沈雪峰
同济大学建筑设计研究院
（集团）有限公司摘要：介绍浦东美术馆项目空调冷热源、风系统、空调水系统的设计形式，
分析冷凝热回收、双通道空调机组、地面辐射供冷等技术在工程中的应用，探讨空调系统节能运行策略，以期为类似对室内温湿度有较高要求的博物馆、展览馆项目提供参考与建议。
关键词：美术馆冷热源双通道空调机组恒温恒湿空调节能
HVAC Design for Pudong Art Museum
SHEN Xue-feng
Tongji Architectural Design (Group)Co.,Ltd.
Abstract:This article introduces the design forms of air-conditioning cold and heat sources,air systems,and chilled
water systems in Pudong Art Museum project,analyzes the application of technologies such as condensation heat recovery,dual-channel air-conditioning units,and radiant cooling and heating system in the project,and discusses energy-saving operation strategy air conditioning system,in order to provide reference and suggestions for similar museums and exhibition hall projects that have higher requirements of indoor heat and humidity environment.
Keywords:art museum,cold and heat source,dual-channel air conditioning unit ，constant temperature and humidity air-conditioning,energy saving
收稿日期：2021-10-31
作者简介：沈雪峰（1976~），男，硕士，高工；上海市四平路1230号（200092）；
空调架E-mail:*************1工程概况
浦东美术馆是浦东新区“十三五”重点工程项目
之一，建筑西侧紧邻黄浦江滨江绿地与外滩隔江相望，北邻上海国际会议中心，东侧毗邻陆家嘴商圈。基地位于上海市浦东新区黄浦江沿岸E14单元B6街坊内的B6-2地块，用地面积13000.2m 2，工程总建筑面积40590.0m 2，其中地上建筑面积26000.0m 2，地下建筑面积14590.0m 2。建筑地下2层，
地上4层，建筑高度30.00m ，剖面如图1所示。地上建筑功能包括入口大厅、展厅、美术馆商店、咖啡厅及多功能厅、学术报告厅、美术馆图书文献中心、办公会议区域，地下容纳有中央展览空间、地下公共大厅、美术馆后勤区、设备用房和地下车库等。 图1浦东美术馆东西向剖面示意图
根据功能定位，
本项目主要展陈对象为当代美术
第41卷第6期2022年6月
建筑热能通风空调
Building Energy &Environment Vol.41No.6Jun.2022.85~88
文章编号：1003-0344（2022）6-085-5
作品。
2设计参数
室内设计参数见表1。根据展陈要求，在展品有恒温恒湿要求时展厅空调按恒温恒湿工况运行，展品无恒温恒湿要求时展厅空调按舒适性空调工况运行。部分公共交通区域存在临时分隔后连通不同展厅并作为展区的使用可能，空调系统按展厅恒温恒湿空调需求设置。藏品库房、展厅室内污染物浓度按JGJ 66-2015《博物馆建筑设计规范》第6.0.4、6.0.5条要求控制，其恒温恒湿空调工况下温度日较差按2益控制，相对湿度日波动值按臆5%控制[1]。 表1室内设计参数
