏季和過渡季 采用可開啟外窗自然通風(fēng)方式 同時頂部適當(dāng)遮蔭 輔以噴霧降溫 下部側(cè)窗為進(jìn)風(fēng)口 頂部天窗為排風(fēng) 口 當(dāng)雨天無法開啟外窗時 溫室內(nèi)設(shè)有機械循環(huán)通 風(fēng)系統(tǒng)可以直接將高溫空氣排出室外 設(shè)有光照強度 感應(yīng)器和溫度感應(yīng)器 控制外窗開啟數(shù)量和啟閉遮蔭 系統(tǒng) 當(dāng)自然通風(fēng)和遮蔭系統(tǒng)同時運行 而植物區(qū)溫 度仍大于30 時 開啟垂直機械循環(huán)系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng) 降溫 人行道區(qū)域采用全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng) 冬季 溫室周邊設(shè)置風(fēng)機盤管供暖系統(tǒng) 人行道 上設(shè)置全新風(fēng)熱風(fēng)空調(diào)系統(tǒng) 當(dāng)溫室頂部溫度梯度過 大時 頂部進(jìn)行噴霧降溫 同時垂直循環(huán)風(fēng)機開啟 排除頂部的高溫空氣 2 相對濕度調(diào)控 水分主要由人工補給 除設(shè)有正常的灌溉系統(tǒng) 外 還采用噴霧系統(tǒng)對溫室空間直接加濕 而且新風(fēng) 空調(diào)箱設(shè)有濕膜加濕 冬季可對熱風(fēng)進(jìn)行加濕 同時 景觀設(shè)計在溫室內(nèi)設(shè)置水池 瀑布 疊水可調(diào)節(jié)溫室 內(nèi)濕度 3 CO2 濃度調(diào)控 植物光和作用積累碳水化合物并儲存能量 需要 吸收CO2和光照 在溫室中 當(dāng)CO2濃度充足時 適 當(dāng)提高晝間溫度 會對植物生長有益處 夏季和過渡 季 自然通風(fēng)就能滿足CO2濃度要求 冬季 需要開 啟新風(fēng)系統(tǒng) 亦可滿足植物所需的CO2 4 光照控制 根據(jù)各展區(qū)植物的不同要求設(shè)置自動遮蔭和自 動補光設(shè)備 5 溫室自控系統(tǒng) 溫室自動控制系統(tǒng)由專業(yè)廠家根據(jù)溫室的要求 設(shè)計 實現(xiàn)遠(yuǎn)程計算機控制管理 溫室自動控制包括 以下內(nèi)容 溫度控制 空調(diào)系統(tǒng) 采暖系統(tǒng) 自然開窗系統(tǒng) 遮蔭系統(tǒng) 噴霧系統(tǒng) 垂直機械排風(fēng)系統(tǒng) 相對濕度控制 噴霧系統(tǒng) 風(fēng)速控制 水平循環(huán)風(fēng)機系統(tǒng) 垂直機械排風(fēng)系統(tǒng) CO2 控制 自然開窗系統(tǒng) 空調(diào)系統(tǒng) 水平循環(huán) 風(fēng)機系統(tǒng) 光照控制 補光系統(tǒng) 遮蔭系統(tǒng) 3 結(jié)語 1 由于施工時間限制 業(yè)主投資經(jīng)費等問題 該項目實際開窗面積和位置未嚴(yán)格按設(shè)計實施 因此 實測值與模擬計算值有一定偏差 根據(jù)模擬計算結(jié) 果 溫室進(jìn)風(fēng)口附近出現(xiàn)明顯的速度梯度 表明植物 冠層的阻力作用對室內(nèi)氣流分布有較大影響 在溫室 設(shè)計中 應(yīng)當(dāng)充分分析室內(nèi)植物 風(fēng)向 風(fēng)速等因素 對自然通風(fēng)的影響 對開窗面積 位置 朝向等做更 進(jìn)一步的優(yōu)化 找到合適的通風(fēng)方案 2 高大空間的冬季室內(nèi)溫度梯度應(yīng)予以重視 如果溫度梯度過大 不但會造成能源的浪費 還會危 及植物生長 本項目采用溫室專用吊扇的方案攪動上 部空氣 減小室內(nèi)溫度梯度 似乎略顯不夠 更好的 辦法還有 在溫室頂部設(shè)置射流風(fēng)機或在地面上增加 排風(fēng)柱的機械通風(fēng)方式 使室內(nèi)空氣盡可能攪動混 合 消除室內(nèi)溫度梯度過大的現(xiàn)象 3 這次課題有了較完備 詳實的計算數(shù)據(jù) 可以研究溫室全空間溫度場 濕度場 速度場變化規(guī) 律 判斷 分析溫室各個季節(jié)空調(diào)通風(fēng)的運行效果 用以指導(dǎo)和制定通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的運行策略 達(dá)到經(jīng)濟 節(jié)能 效能良好的目的 參考文獻(xiàn) 1 朱學(xué)錦 王吉平 上海植物園展覽溫室空調(diào)設(shè)計 C 全國 暖通空調(diào)制冷 2004 年學(xué)術(shù)年會資料摘要集 2 2004 2 彭淑英 倪丹 繆智昕 et al 基于CFD模擬的風(fēng)扇對溫室 夜間熱環(huán)境的影響 J 建筑熱能通風(fēng)空調(diào) 2019 38 12 3 諶小玲 何婧 劉曉朝 上海辰山植物園展覽溫室的人工 氣候環(huán)境設(shè)計 C 全國建筑環(huán)境與設(shè)備技術(shù)交流大會 2011 4 繆智昕 高大空間展覽溫室自然通風(fēng)數(shù)值模擬與開窗優(yōu)化 J 制冷與空調(diào) 四川 2020 1 第3期 連云港薔薇湖生態(tài)保護(hù)區(qū)展覽溫室暖通設(shè)計 67