南京图书馆空调通风设计

南京图书馆是江苏省公共图书馆,是江苏省最大的文献宝库和文化事业发展的重要标志性工程。建成后的南京图书馆为全国第三大公共图书馆、国际图联成员馆。南京图书馆建设目标为高起点、高标准、国内一流、国际先进的综合性、现代化图书馆。南京图书馆位于南京城市中心区大行宫岔口东北角,南临城市主干道中山东路,北接文化一条街的长江路,西傍太平北路,东临新建市民绿化广场。图书馆藏书1200万册,阅览座位3000座。图书馆基地面积25200m2,建筑总面积78000m2,分地下层、夹层、首层及一至八层,一层底标高为3.90m,建筑地面标高为40.80m,地下层为汽车、设备用房车,夹层作自行车库等用,首层及部分夹层为多功能厅、展厅、会议采编、教室、读者餐厅等用房。一层为大厅、目录厅、阅览室,二至四层为阅览室,五楼为计算中心、书库和古籍阅览室,六、七层为书库,八层为办公用房。

空调设计标准

1、室外气象参数

南京地区地理位置:北纬32o00′,东径118o48′,夏季空调室外计算干球温度35.0℃,夏季空调室外计算湿球温度28.3℃,冬季空调室外计算干球温度-6℃,冬季空调室外计算相对湿度73.0%,夏季室外风速2.6m/s,冬季室外风速2.6m/s。

2、室内设计参数

根据“采暖通风与空气调节设计规范”、“图书馆建筑设计规范”及建设单位的具体要求,确定表1所示建筑物各部位的设计标准。

空调系统

1、空调负荷、冷热源

本建筑夏季空调设计计算冷负荷按反应系数法计算确定,空调设计计算冷负荷为8900kW;冬季空调设计计算热负荷按稳态传热计算方法计算确定,建筑物冬季空调设计计算热负荷为5750kW。

考虑到近期供电紧张的严峻形势与政府文化建筑的示范引导作用,我们在计算、比较、分析的基础上给建设单位推荐2种空调冷热源方案供选择。方案1为分量冰蓄冷与全量电蓄热空调;方案2为燃气直燃型溴化锂吸收式冷热水机组。按照当时的能源与设备价格条件,方案1的综合造价高于方案2,直接运行费用方案2高于方案1。建设单位侧重于造价的考虑,最后选定方案2。方案2不仅节省投资,而且对适应国情,调整能源消耗结构,减少季节性负荷对电网造成的负担,减缓电力供需矛盾,节省国家对电力建设的投资和改善环境都有积极意义。

采用燃气型溴化锂吸收式冷热水机组为空调冷热源,机组配置有1000RT(3500kW)燃气型溴化锂吸收式冷热水机组2台和500RT(1740kW)燃气型溴化锂吸收式冷热水机组1台,冷媒水系统供回水温为7/12℃,冷却水系统供回水温度为32/38℃,热媒水系统供回水温度为60/52℃。图书馆计算中心采用计算机房专用风冷型恒温恒湿冷热风机组(机组额定工况冷量66kW,风量20000m3/h,加湿量10kg/h)2台,善本库采用风冷型恒温恒湿冷热风机组(额定工况冷量62kW,风量12000m3/h)2台。

2、空调风系统

空调系统原则上按使用功能及防火分区划分为若干系统。多功能厅、阅览室、大厅、展厅、报告厅、书库等采用低速风道送风空调方式。办公、研究室、小会议室、教室等采用风机盘管加新风空调方式。善本库采用风冷型恒温恒湿冷热风机组,低速风道上送上回。计算中心采用计算机房专用风冷型恒温恒湿冷热风机组,气流组织方式为底送顶回。组合式空气处理机组采用初中效二级过滤,并设湿膜加湿器实现冬季加湿,善本库进风系统加设活性碳过滤器;书库用组合空气处理机组采用电加热再热方式实现温度湿度控制,电再热器与风机安全联动。

3、空调水系统

空调水系统水管采用两管制,系统分若干回路负担不同区域,贯通各空调设备。由于建筑平面复杂,建筑体量大,空调水系统总体采用异程形式,首层及八层风机盘管空调器水系统采用同程形式。水系统采用异程形式的空气处理机组设动态平衡电动调节阀组。于集水器汇合的各路回水管均设平衡调节阀,备系统平衡初调节和各管路流量测量用,空调水系统采用设置于顶楼屋面的高位膨胀水箱实现系统定压和补水。

通风

地下室各房间采取机械送排风方式,各地面房间通过送新风及机械排风实行通风换气。车库、各设备用房采用全面通风方法消除房间余热或排除废气,经计算,由车库等各主要场所通风量折算的换气次数{换气次数n=L(通风量)/V(房间体积)},见表2。