经计算，本项目夏季空调冷负荷4136kW，冬季空调供暖热负荷2534kW。
3空调系统设计
3.1冷热源设计
本项目集中空调冷热源采用电驱动水冷冷水机组+燃气热水锅炉的形式。冷水机组选用2台1400kW螺杆式水冷冷水机组+1台1400kW全热回收型螺杆式水冷冷水机组，锅炉选用4台700k W模块式低氮燃气热水锅炉。考虑展厅运行工况存在变化、藏品库房全年均需按恒温恒湿工况运行，为提高冷热源运行效率及可靠性，在冷热源机房内设置空调冷水、空调热水蓄水缓冲罐各16m3，用以在低负荷工况下降低冷热源主机启停频率、稳定冷热水供水温度，同时为藏品库房设置独立风冷型恒温恒湿空调机组作为备用机组。冷热源系统原理图如图2所示。
冷水机组冷水设计供回水温度6/12益，冷却水设计供回水温度32/37益，冷水机组冷凝热回收侧设计供回水温度50/45益。锅炉热水设计供回水温度85/60益，经板式换热器换热后的二次热水设计供回水温度50/35益。
图2冷热源系统原理图
3.2空调水系统设计
空调冷热水系统采用四管制、异程式、二级泵系统。冷水机组、热水机组主机侧定流量运行，二级冷水、热水循环泵分区设置并采用变频控制，供回水干管之间均设置最小流量压差旁通装置。冷水、热水一二级之间均设置16m3缓冲水罐以降低主机启停频率，冷水缓冲水罐同时替代常见二级泵系统中冷热源侧与负荷侧之间平衡管的功能[2]。冷水机组冷凝热回收循环水接至空调热水一级侧。
观景长廊局部地面辐射供冷供暖区域供回水采用混水泵+三通调节阀+混水罐调节水温，供冷设计水温20/25益，供热设计水温45/35益。
空调冷热源机房内总管上设置冷热量计量表。空调机组末端采用动态平衡电动两通调节阀，风机盘管末端设置温控开关式电动两通阀，风机盘管环路设置动态压差平衡阀。
3.3空调末端及风系统设计
根据运营要求，本项目藏品库房、展厅（除36m高中央展厅外）、有展览需求的2F~4F交通区域、地下二层展览工作区设置恒温恒湿空调系统。恒温恒湿空调系统新风采用新风除湿处理机组集中处理后送至各区域。各区域循环风空调箱配置进风段、消声过滤段、表冷加热加湿段、风机段、消声出风段，参见图3，表冷段采用双通道模式，在设计工况下消除室内热湿负荷并避免再热，同时减少非设计工况随室内热湿负荷变化情况下的再热量。
除有恒温恒湿要求的区域外，入口门厅、观景长廊、展厅周边公共区域、报告厅、办公区域、商店、咖啡
夏季冬季
温度相对湿度温度相对湿度新风量
人员
密度
房间名称
℃% ℃% m/(h·p) p/m 藏品库房22±2 55±5 22±2 55±5 53 0.025 展厅（恒温恒湿工况）22±2 55±5 22±2 55±5 30 0.333 展厅（舒适性空调工况）25 ≤60 20 ≥40 30 0.333 36米高中央展厅25 ≤60 20 ≥40 30 0.333 观景长廊26 ≤65 20 ≥30 30 0.167 展厅周边公共交通区域25 ≤60 20 ≥40 30 0.125 工作室25 ≤60 20 ≥30 30 0.125
门厅25 ≤65 19 ≥30 30 0.125
办公室25 ≤60 20 ≥30 30 0.125
报告厅25 ≤60 20 ≥30 30 0.667 会议室、会客室25 ≤60 20 ≥30 30 0.4 咖啡厅25 ≤65 19 ≥30 30 0.2
食堂25 ≤65 19 ≥30 30 0.333
商店25 ≤60 19 ≥30 30 0.167 图书文献中心25 ≤60 20 ≥30 30 0.333 多功能空间25 ≤60 19 ≥30 30 0.2
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厅、
食堂等区域均设置舒适性空调系统。入口门厅采用全空气空调系统+风机盘管组合处理的空调方式，
冬季入口门厅设置地面辐射供暖。2F 、
