通辽图书馆暖通空调设计
通辽图书馆总建筑面积38150m2，地上6层，建筑最高点高度44.5m。效果图见图1。该项目设集中空调系统，冬季空调设计时合理考虑内区冷负荷，外区另设值班供暖系统。
图1通辽图书馆效果图
冷热源系统设计
该 项目设置集中供冷系统，为变流量一级泵空调冷水系统，设置单台制冷量为1617kW的水冷螺杆式冷水机组2台，冷水设计供回水温度为8℃/14℃。冷源侧 采用定流量运行，总供回水管之间设置理想特性为直线型的常闭压差控制旁通阀。组合空气处理机及风机盘管系统均采用两管制。负荷侧空调机组末端设电动两通调 节阀，风机盘管设电动两通开关阀，负荷侧为变流量运行。建筑物内各层水系统设计为异程式，系统各层支管供水管上设静态平衡阀（系统初调试时使用），使各个 末端设备获得设计流量，实现静态水力平衡；各层支管回水管上设自力式压差控制阀，以实现系统动态水力平衡。
夏季2台冷水机组可同时运行，过渡季根据负荷情况和室外气温开启冷水机组。由于该项目具有大面积内区，冷热负荷特点不同于外区房间，过渡季节甚至冬季时仍有内部需要供冷的可能，采用引入室外低温新风的方式为内区供冷。
该 项目空调用热水采用热力管网间接供热，一次热水采用引自市政热力管网的120℃/65℃高温热水，经区域换热站内的换热机组产出二次热水供空调系统使用， 二次热水温度为50℃/40℃；为防止冬季室外低温期空调机组盘管冻结，各新风机组、空调机组设新风预热段，预热段采用引自供暖系统的85℃/60℃热水 作为热源，该热水亦引自区域换热站内的换热机组。
空调热水系统与冷水系统共用空调集、分水器，冬夏季在1层制冷站内手动操作集、分水器处的切换阀门实现供冷、供热水路转换。空调冷水系统在制冷站内定压、补水、物化处理，热水系统在换热站内定压、补水、物化处理。
水系统水力平衡设计
水 力平衡是保证各用户达到设计热力工况的重要条件。由于集中空调工程中末端设备较多、形式各异，阻力可能会相差几倍甚至几十倍，供暖和空调水系统通常存在水 力失调。水力失调可分为静态失调和动态失调两类：静态失调是由管路系统阻力特性系数实际值偏离设计值而产生的，可通过静态水力平衡阀改变各回路的阻力特性 系数或采用自动流量平衡阀，实现静态水力平衡；动态失调是由于某些末端用户的阀门开度改变，导致系统内流量改变，从而使系统压力产生波动。
通 辽图书馆集中空调水系统采用一级泵变流量异程式系统，因此水系统设计除了必须达到静态水力平衡外，还必须较好地实现动态水力平衡。动态水力平衡实际上包含 两方面内容：一是消除和屏蔽其他分支的流量变化带来的干扰；二是保证调节阀两端的压差不能有太大的变化。目前就实现变流量系统动态水力平衡而言，自力式压 差控制阀＋电动调节阀效果较好。文献[1]给出了自力式压差控制阀的3种应用方式。该项目采用稳定每层水平供回水总管压差的方式，即在每层供水管侧设置的 静态平衡阀配合回水管处设置的自力式压差控制阀保证系统静态和动态水力平衡。设计思路为：静态水力平衡阀改变的是所在回路的阻力特性系数，能将水量按照设 计计算的比例分配，系统调试结束后，阀门的开度一般不作调整；自力式压差控制阀在工作压差范围内，保证控制对象（该项目为一个水平回路）的压差恒定。如不 考虑末端用户流量变化导致水平干管的阻力变化，则安装在回水管上的自力式压差控制阀能保证每个用户进出侧压差的恒定，从而改善用户侧电动调节阀的调节特 性，缓解各末端调节过程中的相互干扰问题。自力式压差控制阀选型时不能简单地按照所在管段管径选取，应根据工作压力、控制压差范围及流量系数选取。
图 2为空调水系统图。该项目中采用水平回水干管设置自力式压差控制阀，如果水平环路中干管的阻力相对于支路的阻力可以忽略，则各支路的调节互不干扰。因此， 水系统设计时，水平环路的管径按照较小的比摩阻确定，文献[1]指出单位管长比摩阻宜控制在100～300Pa/m，该系统设计时按照下限值确定管径。
图2空调水系统图
供暖系统设计
散热器供暖系统
各 区域以空调热风供暖方式为主，科研，办公，教室区域以及1层辅助用房区的站房区域、职工活动室、棋牌室、厨房区域辅以散热器供暖，散热器供暖供回水温度为 85℃/60℃。根据室内装修的需要，为避免房间内出现过多供暖系统立管，各区域供暖系统以水平双管系统为主。科研、办公、教室区域的水平主管设置在使用 层下层的吊顶内，1层站房、职工活动室、棋牌室、厨房区域的水平主管设置在本层吊顶内。各系统分支处回水管上设置自力式压差控制阀，各组散热器的供水支管 上均设置两通自动恒温阀。
地板辐射供暖系统
