<p>發(fā) 電與空調(diào)Power Generation &amp;Air ConditionNo.2/2017總第 174期 第 38卷嚴(yán)寒地區(qū)某植物展覽溫室暖通設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析徐 催（上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200041）摘要： 植物展覽溫室是高能耗建筑，尤其是建造在嚴(yán)寒地區(qū)的溫室，更加需要采用多種有效手段盡可能降低能耗，同時(shí)還必須滿足植物的生長(zhǎng)和人員的基本舒適性需求 。以黑瞎子島北大荒現(xiàn)代生態(tài)園為例，從圍護(hù)結(jié)構(gòu)，冷熱源系統(tǒng)，散熱器強(qiáng)化傳熱措施和不同季節(jié)通風(fēng)方式的角度，探討了嚴(yán)寒地區(qū)植物展覽溫室的暖通設(shè)計(jì)要點(diǎn) 。關(guān)鍵詞： 嚴(yán)寒地區(qū)植物溫室； 圍護(hù)結(jié)構(gòu)； 散熱器強(qiáng)化換熱措施； 風(fēng)系統(tǒng)D O I： 10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.02.019中圖分類(lèi)號(hào)：TU 831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095-3429（2017）02-0081-04Analysis of the Key Points of HVAC Design for a Greenhouse in Cold AreaXU Cui（ Shanghai Institute of Architectural Design &amp; Research Co.， Ltd， Shanghai 200041， China）Abstract： The greenhouse is a high energy construction, especially in cold area. It needs to adopt a variety of effectiveways to reduce energy consumption as much as possible，and also must satisfy the needs of the plant growth and basicrequirements for the staff. This paper introduces in detail the key points of HVAC design of a greenhouse in cold area，fromthe enclosure structure，heating and cooling system，heat transfer enhancement of radiator and ventilation of different seasons,take the Heixiazi Botanical Garden as an example.Key words： greenhouse in cold area； enclosure structure； heat transfer enhancement of radiator；ventilation system作者簡(jiǎn)介： 徐 催（ 1983-），女，河北保定人，碩士研究生，工程師，主要從事暖通空調(diào)設(shè)計(jì)工作 。0 引言植物展覽溫室是一個(gè)由人工控制 、展示生長(zhǎng)在不同地域和氣候條件的植物及其生存環(huán)境的室內(nèi)空間 。展覽溫室環(huán)境設(shè)計(jì)不同于一般公共建筑，一般公共建筑環(huán)境設(shè)計(jì)是為人服務(wù)的，主要考慮人的舒適性，而植物展覽溫室室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)是為植物服務(wù)的，考慮的是如何建立一個(gè)合適的植物環(huán)境，有利于不同類(lèi)型植物的良好生長(zhǎng)，同時(shí)兼顧一定的人員舒適度 。