中国科学技术馆 二等奖
工程概况 主要设计人员 主要设计单位 设计亮点展示 专家点评 典型图纸展示 企业实践

中国科技馆新馆

 

一、项目概况
中国科技馆新馆是国家级科技博物馆,同时作为北京2008年奥运会的相关附属设施,是体现"绿色奥运、人文奥运和科技奥运"三大理念的重要场所。总用地面积4.85公顷,总建筑面积102280m2,地下一层(含地下一层夹层)、地上四层(局部有四层夹层)。建筑内部主要包括影院、展厅、集散厅、餐饮、物业办公等功能房间。我们以环保、节能、资源综合利用、绿色生态为设计原则。在安全、可靠的前提下力求经济合理,同时考虑设备选择和系统的灵活性,以适应部分出租、功能变化、使用率变化、节假日等多种情况。根据以上设计原则确定冷源采用冰蓄冷系统(内融冰、主机上游、串联系统),供回水温度为4.5/14.3?C、空调冷负荷为14280Kw;热源采用市政热力,供回水温度为60/50?C、空调采暖供热负荷为:10446Kw(地暖部分不重复计算)。水系统采用四管制系统,按异程式设置、末端设置动态平衡措施,冬夏季均采用一次泵(变频)变流量系统。为了适应展陈的变化,展厅采用变风量空调系统(低温送风),变风量末端采用风机串联型;影院、报告厅、集散厅等采用定风量空调系统;影院放映间采用专用恒温恒湿空调机组加净化新风空调系统;办公、会议室等采用风机盘管+新风系统(部分新风设置热回收)。给水、中水按高低区设置,低区采用市政直接供水,高区采用管网叠压供水方式供水。利用半容积式换热器制取生活热水。污废水采用分流系统,屋面雨水采用压力流内排水系统,屋面雨水进行回收利用。设计中主要采用了空调冷冻水大温差;低温送风;全空气空调系统过渡季加大新风运行,利用新风作为免费冷源;部分新风系统设有排风热回收装置;集散大厅等高大空间采用分层空调,提高通风效率,减少供冷量和送风量,过渡季(开启上部电动天窗)进行自然通风;利用制冷机组冷凝热预热生活热水等节能措施。自从正式启用,各系统运行正常可靠、室内环境及各项指标都能达到设计要求、节能效果显著。

中国科学技术馆新馆暖通空调设计说明

  主要设计人员:

主要完成人姓名

职务/职称

负责工作内容

所在单位

1

张  杰

院副总工程师
教授级高级工程师

整体方案确定及技术总负责

北京市建筑设计研究院

2

刘  沛

工程师

空调水系统及冷热源系统设计

北京市建筑设计研究院

3

安丽娟

工程师

空调通风系统、平面设计

北京市建筑设计研究院

4

柏  静

工程师

平面绘图工作

北京市建筑设计研究院

5

王松华

工程师

平面绘图工作

北京市建筑设计研究院

6

孙敏生

院总工程师
教授级高级工程师

图纸的全面审定

北京市建筑设计研究院

7

郑小梅

院副总工程师
教授级高级工程师

图纸的全面审核

北京市建筑设计研究院

8

王  宏

工程师

平面绘图工作

北京市建筑设计研究院

北京市建筑设计研究院

  北京市建筑设计研究院(英文名称:BEIJING INSTITUTE OF ARCHITECTURAL DESIGN。以下简称BIAD)自成立以来,经过几代人的开拓创新、励精图治,累计完成建筑设计面积已超过1.5亿平方米,在建筑设计及科研领域取得了突出的成绩,曾被北京市政府授予"首都建筑设计突出贡献设计研究单位"荣誉称号。BIAD1979年开始实行事业单位企业化管理, 1992年开始享有对外经营权,成为改革开放后最早进入国际建筑市场的国内著名设计企业之一。1998年通过ISO9001质量管理体系认证。

BIAD坚持以改革促发展,以"建设中国最卓越的建筑设计企业"为共同目标,以"建筑服务社会"为核心理念,以"开放、合作、创新、共赢"为经营宗旨,以"为顾客提供高完成度的建筑设计产品"为质量方针,坚定不移地实施"BIAD设计"品牌战略,充分利用设计与科研、人才与技术的综合优势,全面提升核心竞争力,在激烈的市场竞争中保持设计水平和原创能力的领先地位,为促进行业的发展和建筑设计领域的繁荣贡献力量。

