复杂体形大空间建筑暖通空调设计难点及对策

工程概况及特点:

凤凰国际传媒中心位于北京市朝阳区朝阳公园西南角,总用地面积18821m2,总建筑面积72478m2,建筑高度54米。

建筑理念:建筑造型取意于“莫比乌斯环”,这一造型与不规则的道路方向、转角以及朝阳公园形成和谐的关系。

建筑的整体设计逻辑是用一个具有生态功能的外壳将具有可独立维护使用的空间包裹在里面。体现了楼中楼的概念。两者之间形成许多共享型公共空间。

在东西两个共享空间内,设置了连续的台阶、景观平台、空中环廊和贯通上下的自动扶梯,使得整个建筑充满着动感和活力。

建筑区域划分: I区(南区)为办公; II区(北区)为演播工艺;III区 为共享空间(中庭)。

地下3层,建筑面积34185m2,由演播工艺用房、开放展示区、化妆间、库房、机电设备用房及汽车库(人防)组成。

建筑功能:南区首层为办公楼的大堂,从东西两侧通向二层平台;北区为1200平方米演播厅、600平方米演播室、观众候播区以及内部办公、展示门厅及货物装卸区。

南区二层为办公室,东西两侧为开放的二层平台;北区为200平方米演播室、100平方米演播室、参观体验区、展示区。

南区三层为办公室;北区为自用办公室、展示空间及设备用房。

南区四层为办公室;北区为自用办公室、屋顶花园以及展示空间。

南区五层为办公室;北区为展示空间。

南区六层至九层为办公区。

南区9.5层为设备机房。

十层至局部加层为高级会所。

建筑特点:

凤凰中心是国内首个完全由本土团队自主打造的地标建筑,也是首个全面应用数字信息技术的工程。

2014年6月,项目被美国建筑师协会(AIA)会刊《建筑师》杂志进行专题报道,文中充分认可凤凰中心的设计和建造成果,并认为它“证明了中国建筑师登上国际舞台”;发出了‘中国制造’向‘中国创造’模式转变的信号”;意味着现代建筑创新的接力棒已经传递到中国人手中”。

2011被知名网站designboom评为‘2011年全球十大文化建筑之一’。

集电视节目制作、办公、商业、展示、会所于一体的综合建筑;

体形、空间复杂;标志性建筑;

含大量开放的互动体验空间;

限额设计 ;设备专业系统繁多且复杂;

设计难点多、难度大。

暖通空调系统及节能措施简介:

1.空调冷热源:

冷源:夏季空调总冷负荷为9400kW;

在地下3层制冷机房内设有3台制冷量为2637kW(750RT)和1台制冷量为1785kW(500RT)的离心式冷水机组,机组自带变频驱动装置(VSD);

冷水供回水温度为5℃/13℃。

热源:冬季空调通风、供暖总热负荷为7250kW。

热力站设在地下3层。由市政热网引入一对DN200管道作为一次热源(冬季125/65℃,夏季70/40℃,供回水压差0.1MPa),通过板式热交换器和空调热水泵,供应60/50℃空调通风和采暖用热水。市政一次热水另有一分支供应设在热力站内的生活热水热交换器,换热量为832kW。