以黑瞎子島北大荒現(xiàn)代生態(tài)園為例，該項(xiàng)目位于嚴(yán)寒地區(qū)，冬季長(zhǎng)達(dá)半年的寒冷氣候，給植物展覽溫室的暖通設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn) 。該文從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，著重介紹嚴(yán)寒地區(qū)植物展覽溫室的暖通設(shè)計(jì)要點(diǎn) 。1 工程概況黑瞎子島北大荒現(xiàn)代生態(tài)園位于黑龍江省撫遠(yuǎn)縣黑瞎子島主島上，屬于嚴(yán)寒A區(qū) 。建筑主體為展覽溫空 調(diào) 技 術(shù)81發(fā) 電與空調(diào)Power Generation &amp;Air ConditionNo.2/2017總第 174期 第 38卷室，分別為熱帶植物區(qū) 、當(dāng)?shù)刂参飬^(qū)和采摘植物區(qū) 。夏季室外計(jì)算空調(diào)干/濕球溫度30.8/23.5 ，室外極端最高溫度38 ；冬季室外計(jì)算空調(diào)干球溫度-27.2 ，室外計(jì)算供暖干球溫度-23.8 ，室外供暖極端最低干球溫度-39.5 ，凍土深度2m左右 。該項(xiàng)目于2011年進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)的規(guī)范版本詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)6 、7 。室內(nèi)植物區(qū)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1 。2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)從方案設(shè)計(jì)階段開(kāi)始，圍護(hù)結(jié)構(gòu)就是關(guān)注重點(diǎn)之一 。首先，從熱交換角度考慮在冬季極端低溫下和2m深的凍土層可能對(duì)溫室?guī)?lái)的負(fù)面影響，溫室內(nèi)部采用下沉式的景觀設(shè)計(jì)，植物的覆土區(qū)域周邊多為室內(nèi)空間，從而減少與室外接觸面的熱交換 。在建筑內(nèi)壁及溫室周圈布置通行綜合管溝，滿足機(jī)電專業(yè)各種管道的排布要求 。通行管溝上方設(shè)置獨(dú)立的供暖溝，供暖溝內(nèi)土建施工完畢后抹平，再內(nèi)貼50mm厚的巖棉作為保溫材料，供暖溝內(nèi)均布銅管鋁翅片型散熱器及其相應(yīng)的強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)口，為溫室提供良好的熱保護(hù)，且整體隱蔽性極好，對(duì)園林景觀沒(méi)有任何影響，如圖2所示 。其次，針對(duì)植物生長(zhǎng)離不開(kāi)光合作用的特點(diǎn)，溫室的透光率需要大于75%，對(duì)建筑的玻璃幕墻荷載和傳熱系數(shù)提出了一定的要求 。該建筑體形系數(shù)為0.17，根據(jù)節(jié)能規(guī)范規(guī)定，屋頂透明部分的整體傳熱系數(shù)應(yīng)小于2.5W/m2·K 。傳統(tǒng)的全玻璃幕墻在達(dá)到此傳熱系數(shù)后，重量約84kg/m2，再考慮冬季積雪等因素，結(jié)構(gòu)荷載太大，且這種幕墻形式很難保證透光率，無(wú)法滿足植物生長(zhǎng)的需要 。后經(jīng)多方調(diào)研，確定采用三層ETFE充氣膜結(jié)構(gòu)和局部玻璃相結(jié)合的方式 。ETFE薄膜是一種新興的建筑材料，目前采用這種薄膜結(jié)構(gòu)的建筑并不多，比較有代表性的是北京的水立方和英國(guó)的伊甸園植物園 。這種膜的優(yōu)點(diǎn)是保證透光率的同時(shí)降低屋頂荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 。單層ETFE透光率達(dá)95%，三層氣枕結(jié)構(gòu)平均透光率達(dá)80%以上，整體平均傳熱系數(shù) k=1.96W/m2·K，滿足當(dāng)時(shí)國(guó)家的相關(guān)節(jié)能規(guī)范 。3 供暖與空調(diào)系統(tǒng)冷熱源黑瞎子島位于黑龍江和烏蘇里江交匯處，地塊平坦，屬于典型濕地環(huán)境，水資源豐富 。