  BIAD业务范围包括:民用建筑设计、室内装饰设计、园林景观设计、建筑智能化系统工程设计、城乡规划、工程概预算编制、投资策划、工程监理、工程总承包等领域。

截止到2009年4月,BIAD拥有职工1663人,工程技术人员达1472人。包括工程院院士1名,国家设计大师9名,突出贡献专家12名,教授级高工85人,高级建筑师和高级工程师438人,建筑师和工程师553人,拥有一级注册建筑师258人,一级注册结构工程师160人,注册造价工程师6人。

设计原则
1)贯彻环保,节能,资源综合利用的概念,贯彻绿色生态可持续发展的概念。
2)安全,可靠,在满足功能要求的前提下力求经济合理。
3)考虑设备选择和系统的灵活性,以适应部分出租、功能变化、使用率变化、节假日假期等多种情况。
4)考虑设备系统在公共卫生应急条件下的安全运行。
5)考虑设备系统符合奥运工程设计大纲和环保指南的要求。
6)考虑将楼宇设备系统和展项展示系统的有机结合。

空调采暖方案
1)空调采暖方案

建筑物类型

空调采暖方案

办公室、会议室、教室、后勤、设计工作室等

风机盘管+新风系统(部分设热回收)

展厅

一次回风变风量空调系统(采用可变新风比,直至全新风运行。排风机采用变频调速装置与新风电动阀联合控制)+风机串联型变风量末端

值班采暖由串联风机动力型末端热水盘管保证

影院

二次回风定风量集中空调系统(排风机采用变频调速装置与新风电动阀联合控制,过渡季至少可70%全新风运行)

影院放映室

专用恒温恒湿空调机组加净化新风空调系统

商品服务区、报告厅、多功能厅等

一次回风定风量全空气空调系统(排风机采用变频调速装置与新风电动阀联合控制,过渡季至少可70%全新风运行)

集散大厅、前厅

一次风定风量集中空调系统,过渡季可70%全新风运行,排风机采用变频调速装置与新风电动阀联合控制,集散大厅过渡季可适时自然通风

设置低温地板辐射值班采暖系统

电梯机房、网络配电室(部分)、值班消防控制室

独立冷源的分体式空调器

电梯轿箱空调

独立冷源无冷凝水的分体式空调器

变电室

夏季及过渡季全新风运行,排风机高速运行,当室内温度≥ 37 时打开冷水阀门并控制送风温度恒定;冬季时当送风温度≤ 7 时打开回风阀,关小新风阀,通过调节新回风比维持送风温度恒定,并根据新风量的大小手动控制排风机的高低转数运行

设备机房

冬季补风采用新风加热空调系统

厨房

补风采用新风空调系统

柴油发电机房

直流式送排风系统,设备采用水冷却方式


2)空气处理过程

新风系统

夏季

新风过滤去湿降温室内压(排)出

初中效过滤

(部分含空气净化)

冬季

新风过滤加热加湿室内压(排)出

风机盘管及循环风空调器

夏季

室内回风过滤去湿降温室内回风

初效过滤

(部分含空气净化)

冬季

室内回风过滤加热室内回风

集中空调系统

夏季

回风+新风过滤去湿降温室内回风

└→压(排)出

初中效过滤

(部分含空气净化)

冬季

回风+新风过滤加热(加湿)室内回风

└→压(排)出

变风量空调系统(VAV

夏季

回风+新风过滤去湿降温室内(VAVBOX回风

└→压(排)出

初中效过滤

(部分含空气净化)

冬季

回风+新风过滤加热加湿室内(VAVBOX回风

└→压(排)出


3)加湿方式
本工程加湿系统中展厅等采用高压微雾加湿加湿膜挡水板。巨幕、4D、动感、穹幕等影院采用电热加湿方式。高压微雾和电热加湿采用软化水,软化水由设于制冷机房内的软化水设备制备,由变频加压泵组输送至各高压微雾泵站和电热加湿设备处。

4)空气净化措施
展厅、影院、报告厅、办公、教室、餐厅、会议室、贵宾室等人员密集或重要的公共场合的新回风系统预留采用连续的消毒净化装置设置条件。净化方式采用空调箱内设电子净化装置,风机盘管回风处设TiO2光触媒净化装置。