3F 观景长廊采用地面辐射供冷供暖+全空气空调系统组合处理的空调方式。报告厅设置全空气系统，
采用座椅送风、顶部回风的气流组织形式。办公区域空调采用风机盘管+新风的形式。
其他区域根据使用功能、建筑平面分隔采用集中式全空气系统或半集中式风机盘管+新风系统。
图3双通道空调机组功能段配置示意图集中新风处理机组设置带旁通的转轮全热回收功能段，将集中排风的废热回收以预冷/预热室外引入的新风，新风再经冷热处理后送至各区域。
设置恒温恒湿空调系统的展厅内不设排风，整体平衡排风口设置于中部36m 高中央展厅高位，维持气流从展厅流向公共交通区域，
同时展厅进出口部设置静音型管道风机及顶送、侧回循环风口，以减少周边区域空气对展厅空间的侵扰。
空调机组、新风机组均采用多级连续调节的高压微雾加湿器加湿。新风空调机组均设置袋式F5+F9两级空气过滤装置，舒适性空调系统空调机组设置袋式F9空气过滤装置，
藏品库房区、展厅空调机组设置袋式F9+化学过滤器两级空气过滤装置，
化学过滤器用于净化了二氧化硫、二氧化氮、甲醛等污染物并消除异味。
展厅、多功能厅、会议室等人员密集区域设置二氧化碳监测装置与新排风系统联动。舒适性空调区域全空气系统采取实现全新风运行或可调新风比的措施，最大新风比不低于50%，新风量的控制与工况的转换采用新回风焓值控制方法。
4工程设计特点
4.1展厅双通道空调机组应用及其节能控制策略
展厅恒温恒湿空调系统为控制室内温度、相对湿度在允许范围内，降低了送风温差、提高了送风量和换气次数，而为消除潜热负荷同时与显热负荷匹配，
需将空气处理到露点以下后进行再热。传统冷却除湿后再热的处理模式中，最大负荷工况下再热对应的被抵消冷量占总制冷量的25%以上，而在部分负荷工况下，被抵消冷量甚至占总制冷量的80%以上，这也是恒温恒湿空调系统运行能耗大、
成本高的主要原因。为减少恒温恒湿工况下被抵消的热量和冷量，展厅空调机组采用双通道结构形式，
即在表冷段设置并排布置的两组表冷器，两组表冷器按1大（通道1）1小（通道2）配置。两组表冷器分别连接冷水管并设置控制阀门，作为通道1、通道2分别独立控制，机组监控原理图如图4所示。
图4双通道空调机组监控原理图表2双通道空调机组节能控制策略
双通道空调机组根据展览要求按恒温恒湿空调、舒适性空调工况两种运行工况控制。恒温恒湿空调工况下，制冷除湿负荷较大时，
利用通道1
进行空气降温运行工况
被控对象
运行模式
控制要求
恒温恒湿空调工况
冷水阀1冷水阀2
降温除湿1+再热
冷水阀1开启\冷水阀2关闭；根据回风相对湿度实测值控
制冷水阀1开度：实测值>设计值时，增大冷水阀开度；实测值<；设计值时，减小冷水阀开度；Q RH =(Q 1SET -Q 2SET )时，
调整为"降温除湿2+再热"模式。
降温除湿2+再热
冷水阀1关闭\冷水阀2开启；根据回风相对湿度实测值控制冷水阀2开度：实测值>设计值时，增大冷水阀开度；实测值<；设计值时，减小冷水阀开度；热水阀关闭、且回风干球温度实测值>设计值时，调整为"降温除湿1+再热"模式。降温+加湿冷水阀1关闭\冷水阀2开启；根据回风干球温度实测值控制冷水阀2开度：实测值>设计值时，增大冷水阀开度；实
测值<；设计值时，减小冷水阀开度。
加热+加湿冷水阀1关闭\冷水阀2关闭
热水阀
降温除湿1+再热热水阀开启；根据回风干球温度实测值控制热水阀开度：实测值>设计值时，增大热水阀开度；实测值<；设计值时，减
小热水阀开度。降温除湿2+再热加热+加湿降温+加湿热水阀关闭
舒适
空调工况
冷水阀1冷水阀2
降温除湿冷水阀1开启\冷水阀2开启并按相同开度调节；根据回风干球温度实测值控制冷水阀开度：实测值>设计值时，增大冷
水阀开度；实测值<；设计值时，减小冷水阀开度。
加热+加湿冷水阀1关闭\冷水阀2关闭通风模式冷水阀1关闭\冷水阀2关闭
热水阀降温除湿热水阀关闭加热+加湿热水阀开启；
根据回风干球温度实测值控制热水阀开度：实测值>设计值时，增大热水阀开度；实测值<；设计值时，减小热水阀开度。