根據(jù)業(yè)主要求及其提供的相關(guān)資料，并經(jīng)相關(guān)部門(mén)同意，夏季空調(diào)冷源采用井水（由其他單位專供）供冷，井水供/回水溫度5/10 ，經(jīng)板換后，供冷供/回水溫度7/12 ，有效的利用室外 “免費(fèi)冷源 ”。在計(jì)算冬季熱負(fù)荷時(shí)，考慮到熱帶植物對(duì)環(huán)境溫度要求較高，因此在選用室外計(jì)算溫度時(shí)，是按照極端最低干球溫度-39.5 來(lái)考慮的 。在設(shè)計(jì)階段黑瞎子島尚屬于軍事管理地帶，該地塊的開(kāi)發(fā)并不成熟，天然氣管道尚未敷設(shè)入島，電力也不充沛 ?？紤]到植物的生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境的可靠性要求極高，最終確定采用燃油燃?xì)鈨捎谜婵斟仩t，天然氣敷設(shè)入島之前，采用-35#柴油作為圖 1 溫室效果圖及植物分區(qū)圖表 1 植物區(qū)設(shè)計(jì)參數(shù)夏季采摘植物區(qū) 20 夜 &gt;18 70-75晝 &gt;18 夜 &gt;10 75-85晝 &gt;18 夜 &gt;10 70-90區(qū)域空 調(diào) 技 術(shù)82發(fā) 電與空調(diào)Power Generation &amp;Air ConditionNo.2/2017總第 174期 第 38卷燃料，待天然氣供應(yīng)條件成熟后改用天然氣作為燃料，真空鍋爐供/回水溫度85/65 。在布置鍋爐機(jī)房時(shí)，預(yù)留一臺(tái)鍋爐和煙囪的位置，以應(yīng)對(duì)今后冬季更低極端溫度的出現(xiàn) 。4 供暖管溝及散熱器強(qiáng)化換熱措施植物展覽溫室屬于高溫高濕的環(huán)境，北方生產(chǎn)溫室中常用的熱鍍鋅圓翼型散熱器已被當(dāng)?shù)亓袨樘蕴a(chǎn)品，不能使用 ?？紤]溫室冬季供暖負(fù)荷較大，調(diào)研國(guó)內(nèi)各種形式的散熱器并結(jié)合上海辰山植物園的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際運(yùn)行情況反饋，確認(rèn)采用銅管鋁翅片型散熱器作為溫室周邊區(qū)域供暖設(shè)備 。根據(jù)供暖熱負(fù)荷及管溝中可設(shè)置散熱器區(qū)域計(jì)算（部分區(qū)域有結(jié)構(gòu)地梁，無(wú)法布置散熱器），要求散熱器每米散熱量達(dá)到5kW才能滿足植物的供暖需求 。根據(jù)相關(guān)資料，在供/回水溫度85/65 時(shí)，常規(guī)銅管鋁翅片型散熱器在自然對(duì)流情況下（一進(jìn)一出），每米散熱量約為0.85kW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)要求，而設(shè)置散熱器的區(qū)域有限，無(wú)法通過(guò)增加數(shù)量的方式來(lái)解決問(wèn)題 。針對(duì)供暖溝的土建尺寸，將常規(guī)的一進(jìn)一出型散熱器改為四進(jìn)四出型，同時(shí)調(diào)整換熱管的排布方式 。對(duì)了強(qiáng)化換熱效果，考慮在散熱器下方增設(shè)送風(fēng)口 。散熱器樣品經(jīng)同濟(jì)大學(xué)供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行性能測(cè)試，實(shí)驗(yàn)表明，在設(shè)計(jì)工況下，當(dāng)散熱器底部送風(fēng)速度達(dá)到1.3m/s時(shí)，散熱器供熱量能夠達(dá)到5kW/m，可以滿足設(shè)計(jì)的要求 。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，在地下室的通行管溝外圈設(shè)置若干臺(tái)新風(fēng)空調(diào)箱，供冬季強(qiáng)化換熱時(shí)使用 。室外新風(fēng)經(jīng)盤(pán)管預(yù)熱至10 后送出 ?？紤]到管溝內(nèi)的潮濕環(huán)境，設(shè)置于管溝內(nèi)的風(fēng)管均采用雙面啞光金屬鋁箔的復(fù)合型酚醛泡沫板制作 。