5)空气热能回收系统
地上办公、教室等的新风系统新风设置热回收装置。热回收装置采用全热回收转轮。排风热回收装置的热回收效率不小于60%,净回收效率不小于50%。

空调冷热源
1)冷源:经计算空调冷负荷为14280kW。
制冷机房设在门厅下方的B1层(-10. 70m)。
考虑制冷机组选择:采用3台空调工况制冷量为780RT(2743KW)、制冰工况为505RT(1776KW)的双工况离心式制冷机组,1台250RT(879KW)离心式冷水机组。双工况离心式制冷机组温度参数:空调工况乙二醇(25%抑制性乙二醇)供回水温度7℃/12℃,制冰工况乙二醇供回水温度-2.3℃/-5.6 ℃;冷却水供回水温度37/32℃。250RT冷水机组作为基载制冷机,用于夜间低峰负荷及蓄冰系统的补充冷源使用,要求其最小负荷率为30%。制冷机组一级泵与制冷机组相对应设置和控制,定流量运行。冷水机组采用环保冷媒,ODP=0。冰蓄冷系统采用内融冰、主机上游串联系统。采用钢制冰盘管作为蓄冰设备,蓄冰设备设于地下B1制冷机房内的钢筋混凝土蓄冰池内。总蓄冰量12342RTh(43394KWh)。
2)热源:经计算空调采暖供热负荷为:10446KW(地暖部分不重复计算)。热力机房设在门厅下方的B1层(-8. 00)。采用市政热力供热,由热力公司设计院负责设计。市政热力一次水供回水温度:冬季125/65℃,夏季70/40℃,热力检修期不提供。空调采暖用热水供回水温度60/50℃。

空调采暖水系统
1 空调水系统概况
1)空调采暖水系统采用四管制,空调冷冻水4.5/14.3℃,空调热水60/50℃,地板采暖空调热水50/40℃。
2)空气处理机组采用四管制接入,风机盘管根据功能需要采用四管制或二管制接入。
3)空调冷冻水系统采用一次泵(变频)变流量系统。空调供热系统采用一次泵(变频)变流量系统。
4)系统采用定压变频补水泵加膨胀罐的闭式定压补水方式。
5)系统设置真空除气装置。

2 空调采暖水路系统划分
1)空调采暖水系统按北区、西区、东区设置。
2)空调采暖水系统按异程式设置。
3)风机盘管等需双位调节的末端设备采用双位调节的动态平衡电动两通阀,阀门开启时保持设计流量,温感控制阀门开闭;空气处理机组等需连续调节的末端设备选用比例积分调节的动态平衡电动调节阀,根据负荷需要自动改变设定流量,保持流量恒定不受其它支路影响。

3 冷却水系统
1)冷水机组冷却水系统包括冷却塔,循环水泵,及分配水管。冷却塔设于+38.0屋顶处。
2)冷却水水处理设备采用冷却水自动投药装置加射频水处理器处理方式。
3)射频水处理器应具有防腐,防垢,杀菌,灭藻,过滤功能。

4 空调冷凝水系统
空调冷凝水排向拖布池、专用冷凝水立管等废水管道。

室内气流组织
1)展厅、公共大厅、门厅、报告厅等采用上送上回的送回风形式,送风口采用温控型自动调节旋流风口,可以自动进行冬夏季转换。
2)集散大厅等公共高大空间采用各层分层空调方式,采用空调区域侧送喷口或散流器或条缝风口下送方式。送风口采用温控型自动调节风口,可以自动进行冬夏季转换。
3)穹幕影院采用座椅下送风方式,送风口采用下送风专用风口。巨幕影院采用上送下回方式、动感影院采用同侧上送下回方式,4D影院采用上送上回方式。
4)其他房间为一般混风式空调, 采用顶部散流器、条缝或上部侧送方式。

通风系统
1)新鲜空气的采集和排风出路新鲜空气由各层侧墙、屋顶引入空气处理设备。 消防排烟、柴油发电机房烟囱排烟由屋顶排出;平时排风主要由屋顶。
新风采集口和排风口的位置设置满足规范要求。

2)定风量全空气空调系统
全空气空调系统冬夏季采用卫生要求允许的最小新风量,与回风混合后送入室内,回风量一部分与新风混合,一部分排出室外。过渡季调节回风、新风和排风量,直至全部采用新风或至少70%新风。一些空调机组送风机兼做排烟系统的补风机,新风口按最大新风要求设置。

