国家某重点实验室空调系统改造设计

摘要：国家某重点实验室空调系统和区域制冷站经过多年使用，已不能满足现有使用要求。根据实验室现状分析，对其空调系统和区域制冷站做了可行的改造设计。

1.概述

该国家重点实验室坐落于合肥市某大学校园内，占地面积150亩,规划总建筑面积20287m2。该实验室1989年建成投入使用。主实验室为圆形大厅，主要实验装置为一环形设备，周边及环内为实验辅助配套设备。实验室设计时配套有空调系统及实验室区域制冷站。近二十年来，根据科研需要，实验室的工艺设备进行过多次改造、扩建，配套的土建及基础设施也随着改造、扩建。已使用多年的实验环大厅的空调系统及区域制冷站却未进行改造，已不能满足目前的使用要求。区域制冷站夏季空调冷源明显不足。而且原有的空调系统为人工手动调节，不能满足实验室所要求的环境温度的精度。国际上同类实验室几乎都有恒温系统。为适应该实验室使用环境的要求,拟对该空调系统进行改造，并对制冷站进行扩容改造。

实验大厅是一个半径约为25.3m，高约16.5m的圆形空间。大厅内设有一台可环绕的吊车，以便需要时吊装工艺设备。大厅吊顶下最大净空12.5m,环大厅周边为2.3m宽，高度5.5m的环形走道。环大厅内环境设计参数为：平均温度25℃,要求实验大厅内温度在相对时间内波动不大于1℃，相对湿度小于70%。工作区为2m以下，实验室为全年使用。

环大厅原有空调系统设有两台90000 m3/h的空调机组，气流组织形式为大厅顶部喷口送风，周边走廊顶部百叶风口回风，如图1、图2，环形送风支管设有电动调节阀。送风管道敷设于吊顶内。

2.设计方案

该实验环大厅内实验设备密布，除环形实验主装置外，其内外还有许多附属设备，设备热负荷为不均匀性分布(内区较多)。而厅内原有的顶部均匀送风，周边均匀回风的气流组织方式对消除大厅内不均匀负荷不利。且吊顶为非承重结构。如果要对气流组织进行重新设计就必须对送风管道进行改造。虽然大厅内设有一台环绕的吊车可利用，但其它较高大的施工设施无法进入，实验室也不允许全面铺开施工，只允许少量施工人员进入。如此不仅施工周期较长，对于一个经常处于使用状态的重要实验室，无法在甲方要求的短时间内完成，而且施工难度较大。在充分了解实验室的实际情况后，认为对气流组织进行重新设计是不可行的。

因此本次改造考虑不对送风管道进行改造，在大厅实验环内区负荷较大处，增设五台局部末端处理装置(明装立式风机盘管)，将最外环的送风管道上的送风口封掉12个，减少负荷较低的外环的送风。施工时利用环大厅内设的吊车在需要封堵的风口下套装盲管。实验环大厅原设计除空调系统外，还设有热水采暖系统，散热器布置在大厅周边的环形走道，有暖气罩。对原有暖气罩进行局部改造：拆除部分暖气片(实验环大厅原有的采暖系统仍然保留)，改为空调回风口，连接风管引入回风道，从而降低回风口高度，原有空调回风口部分封闭。如图3。

根据甲方所提负荷条件计算，考虑到送风系统管道不作改造，空调机组采用与原设计风量接近的两台85000m3/h的机组，空调机组设有回风机段、分风段、过滤段、表冷段、加热段、加湿段和送风机段。根据现有使用情况，最不利季节采用最小新风比为10%可满足实验室对新风的要求。计算夏季耗冷量为736.8kW，冬季耗热量为283.3kW。实验环大厅空调为全年运行，大多数时间处于部分负荷状态。

综合上述因素考虑，为实验环大厅单独配置过渡季节专用冷热源：选配一台额定供冷量为550kW的螺杆式冷水机组，为空调机组提供夏季与过渡季交替、区域制冷机房停机时所需用的冷冻水;选配一台额定供热量为200kW的热水炉，为空调机组提供冬季与过渡季交替、校区锅炉房停机时所需用的热水。区域制冷机房提供的冷源作为实验环大厅空调补充及备用冷源，如图4所示;校区锅炉房提供的区域热源作为实验环大厅空调补充及备用热源，如图5所示。考虑到整个实验室区域的其它场所空调所需负荷设两台935kW的螺杆式冷水机组。三台冷水机组、热水炉及冷热源系统其它设备集中设置在原区域制冷站(位于实验环大厅西边的辅房内)。并利用原区域制冷站外端的已搬迁不用的机修车间进行扩建。冷热水系统均采用闭式循环系统，用膨胀罐定压。当校区锅炉房进入运行季节，有补充热水进入本系统时，将热水系统的定压装置用阀门切断，由区域热水系统定压装置定压。

3.节能措施及自动控制

建筑节能是一项重要的基本国策。其中很重要的一点是暖通用能的节约，本改造设计无一例外的考虑了系统运行的节能措施。

为保证空调冷热源系统正常运行，在满足技术要求的前提下尽可能节省能耗，采用可靠的自动控制技术是关键。本设计冷热源和空调系统均考虑采用自动控制。控制系统由一套中央控制站、系统软件、DDC控制器、传感器及电动阀门等组成。总 线将各种功能的控制器与中央工作站相连，完成空调及冷热源系统的监测和控制以及空调及制冷机的节能优化控制。整体控制可提供对冷水机组、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵、热水炉、热水泵运行工况的监测、控制及诊断;可按每天预先编排的时间程序及负荷来启停设备。机组启动后，通过彩色图形显示不同的状态和报警，显示各个参数的值及打印机输出，并可通过操作人员任意修改设定值，以达到最佳的运行工况。

本工程空调系统采用全年多工况恒温恒湿的自动控制方式。根据室外空气的焓频图把空调工况分区，由室外空气的焓值与各分区临界点的焓值比较，判断室外空气状态所属的空调工况区，从而控制各阀门的动作，实现不同的运行调节方法。被空调房间的恒温恒湿状态点可由业主运行操作人员按实际需要通过软件修改(设定)。

本设计在实验环大厅设置温湿度参数采集点共20对，其中环形走廊内柱设温湿度采集点8对;中间实验区域设温湿度采集点8对;实验环内环设温湿度采集点4对。内环的温度控制采用优先控制设在环大厅内环的风机盘管末端。

本设计将两套空调系统的送风总管在空调机房内并联，并利用环大厅内的吊车对原有送风环支管上的电动调节阀进行维修或更换，这样在过渡季和低负荷时，利用自控系统关闭部分环路，可以只开启使用一台空调机组就能满足使用要求。实践证明此方案是可行的。