通风
热水阀关闭
沈雪峰：浦东美术馆暖通空调系统设计第41卷第6期·87·
除湿处理，通道2不进行处理；制冷除湿负荷较小时，利用通道2进行降温除湿处理，通道1不进行除湿处理。舒适性空调工况下风机降频运行，通道1、通道2同时进行降温除湿处理，不进行空气再热，机
组露点送风。恒温恒湿工况下机组处理方式与固定比例的一、二次回风系统[3]类似，且未取消再热，目标设定在满足恒温恒湿要求的前提下减少系统再热量及被抵消的冷量。机组水阀具体节能控制策略见表2。
4.2西向观景长廊空调设计
美术馆西侧2层、3层观景长廊室内净高分别为5.5m、10.8m，进深5.3m，其西向玻璃幕墙构造为5层超白玻璃＋中空＋2层超白玻璃，内侧为巨幅LED显示屏。空调系统设计需要解决该区域空调负荷大、受太阳辐射影响显著的问题。基于景观效果要求和空间条件，经CFD模拟计算，本区域空调采取地面送风+地面辐射供冷供热+LED显示屏背侧FCU供冷的形式，具体见图5、图6。地面辐射供冷用于带走太阳辐射至地面的热量。LED屏背侧设置多组立式风机盘管，负责承担设备产生的热量。地面送风风口分别沿外侧幕墙、内侧LED屏布置，回风口设置在吊顶内。从CFD模拟结果可以看出，观景长廊夏季室内温度竖向分层明显，人员停留区域维持在舒适温度范围，空间顶部温度较高，减少了空调总冷负荷和送风量。建成后室内观众体验良好，现场实测结果数据与CFD模拟结果基本一致。
图5观景长廊空调布置示意图
图6观景长廊空调CFD模拟夏季室内温度分布4.3冷却塔通风散热设计
本项目冷却塔选用1组2模块低噪声逆流式开式冷却塔模块。冷却塔设置位置几近苛刻，因屋面大部分区域都被设计为室外活动平台使用，且需要考虑从陆家嘴地区高层建筑塔楼俯瞰美术馆屋面的视觉效果，冷却塔被放置于建筑屋顶东北角部艺术信号塔体内部。为保证冷却塔通风散热效果，并避免噪声影响屋面室外活动平台使用，设计组织气流通道如图7所示，冷却塔架空安装在艺术信号塔中部钢结构平台上，其下方及周边检修马道采用通风率80%钢格栅板铺设，空气自艺术信号塔南侧、西侧底部石材格栅进入艺术信号塔体内部后向上流经钢格栅板，并被吸入冷却塔，在冷却塔内接触冷却水并吸热后，空气经冷却塔风扇、竖向导风筒向上排入大气。冷却塔每个模块额定散热风量336000m3/h，设计核算确定进风通道的面积，并与冷却塔设备厂家确认风扇风压满足克服整个气流通道阻力的要求，最终取得了良好的使用效果和景观效果，同时有效控制了冷却塔噪声对周边的影响。
图7冷却塔布置剖面图
5结语
浦东美术馆项目于2020年年底竣工，空调通风系统经过近一年时间的运行，总体使用效果良好，各空调区域室内温湿度均达到了设计要求，观众体感满意度较高。
根据美术馆使用需求及节约能耗、降低运行成本的原则，同时为配合项目的建筑效果，本项目设计在借鉴既有类似项目建设经验的基础上，结合技术分析手段在系统形式、设备布置上进行了诸多有益的
尝试，包括冷水机组冷凝热回收、
双通道恒温恒湿空调机组及
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建筑热能通风空调
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按热回收处理排风量选择的空气热回收机组的新风量偏小，不能满足要求。究其原因就在于对规范的理解存在误区，对总新风送风量至少25%的排风设置集中排风系统并不意味对每个空调区都要设置热回收系统，可以某几个空调区对75%新风量进行热回收，某几个不设置热回收，使得热回收处理排风量大于总新风送风量的25%，就满足规范要求。
4.2吊顶高度问题
吊顶高度一般由建筑专业考虑，但是会发现在设计中起决定作用是设备专业的管线，尤其空调风管尺寸。如果设计不合理就会造成吊顶高度偏低，甚至不满足要求或者管线打架严重。因此在设计中各设备专业（电、暖、水）应相互配合，确定各自的路由，避免设计后期管线打架严重和设计返工。建筑