施工時(shí)采用成品設(shè)備替代現(xiàn)場(chǎng)組裝，所有散熱器設(shè)置于下沉供暖溝內(nèi)，對(duì)展覽溫室的內(nèi)部景觀完全沒(méi)有影響，如圖2所示 。5 風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是植物展覽溫室設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，氣流會(huì)影響植物的呼吸作用和蒸騰作用，也會(huì)影響室內(nèi)的溫濕度分布 。在進(jìn)行風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，本著節(jié)能的原則，優(yōu)先考慮植物區(qū)域?qū)κ覂?nèi)環(huán)境的要求，再考慮參觀人員的舒適性問(wèn)題 。5.1 植物區(qū)域黑瞎子島地處我國(guó)最東邊，夏季氣候涼爽，室外計(jì)算空調(diào)干/濕球溫度30.8/23.5 ，室外極端最高溫度38 。展覽溫室是以熱帶植物及當(dāng)?shù)刂参餅橹?，根?jù)植物的生長(zhǎng)需求，夏季植物區(qū)溫度保持35 以下便可不影響其生長(zhǎng) 。從節(jié)約能源的角度考慮，盡可能的采取自然通風(fēng)的方式解決植物區(qū)夏季和過(guò)渡季節(jié)通風(fēng)問(wèn)題 。下部側(cè)窗為進(jìn)風(fēng)，頂部天窗為排風(fēng)，使室外風(fēng)能通過(guò)溫室植物區(qū)，帶走熱量 。下部側(cè)窗開(kāi)窗面積約為溫室外表面面積的4%，頂部天窗開(kāi)窗面積約為溫室外表面面積的5.5%，通過(guò)自然通風(fēng)量的計(jì)算公式，可以算出整個(gè)溫室的換氣次數(shù)約為28次/h 。經(jīng)植物專家評(píng)估，可以滿足植物的生長(zhǎng)需要 。冬季的垂直溫度梯度較大，該溫室的最高點(diǎn)達(dá)20m，如不采取有效措施，則頂部的高溫會(huì)導(dǎo)致植物的“燒尖 ”現(xiàn)象，影響植物的生長(zhǎng) 。借鑒上海辰山植物園的圖 2 管溝內(nèi)散熱器及風(fēng)口剖面圖空 調(diào) 技 術(shù)83發(fā) 電與空調(diào)Power Generation &amp;Air ConditionNo.2/2017總第 174期 第 38卷成功經(jīng)驗(yàn)，也結(jié)合園林景觀造型，在溫室內(nèi)設(shè)置了兩個(gè)直徑為1.2m的垂直通風(fēng)柱 。采用機(jī)械垂直循環(huán)通風(fēng)系統(tǒng)，在溫室高位吸入熱空氣后低位送出；同時(shí)在溫室頂部均布25臺(tái)溫室專用風(fēng)扇，風(fēng)向垂直向下，消除冬季室內(nèi)溫度梯度過(guò)大現(xiàn)象 。在冬季溫室內(nèi)無(wú)自然通風(fēng)的情況下，亦可攪動(dòng)室內(nèi)空氣，保持溫室內(nèi)有風(fēng)流過(guò)葉片，滿足植物光和作用和蒸騰作用的要求 。冬季室內(nèi)垂直高度上的溫度梯度不大于10 ，當(dāng)溫室頂部溫度大于0-2m處10 時(shí)，頂部噴霧降溫，同時(shí)，垂直循環(huán)風(fēng)機(jī)動(dòng)作，排除溫室頂部的高溫空氣 。在垂直通風(fēng)柱通風(fēng)系統(tǒng)中，在垂直循環(huán)通風(fēng)風(fēng)機(jī)出口處設(shè)置電動(dòng)閥MD1和MD2 。當(dāng)雨天無(wú)法開(kāi)啟外窗時(shí)，打開(kāi)MD1，關(guān)閉MD2，可以直接將室內(nèi)空氣排出室外；當(dāng)夏季開(kāi)啟自然通風(fēng)和遮陰系統(tǒng)時(shí)，植物區(qū)域溫度仍大于30 時(shí)，開(kāi)啟MD1和噴霧系統(tǒng)，關(guān)閉MD2，利用水的汽化吸熱降低周?chē)鷾囟?，并將高溫高濕空氣排出室外；在冬季，打開(kāi)MD2，關(guān)閉MD1，可以將高位熱空氣吸入后，至室內(nèi)低位排出 。風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟 、關(guān)閉由溫室園藝自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)定 。