武汉国际会展中心空调设计

提要：
　　本文介绍了武汉国际舒展中心的空调、供暖、防排烟设计。着重介绍了蓄冰、蓄热系统的形式、特点及运行方式。蓄冰系统采用主机位于上游的串联形式；蓄热设备为分层的垂直层流型蓄热槽。大空间展厅采用了喷口送风分层空调。

关键词　蓄冰系统，蓄热系统，散流器，分层空调，防排烟

一、 工程概况
　　武汉国际会展中心（以下简称会展中心），位于汉口解放大道与京汉大道之间，是目前武汉市最具规模、配套设施最先进的国际展览、会议中心。占地面积7.69万㎡，总建筑面积12.6万㎡，地下五层，地下二层。展厅面积为4.7万㎡，其中7000㎡超大型展厅一个，4000㎡的大型展厅五个及一批中、小展厅；会议面积2.1万㎡,其中800座的大会议厅，除具有一般会议、放映、演出功能外，还具有同时进行8种语言同声传译的功能；另外配套有快餐厅、商务中心等。武汉国际会展中心已成为武汉市的又一标志性建筑。


二　空调冷热源
　　会议展览类空调负荷，随会议和展览的规模、内容及时段的不同有很大变化。而且整个空调系统所耗电能也十分巨大，这就要求空调系统不但具有较强的应变及调节能力，还应具备一定的节能功效。而蓄能系统，能切实满足上述要求。它是由主机及蓄能槽两部分组成，能够根据负荷变化情况灵活的进行多种方式组合，提供空调所需冷热负荷。它还具有很强的备用性，在电力有限的情况下，仅需很少的电量，通过释能而满足空调负荷的要求。
　　近年来武汉市推广实施了分时电价政策，峰谷电价比值达到4：1。市供电局对采用蓄能系统的工程，不仅分时计量电价，还降档收费。根据电价政策，综合其初投资、运行费用及投资回收年限等多种因素，会展中心空调系统的冷热源采用了夏季部分蓄冰，冬季全额蓄热的方式。
　　1.空调蓄冰系统
　　会展中心空调设计日最高冷负荷为12230kw，全日总冷负荷为87870kWh。制冷主机采用美国约克公司生产的四台1800kW双工况螺杆式冷水机组，载冷剂为25%（质量）乙烯乙二醇水溶液。蓄冰设备为美国BAC公司生产的蛇形钢盘管，共24组，沉浸在钢筋混凝土水槽内。夜间制冰蓄冷，其盘管进液温度为-6℃，总蓄冷量35860kWh，蓄冰率为38%。白天供冷时，由板式热器回来的11℃溶液经制冷主机降至7℃，再进入蓄冰槽，盘管出液温度3.3℃。
　　考虑到系统的可靠性、稳定性及性，蓄冰系统制冷主机位于上游的串联方式，即经板式换热器回来温度较高的乙二醇溶液先进入制冷主机降温，再到蓄冰槽降至空调负荷所需的温度。较高温度的溶液先进入制冷主机，可以提高制冷主机效率，降低装机容量，节约运行费用。与常规空调相比，会展中心制冷主机装机容量减少41%，冷冻站内配电容量减少36%。
　　系统运行通过阀门控制，可实现蓄冰槽单独融冰供冷、双工况制冷主机单独供冷、蓄冰槽与双工况制冷主机联合供冷等不同运行模式。图1为设计日冷负荷平衡图，图2为蓄冰空调系统流程图。系统运行策略实行优化控制，在设计日工况采用制冷主机优先，为降低运行费用，在峰值电价时段，只开三台制冷主机，平价时段四台制冷主机全开，冷负荷不足部分由融冰补充。非设计日工况采用融冰优先，根据负荷预测及实时监控，合理分配各时段融冰量，最大限度减少峰值电价时制冷主机的开启，随着负荷的减少，直到采用全融冰供冷。这样无论什么情况，储存的冰量都可以得到充分利用，充分发挥蓄冰空调削峰填谷，减少电网高峰用电量，节省运行费用的作用。
　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2　蓄冰空调系统流程图

　　2.空调蓄热系统
　　(1) 蓄热槽设计
　　本工程在初步设计时，曾考虑采用蓄冰槽兼作蓄热用，这样可以减少因采用蓄能系统而增加的建筑空间。但在后来的调查讨论中发现，冷热共槽，由于腐蚀的原因，使得运行效果很不理想，冰盘管在两、三年时间内就腐蚀穿孔。如果在水中加防腐剂，可以减轻腐蚀的影响，但会改变水的冰点，使得蓄冰过程无法控制。若冬夏季换水，则会大大增加水处理费用，故在施工图设计时，采用冷热分槽。
　　会展中心设计日最高热负荷为6830kw，全日总热负荷36280kwh。制热设备为美国富尔顿公司生产的三台1800kW的电锅炉，蓄热设备为垂直层流型热水槽，蓄热终温90℃，用热终温52℃。系统正常运行时为夜间蓄热，白天关闭电锅炉，完全利用所蓄热量供暖，在特殊情况下，也可用电锅炉直接供暖。图3为蓄热空调系统流程图。
　　蓄热槽位于地下一层，为一23.7×16×6.5m的钢筋混凝土池子，与主体建筑联为一体，为减少温度应力对主体结构的影响，水池采用内保温，保温材料为100mm厚聚氨酯发泡板材，内衬五布六涂玻璃钢防水层。
　　(2) 散流器设计
　　垂直流型蓄热槽，为实现自然分层的目的，要求在蓄热释热过程中，温度较高的水始终从槽上部流入或流出，温度较低的水始终从槽下部流出或流入。故在槽内设置了上下两组均匀分配水流的散流器，并且上散流器开口向上，下散流器开口向下。蓄热时锅炉送来的热水由上散流器进入蓄热槽，而冷水由下散流器流出，进入锅炉加热。在释热循环中，水流方向相反。
　　　　　　　
　　影响蓄热效率的一个重要因素是斜温层，即由于冷热水间自然的导热作用而形成的一个冷热温度过渡层，它的存在减少了实际可用蓄热量，但它也能有效的防止蓄热槽下部冷水与上部热水的混合，散流器设计的要点就是要在蓄热槽内获得较薄的、稳定而明确的斜温层。
　　根据流体力学原则，当槽内流体浮力大于惯性力， 即弗劳德数Fr<1时，可以形成很好的密度流。而较低的雷诺数Re也有利于减小斜温层的混合作用。其中Fr和Re分别为
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　
　　　　式中 q----散流器单位长度流量，m³/s·m；
　　　　　　 g----重力加速度，m/s²；
　　　　　　 h----散流器进口开口高度，m；
　　　　　　 ρ_i----进口水密度，kg/m³；
　　　　　　 ρ_a----槽内水密度，kg/m³；
　　　　　　 v----进口水的运动粘度，m²/s。
　　从式(1)、(2)中可以看出，Fr、Re除与流量、供回水温差有关外，还与散流器的设计密切相关，好的散流器可以形成稳定的斜温层实现较佳的分层效果。
　　会展中心的设计中，每台散流器设计成H型，由于槽体较长，为使流量分配均匀，每组散流器均设计成三台并联形式，每台散流器设一流量平衡阀。取Re=850，同时控制Fr＜1,x 经散流器开口角度120°，开口宽11mm，出口流速0.26m/s。

　　3.热力交换系统
　　蓄冰蓄热系统与空调末端用板式换热器隔开，可减少乙二醇及软水处理量，通过热交换，夏季向末端供给7/12℃冷水，冬季供给50/40℃热水。