专业确定吊顶高度时，应首先根据设备专业的管线综合，合理确定吊顶高度。同时，设备专业应根据建筑功能、建筑需求合理选择设计方式。例如在本工程中有许多区域考虑后期的商业功能，这就要求吊顶高度尽量提高。在初期设计中只是按照枢纽办公要求，吊顶高度保持在2.4m左右，这高度对于商业功能区域就偏低了。到设计装修阶段，就要求尽量提高吊顶高度，为了提高吊顶高度多处下送下回空调系统更改为侧送侧回方式。对于吊顶高度等类似问题，设备专业与建筑专业应相互配合，已满足建筑功能的要求。
4.3屋顶设备基础高度
在施工图设计中，需要给结构专业提供屋顶设备基础高度以便于其进行荷载计算，但是在实际设计中由于基础高度没有明文规定，这就使得其变成一个易被忽略的问题，有时也会采取随意标注高度500mm、高出完成面200mm等不负责的做法。屋面设备，包括风机，在保证便于安装的前提下，基础高度的作用主要是防止屋面积水浸湿设备机座。在本工程设计中，屋顶基础高度的确定主要考虑三个因素。一是建筑完成面高度，因为设备基础一般都坐落在结构基础上，设备基础应高出建筑完成面。二是屋面积水高度，在排水不利条件下，屋面可能会发生积水。考虑安全、可靠的基础上，设备基础高度应考虑积水高度，积水高度可根据相应计算得到，设备基础高度可能随建筑坡度变化，特别在积水低点处设备基础高度最高。三是屋面防水卷材上翻高度，根据建筑要求，上翻高度需要高于积水高度200mm。综合考虑这三个因素确定了屋顶设备基础的高度，根据不同工程，设备
基础高度存在差异，这里希望给大家提供一个参考。5结论
随着城市的发展，大城市交通枢纽的功能不再单一化，它可集商业、餐饮、办公、轨道交通于一身的综合体，为了可以更好地满足人员的舒适性要求以及多种功能的需要，合理设计暖通空调系统具有非常大的重要性。通过此案例分析了大型交通枢纽暖通空调系统设计中的各种设计因素，使得交通枢纽的空调通风系统与其多样化的建筑功能合理结合。同时在本工程设计中采用了包括：过渡季节直接引用室外空气作全新风运行。二次泵系统。高大空间射流角度优化设计；全热回收等节能技术。在安全、可靠、使用灵活、满足温湿度及其他环境要求的基础上，实现了减少交通枢纽空调系统投资、降低运行费用的目的。
参考文献
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道大学,2016.
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车库、停车场设计防火规范[S].北京：中国计划出版社,2014.
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[6]北京市规划委员会.DBJ11/687-2015公共建筑节能设计标准
[S].北京：中国促进会,2015.
运行模式转换、地面辐射供冷、冷却塔布置等，可以为日后其他美术馆、博物馆、展览馆项目暖通空调设计提供良好的借鉴。
参考文献
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规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2015.
[2]中国建筑科学研究院.GB50736-2012民用建筑供暖通风与空
气调节设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2012.
[3]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版
社,2008.
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王平：北京某交通枢纽暖通空调设计及若干问题思考
第41卷第6期·97·
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