风管材料及保温

地面排风排烟管及防火分隔两侧附近(2m范围)的空调风管管材为镀锌薄钢板,排烟管最小厚度不小于1.0mm,防火阀至防火隔墙或排烟风机间的排烟风管壁厚为2.0mm。

直燃机烟道采用不锈钢保温成品烟道。

地下室送排风排烟管、厨房排风管满足消防排烟要求的无机玻璃钢风管,送排风管耐火极限大于1h,跨越防火单元及防火阀与防火墙间的管段满足耐火极限大于2h。

空调送回风管:考虑层高及消音等因素,选用不燃玻纤保温风管,热阻要求符合节能标准规定,同时要求不燃玻纤保温风管符合环保、卫生等有关规定。

水管等保温:空调冷热水管采用带铝箔的难燃粉醛保温管壳。吊顶内排烟管采用不燃硅酸铝保温板材。

自控与节能

空气处理机组风机采用变频控制器实行季节性分阶段调节风量,以减少空调机组的能耗。空调水系统采用变水量运行方式,风机盘管空调器配设电动二通阀。空调机组配设电动调节与平衡阀组。分集水器间设压差控制阀。直燃型溴化锂冷热水机组燃烧器根据负荷需要无级变频调节,水泵与直燃型溴化锂冷热水机组根据负荷需要可自动调节运行台数。排风系统变频控制与台数控制相结合,过渡季节最大限度利用室外空气冷却。排风尽可能对向冷却塔进风部位。

防火、防排烟及建筑物性能化防火设计

通风空调系统原则上按使用功能及防火分区划分为若干系统,风管穿越防火分区及变形缝等处设防火阀。防烟楼梯间、消防电梯间前室、合用前室分设独立的加压送风系统。防烟楼梯间加压送风口采用自垂式百叶风口,消防电梯间前室或合用前室采用多叶加压送风口,多叶加压送风口平时为常闭,着火时,打开着火层及其上下两层的风口,同时启动正压送风机。送风系统维持防烟楼梯间40~50Pa,消防电梯间前室或合用前室25~30Pa的正压,以防烟气的侵入。送风系统风机设于夹层及首层,从建筑底部安全位置进风,提高火灾时送风系统进风的可靠性,另外,各进风系统进风处设烟感器,如发现进风有烟,则关闭送风机。

地下房间、地面无窗房间、内走道均设机械排烟。地面房间原则上采用可开启外窗自然排烟方法,个别阅览室等较大空间离外窗排烟口超过30m的部位采用机械排烟。建筑共享空间采用机械排烟方法排烟,另外,地下部分房间对应相应的排烟系统设机械补风。

以CO2为灭火剂的房间(燃气型溴化锂机组机房、善本库)其消防动作要求如下:发现着火时,消防中心发出信号,关闭出入该房间风管上的防烟防火阀及其送排风机,同时启动灭火系统,确认灭火后,打开出入该房间风管上的防火阀及其送排风机,排除烟气,排风量按事故通风标准设计。

本建筑由于综合布局的特殊要求,将建筑面积800m2的报告厅置于首层和地下一层,超出了现行《建筑设计防火规范》和《高层建筑设计防火规范》的要求,这给消防安全带来了不确定性。为此,该部分防火设计采用了性能化设计方法。

性能化设计得出的结论是:1)最小排烟量为43200m3/h;2)出入口设空气幕(设计中补风以主疏散门附近的底送空气幕方式补入室内,此外,各侧向疏散门上部于室外侧设循环空气幕,防止烟气进入疏散通道与前厅);3)及时准确探测火灾与及时报警;4)座椅和幕布采用不燃、难燃和经过阻燃处理的材质,尽可能采用火加载荷较小的材料;5)常规的洒水喷淋方法;6)健全消防安全管理措施。在上述前提下,该报告厅是安全的。性能化设计结论最后通过消防主管部门组织的专家组审查。

空调冷热源在空调系统总造价中占有30%左右的比重,在运行费用方面占有80%左右的比例。建筑空调冷热源有多种形式可供选择,不同的冷热源形式,其造价、对建筑空间的要求、能源消耗质与量、对环境的影响、运行管理方式与费用都不同。空调冷热源的选择应结合当地的能源条件与价格、建筑的性质与条件、建设单位与使用单位的情况、投资与运行费用、安全与环境因素等方面综合考虑。

建筑物性能化设计是二十世纪八十年代初提出,目前在部分发达国家比较流行的一种设计理念与方法。建筑物性能化防火设计以火灾动力学模型为基础,以防排烟和防火隔断为基本手段,以消防设施为基本保障,借助于现代化计算技术,结合建筑环境分析评价火灾风险和人员的安全疏散要求,从而提出更符合工程实际、更有效节省的防火设计措施。国内这一方法的应用尚处于初始阶段。

传统设计方法依据的设计规范是在现有技术成果和工程经验基础上形成的设计技术法规,其对保证设计的安全性起到相当重要的作用,设计规范规定的技术条款不能包罗万象,有的也滞后。工程中出现的一些新问题,或规范不够明确的问题,性能化设计方法不失为有效的手段。建筑物性能化防火设计比传统的设计方法更实际、高效与节省。但性能化设计结论的可靠性取决于性能设计模型的正确性、有关基础资料的正确性及计算分析过程的正确性。建筑的消防安全还取决于性能设计指出的措施的落实情况。建筑物性能化防火设计是个新生事物,希望这一新的设计理念与方法得到稳健推行。