通辽图书馆设有通高的入口大厅、靠外墙的 休息廊、为满足采光设置落地幕墙的阅览室及读者自习区等均采用低温地板辐射供暖系统，以提高舒适度。热水采用引自区域换热站的50℃/40℃热水。采用低 温地板辐射供暖的区域温度控制方式，在加热管与分集水器的接合处，分路设置调节性能好的阀门。分集水器的总管上设置自动恒温控制阀，由位于使用房间内的温 控器控制自动恒温控制阀的开度。
空气处理机组防冻设计
通 辽市地处严寒地区，空气处理机组冬季制热量大于夏季制冷量。该项目冬季空调供回水温度为50℃/40℃，夏季空调供回水温度为8℃/14℃，如果空气处理 机组同时采用空气加热器和空气冷却器，将导致冬季工况下加热盘管内热水流速过低，增大加热盘管冻结的可能性。此外，通辽市冬季空调室外计算温度为 －21.8℃，新风与室内空气混合过程线经过焓湿图雾区，因此在加热盘管前设置供回水温度为85℃/60℃的新风预热盘管。图3为双风机空气处理机组控制 示意图。
图3双风机空气处理机组控制示意图
集中空气处理机组采用的防冻保护及防冻运行措施如下：
1）机组新风入口侧设电动密闭保温多叶调节阀，与对应的送风机联锁，当系统停止运行时自动关闭，以切断室外空气的进入。
2）设计时适当提高预热盘管内水流速度，提高预热水供水温度。预热盘管设电动两通开关阀，其设定2个状态：全开、最小开度20％。
3） 机组设置新风预热盘管及加热盘管（加热盘管采用夏季表冷器），冬季机组运行时，当预热盘管前的温度低于5℃时，预热水阀应完全打开，保证预热盘管出口空气 温度不低于10℃，预热盘管出口温度高于15℃时，关闭预热水阀（限制最小开度20％）。机组停止运行时，送风机联锁关闭新风保温型密闭阀，关闭预热水阀 （限制最小开度20％）。如预热盘管前的温度低于5℃，则打开预热水阀，直至空气温度高于10℃时关闭预热水阀（限制最小开度20％）。
非制冷季内区供冷及节能设计
通 辽图书馆体形系数只有0.11，存在大量的内区房间或进深超过5m的房间，如报告厅、多功能厅、古籍展示区等，各层阅览室、中庭进深均超过30m。这些内 区空调房间没有围护结构向室外散热，内部人员、灯光及设备等向室内散热导致房间全年均有冷负荷。此外，阅览室采用大面积的落地幕墙，冬季或过渡季太阳辐射 得热远大于幕墙传热损失，也可能导致室内温度超标。
消除冬季室内冷负荷方法，按照室外空气温度变化可分为3个阶段：第1阶段，过渡季新风 负荷降低显著，室外干球温度高于10℃时，制冷设备需部分负荷运行；第2阶段，室外干球温度介于5～10℃时，采用冷却塔为内区空调房间供冷，该方法适用 于风机盘管加集中新风系统；第3阶段，室外干球温度低于5℃时，可以采用室外新风消除室内冷负荷。
该项目方案确定阶段，比较了冬季或过渡 季采用冷却塔对内区供冷和采用室外新风作为冷源的可行性。首先，通辽市冬季空调室外计算温度为－21.8℃，极端最低气温为－31.6℃，冷却塔冬季运行 将导致迎风面出现冰柱，进而可能导致冷却水冻结；其次，冷却塔供冷时，为保证进入空调末端设备水质，冷却水经过板式换热器后进入末端设备，换热温差按照 1.5℃计算，而盘管出风温度比制冷剂的进口温度至少高3.5℃，则盘管出风温度至少比冷却塔出水温度高5℃；再次，冷却塔供冷主要适合于采用风机盘管加 集中新风的系统，而该项目除个别辅助用房采用该系统外，大部分空调房间均采用全空气空调系统。因此该项目引入室外新风消除过渡季和冬季内区的冷负荷，较为 合理。空调系统设计时，考虑了各个空调房间的人员最小新风比和负荷特点，选用相应类型的空气处理机组达到节能运行的目的。
通辽图书馆内几个典型空调房间的节能设计如下。
1）报告厅建筑面积556m2，为纯内区房间，且最小新风比较大。采用带转轮全热回收型双风机空气处理机组。机组能实现：
①送风、回风风量恒定，通过调节一次回风阀的开度，调节系统的新风量；
②冬季或夏季，系统采用最小新风运行；
③过渡季调节回风阀的开度，充分利用室内外空气焓差，或通过调节热回收旁通阀加大新风量直至全新风运行。
2）古籍展示区建筑面积250m2，为纯内区房间，采用双风机空调机组。机组能实现：
①送风、回风风量恒定，通过调节一次回风阀的开度，调节系统的新风量；
②冬季或夏季，系统采用最小新风运行；
③过渡季调节回风阀的开度，充分利用室内外空气焓差。
3）考虑到阅览区的采光，图书馆设计大量的中庭。这类空间采用单风机空调机组，确保室内的正压值，夏季通过设置在顶层的排风机通风。系统能实现：
①机组送风量恒定，回风及新风量可调；
②冬季或夏季，系统采用最小新风运行，同时保证室内正压要求，防止冬季冷空气侵入室内；
③过渡季充分利用室外低焓值的新风，联锁开启屋顶排风机。