3)变风量全空气空调系统
各层设备机房设集中空调机组,经主风道分送至各层。空调箱所配的风机全压为1000~1200Pa,机外静压为600~800Pa。空调箱内的过滤器采用粗效、电子净化段。有围护结构的变风量空调系统分内外区。内、外区均采用串联风机动力型VAV box,部分串联风机动力型VAV box设热水盘管用于冬季值班采暖。各系统均设有单独的排风系统,以平衡各层风量,确保室内新风量。过渡季一次风可采用全新风的运行模式,达到最大限度的节能。

4)风机盘管加新风系统和直流式送排风系统
地下办公、辅助用房、教室等房间设风机盘管加新风系统;机房、汽车库、厨房、库房等设直流式送排风系统。新风空调器或送风机将室外新鲜空气送入室内,排风机将室内污浊空气排向室外。
厨房排风经过油烟净化器处理。

5)直流式排风系统
卫生间设置直流式排风系统,将污浊空气排向室外。无外门外窗的分散的小库房、储藏间等房间预留排气扇电源供检修或通风时使用。

6)建筑物内的风量平衡
厨房设置炉灶排油烟罩和房间全面排风,补风由新风空调器送入,总补风量小于排风量,使房间形成负压。餐厅设置全空气系统,新风在最小新风和最大新风之间运行,根据房间内外压差控制排风机变频运行,使房间形成零压,避免气味外溢。汽车库排风量为每小时6次换气,送风量为每小时5次换气,车库保持负压,避免汽车尾气气味外溢。一般空调房间,回风量小于送风量,使房间形成正压,多余空气压入附近卫生间等负压房间,补偿卫生间等房间的排风量。

冰蓄冷系统
1 设计流程
蓄能系统的设计过程与常规空调系统的设计过程是有一定差异的,蓄能系统的过程较常规系统繁琐复杂一些,具体设计流程见图1。


2 方案确定
本工程具有以下特点,所以决定采用冰蓄冷系统:
1)昼夜负荷、峰谷负荷悬殊;
2)峰谷电价差较大(设计时高峰期电价为1.1583元/度,低谷期电价为0.3019元/度);
3)由于展项设计不能与建筑设计同步进行,所以无法根据具体的展项设置相应的空调。虽然展厅不可能分割成太多独立的空间,但每一个展项组团还是有一个相对集中的区域。不同的展项区域根据人流及展项设备的不同,其负荷也是随时变化的;所以在确定展厅空调方案时选择了变风量系统。同时为了减少风系统输送能耗、降低占用吊顶空间高度,确定采用低温送风系统。

根据冰蓄冷系统不同形式的特点,为了充分利用冰的低温能量,最终确定采用部分负荷蓄冰、主机上游的内融冰系统。系统方案确定以后,第一步就要确定一个蓄冷-放冷周期(本工程取一天)内的冷负荷,冷负荷的准确性对系统设备选型及运行策略的制定都有着至关重要的作用。由于没有现成的相关资料可以利用,一方面我们参观、查阅国内展览建筑的相关资料,另一方面从甲方物业公司得到了中国科技馆老馆的运行资料,通过多方分析最终确定了逐时冷负荷系数,根据峰值小时冷负荷,最终得到了逐时冷负荷(见图2)。


3 运行策略
我们采用的主机上游串联系统可以实现主机蓄冰、主机单独制冷、蓄冰装置融冰供冷、联合供冷工况,系统流程详见图3及表1。

我们在制定运行策略时遵循以下基本原则:
1. 夜间蓄冰工况:
此时段为电价低谷段,双工况主机满负荷运行,进行制冰工作模式,储存的冷量以备白天电价高峰时使用。
2. 联合供冷工况:
此时段内尽量使用融冰制,同时主机全部或部分满负荷运行,尽量提高主机效率,同时节约电费。
3. 蓄冰装置融冰供冷工况:
此时段为高价电时段,冷负荷完全由融冰满足,最大限度节约用电。当建筑物冷负荷降低时,可增大单融冰时段,尽量节约电费。
4. 主机单独制冷工况:
此时段在部分负荷下,冷负荷完全可以由主机提供,以便让冰在高电价高峰期供冷。让所蓄的冰都能节约最多的电费。



专家点评


暖通空调

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地下一层平面图

首层平面图

二层平面图

三层平面图

四层平面图

四层夹层平面图
   
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