2.空调水系统

冷冻水采用二级泵系统。冷冻水二级泵和空调热水泵均采用变频泵,根据供回水压差控制变频泵的转速。

空调水系统采用四管制、变流量运行。空调冷热水系统竖向划分为一个压力分区。

空调冷热水系统定压膨胀采用闭式定压补水装置,根据气压罐压力控制空调冷热水定压补水泵启停及膨胀管上电磁阀的开闭。

空调机组、新风机组水路电动阀采用动态平衡电动调节阀;风机盘管水路电动阀采用动态平衡电动两通(双位)阀。

配置变频调速风机的4台超低噪声冷却塔设在建筑北侧室外地面 ,其中2台设有电加热装置,以保证冬季使用。

冷却水循环泵与冷水机组一一对应设置。

冷却水系统设自动加药排污和在线水质检测装置,通过加药对循环冷却水进行阻垢、缓蚀、杀菌、灭藻处理,通过水质检测装置来控制自动排污。

冷却塔供、回水管之间设旁通阀,冷却塔出水管上设温度传感器,根据出水温度控制冷却塔风扇的转速及旁通阀开度。

3.空调风系统

演播室采用一次回风大温差送风全空气定风量空调系统+排风系统,冬季可利用室外新风供冷。

展示区、观摩体验区、门厅、候播区等采用一次回风全空气定风量空调系统+排风系统。

工艺主机房采用自带冷热源的风冷式机房专用空调机(具有制冷、制热、加湿功能)加新风系统。

总控机房、非编机房、电话机房和楼宇自控、保安监控机房、消防控制中心等电气用房(全天值守)采用变制冷剂流量多联分体空调机(VRV)加新风系统。

化妆室、贵宾室、地下办公及会议、后勤办公等采用风机盘管加新风系统。

4.空调风系统

办公室、导播室采用低温送风变风量系统。变风量系统分层设置,空调机组集中设置。变风量末端采用单风道节流型(压力无关型),送风口采用高诱导比低温送风口 。

共享空间(中庭)采用一次回风全空气定风量分层空调系统,沿幕墙周边设置风机盘管。

会所采用一次回风全空气定风量空调系统,沿幕墙周边设置地板式风机盘管。

新风机组设全热回收装置 。

演播室气流组织采用大温差送风旋流风口顶送;采用低温送风变风量系统的房间采用高诱导比低温送风口侧送或顶送;工艺主机房采用地板送风口下送;中庭(环廊)、会所采用圆型喷口侧送风(风口形式结合装修确定);其余房间室内气流组织采用顶部散流器平送或上部百叶风口侧送方式。

5.采暖系统

在厨房等设有局部散热器采暖系统,供回水温度为60/50℃,每组散热器均设温控阀。

在门厅、会所、共享空间(中庭)等高大空间设有地板辐射采暖系统,冬季作为辅助和值班采暖。

6.通风系统

变配电室采用循环风降温+机械通风系统。

在厨房、车库、卫生间、垃圾间、冷冻机房、热力站、水泵房、中水处理机房、库房、电梯机房等设有机械通风系统。

厨房、热力站等房间冬季送风经加热处理;夏季送风经冷却处理。

冷冻机房等房间夏季送风经冷却处理。

水泵房、中水处理机房等房间冬季送风经加热处理。

在厨房和燃气表间设有事故通风系统。

7.防排烟系统

在楼梯间、消防电前室及合用前室设正压送风系统。

共享空间(中庭)排烟采用自动排烟窗自然排烟,开窗面积设计为地面面积2%。

在地下汽车库、长度超过20m的内走道、面积超过50 m2的地下无窗房间和无法满足自然排烟要求的有窗房间、面积超过100m2的地上无窗房间和无法满足自然排烟要求的有窗房间(如演播室、大办公室等)设机械排烟;机械排烟系统将上述区域产生的烟气直接排至室外。

节能措施简介:

1. 冷热源和空调采暖水系统

冷机性能系数满足《公共建筑节能设计标准》要求。

空调冷水泵、空调、采暖热水循环泵采用变频调速水泵。

空调冷水采用8℃大温差运行,减少系统流量,节省水泵电能。

热力入口设置热计量装置。

根据冷却水温度控制冷却塔风机转速。

空调末端设备、冷热源设备和空调、采暖水系统设有能量调节的自控装置。

散热器采用温控阀自动调节室温。

冬季利用冷却塔为内区供冷,节省空调能耗。

2.空调通风系统

空调系统分区设置,单独调节,降低运行费用。

演播室采用大温差送风,减少系统风量,节省空调机组电能。

演播室、办公室内区冬季利用新风作冷源免费供冷,节省空调能耗。

全空气空调系统过渡季可全新风运行,利用新风作冷源免费供冷,节省空调能耗。

新风系统设有排风热回收装置。

共享空间(中庭)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。

工艺主机房采用下送风的气流组织形式,提高通风效率;其余房间采用合理的气流组织形式,提高通风效率和舒适度。

共享空间根据空调系统运行策略采用开启上部电动天窗进行自然通风,节省空调能耗。

办公采用低温送风变风量系统,充分利用低温送风空调技术,降低空调机组的送风温度,以实现大温差送风,并达到以下目的:

减少建筑设备所需求的空间及空调风道的管径,使房间的吊顶高度和建筑的利用率得以提高;

增强空调机组的去湿效果,降低夏季室内空气的相对湿度,以减少室内细菌和微生物的繁殖,改善室内空气品质,有利于提高办公人员的办公效率和减少空调病的发生;

减少空调机组送风机的设备容量,降低送风系统的能耗,使空调系统的运行费用得以降低;采用高诱导比的低温送风口,使房间的空气流动分布均匀,以保证室内空气品质和新风的分布效果。

暖通空调设计难点和对策:

1.建筑热工性能节能判定:

设计难点:体形复杂,无法简单判定建筑热工性能能否满足节能要求;