通風(fēng)示意圖如圖3所示 。5.2 人行區(qū)域在主人行道上和入口處設(shè)置全新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，地送風(fēng)形式，滿足一定范圍內(nèi)人流區(qū)域的舒適感 。夏季地送風(fēng)溫度20 ，冬季地送風(fēng)溫度32 。新風(fēng)量按1次/h換氣次數(shù)計(jì)算，以在冬季維持室內(nèi)正壓 。門(mén)廳 、來(lái)賓登錄區(qū)域 、休息區(qū)域等設(shè)置空調(diào)箱接風(fēng)管的全空氣系統(tǒng)，噴口送風(fēng)，地面回風(fēng) 。6 結(jié)語(yǔ)（ 1）嚴(yán)寒地區(qū)的植物展覽溫室，尤其是熱帶植物溫室是高能耗建筑，在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段均應(yīng)考慮采取各種有效的手段盡可能降低能耗 。在植物覆土區(qū)域不建議設(shè)置外墻，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮透光率對(duì)植物的影響，應(yīng)以保證植物的生長(zhǎng)需求為底線 。（ 2）嚴(yán)寒地區(qū)的溫室，在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能利用室外 “免費(fèi)冷源 ”并結(jié)合室內(nèi)外環(huán)境條件采取節(jié)能有效又能滿足植物生長(zhǎng)需求的降溫措施 。在冬季計(jì)算供暖負(fù)荷及設(shè)備選型時(shí)，應(yīng)考慮如何應(yīng)對(duì)冬季極端工況的出現(xiàn) 。（ 3）高大空間的冬季室內(nèi)溫度梯度應(yīng)予以足夠重視，如果溫度梯度過(guò)大，不但會(huì)造成能源的極大浪費(fèi)，而且生長(zhǎng)在底部區(qū)域的植物可能無(wú)法存活 。應(yīng)采取各種切實(shí)可行的措施，盡量降低室內(nèi)溫度梯度對(duì)植物和能耗的影響 。（ 4）由于施工時(shí)間限制 、業(yè)主經(jīng)費(fèi)籌措等問(wèn)題，該項(xiàng)目尚處于設(shè)備安裝階段 。待項(xiàng)目正式運(yùn)行后，將會(huì)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)和實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行測(cè)試和回訪 。參考文獻(xiàn)：1 諶小玲，何婧，劉曉朝. 上海辰山植物園展覽溫室的人工氣候環(huán)境設(shè)計(jì)J. 暖通空調(diào)，2011，41（增刊1）：87-91.2 朱學(xué)錦，王吉平.上海植物園展覽溫室空調(diào)設(shè)計(jì)J.工程設(shè)計(jì)，205，（3）：38-42.3 周穎. 銀川某植物展覽溫室暖通空調(diào)設(shè)計(jì)J.江西建材，2016，（6）：43-45.4 譚春暉. 高寒地區(qū)植物園圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 黑瞎子島北大荒現(xiàn)代生態(tài)園的設(shè)計(jì)實(shí)踐J.中外建筑，2014，（5）：111-112.5 胡永紅，黃衛(wèi)昌，等.展覽溫室與觀賞植物M.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2005.6 GB50019-2003，采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范S.7 GB50189-2005，公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)S.收稿日期：2017-03-31修回日期：2017-04-17圖 3 垂直通風(fēng)柱通風(fēng)示意圖封以不銹鋼絲網(wǎng)排至室內(nèi)低位排至室外風(fēng)機(jī)，設(shè)置于地下室FVDMD2MD1EA 準(zhǔn)120015.00±0.00空 調(diào) 技 術(shù)84</p>