解决方案:采用权衡判断;

初步判断:

被评建筑与参考建筑围护结构参数比较表

注:m为窗墙比,k为传热系数(W/m2.K), Sc为玻璃的遮阳系数。

根据对比表可知,下列指标不符合《公共建筑节能设计标准》围护结构热工指标限值规定,需采用权衡判断。

部分外窗窗墙比为0.71,超过标准要求的0.7;

屋顶天窗面积比为0.58,超过标准要求的0.3(与水平方向的夹角<45°时按照屋顶考虑);

外窗的热工性能K=2.3W/m2.k,超过标准要求的2.0W/m2k。

权衡判断工具:建筑热环境全年逐时动态模拟分析软件DeST;计算要点;模型建立;计算参数设定;全年负荷计算。

计算结果:

节能判定:

该围护结构热工性能符合北京市《公共建筑节能设计标准》节能要求。

判定结果分析:

屋面界定:与水平方向的夹角<45°时按照屋顶考虑。

主肋作用:窗墙比、外遮阳。

2.空调负荷计算:

设计难点:无法采用用传统的负荷计算方法计算负荷;

解决方案:采用建筑热环境全年逐时动态模拟分析软件DeST;计算要点;模型建立;计算参数设定;全年逐时负荷计算;负荷计算结果分析,负荷确定。

3.共享空间(中庭)空调、通风和排烟

空调系统设计难点:按“缓冲空间”理念设计,但需满足全年使用要求。

缓冲空间(过渡空间)简介

定义:基于生物气候学原理,充分考虑建筑的特点,结合场地的气候条件,利用建筑中的一些特有的空间作为建筑整体的“生物气候缓冲空间”(即“缓冲层”),这些空间除了具有使用功能之外同时又对建筑节能以及提高室内舒适度有显著贡献。

作用:基于对当地气候以及高层建筑特殊的高空环境的考虑,在具备最基本的使用功能的同时,还对外界的不良气候和环境的影响有缓冲和削弱的作用,能够最大限度的降低对不可再生能源的依赖。这种设计思路和出发点对节约能源、创建一个可持续发展的未来必将具有深远的意义。

缓冲空间(过渡空间)简介

案例分析:

解决方案:自然通风+空调系统

自然通风:

分析方法:

计算方法:

计算工具:

自然通风:

幕墙自然通风开口建议:

空调系统:

全空气分层空调+地板风机盘管

空调系统设计难点:无法采用常规设计方法准确评估气流组织方案的优劣。

解决方案:通过CFD模拟气流组织、热舒适性优化设计方案;计算要点;计算工具;模型建立;边界条件。

实测验证:现场实测结果与模拟结果对比分析

排烟系统设计难点:无采用机械排烟条件;中庭高度超过12米,采用自然排烟不符合规范要求。

解决方案:消防性能化设计

消防性能化设计结论:采用自动排烟窗自然排烟可行,开窗面积为地面面积2%。

实测验证:热烟试验

4.办公室排烟

设计难点:有可开启外窗,是否可采用自然排烟?是否可将烟气排至中庭?

解决方案:专家论证会

论证结论:采用机械排烟,将烟气直接排至室外。

5.BIM的应用

设计难点:体形空间复杂、管线密集,管线排布难度大。

解决方案:应用BIM辅助管线设计。

设计难点:空调机组集中设置,机房不规则、空间紧张,机房排布难度大。

解决方案:应用BIM辅助机房设计。

6.管道补偿

设计难点:场地形状特殊,受空间的限制,水管必须按照场地形状敷设,而非常规的直线敷设,无法采用常规的补偿方案。

解决方案:采用特殊补偿方案。

方案比选:

方案一:采用挠性沟槽连接将管道的补偿方式由集中补偿变为分散补偿。

方案二:采用角向补偿器集中补偿。

角向铰链补偿器特点:

可补偿管线在特定方向上的角位移;

固定支座受力较小;应组合使用。

方案比选结果:采用角向铰链补偿器集中补偿。

总结和体会:

复杂体形大空间建筑设计难点及对策

热工性能节能判定和优化—权衡判断

负荷计算—计算工具、计算结果分析

空调通风方案—模拟软件分析

消防问题—消防性能化设计、专家论证会

其他问题—相应的对策

存在的问题

软件接口和模型建立

BIM应用

其他…

设计体会:复杂体形大空间建筑设计体会;

设计理念和设计手法;设计平台和工具;团队合作;

专业配合;其它…

本文来源于互联网,作者:张铁辉。暖通南社整理编辑。

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