-
本专栏特约组稿专家
宋孝春
伍小亭
檮
檮
殑
檮檮檮檮檮檮
殑
文化建筑
文化是一个民族的灵魂
p>
,
文化建筑可以体现一个民族深厚的历史文化底蕴
< br>。
全国雨后春笋
般兴建的文化
建筑
,
显示了国家经济的富强与人民精神文明的提升
。
文化建筑具有强烈的地域性
< br>、
民族性和文脉性
,
彰显着建筑
师的才华
,
张扬着地域文化与风
p>
土人情
。
博物馆储存着文明发展每个阶段的
记忆
,
自豪着华夏子孙
;
图书馆积攒了文明的扇叶
,
奔涌着知识的海洋
,
承载着求知的国人远航
p>
;
影剧院传播文明
,
可以享受视听的饕餮盛宴
。
p>
文化建筑以其功能的多样性
、
空间结构的复
杂性与设计参数的特殊性
,
成为暖通空调设计师
可以充分施展才华的舞台
。
博物馆藏品对室内温湿度的特殊要求
,
高大空间的气流组织及其
对
CFD
模拟技术的应用要求
p>
,
空间变化等的适应性
,
< br>低碳绿色建筑的倡导
,
地源热泵
、
蓄能空调
、
地
道风等优化的空调系统等等
,
都伴
随着文化建筑应运而生
,
是文化建筑与暖通设计碰撞后的理念<
/p>
与技术升华
。
《
暖通空调
》
12
篇文化建筑空调设计文章
欣悉
杂志社刊出这期文化建筑专栏
,
希望专
栏的
能给暖通工程师以启迪
,
把我们的智慧融入这文明传承的大潮中
。
(
宋孝春
)
中国国家博物馆暖通空调系统设计
中国建筑科学研究院建筑设计院
盛晓康
☆
董
静
摘要
介绍了国家博物馆兼顾文物保护
、
参观者舒适感和运行调节手段确定室内环境参
数的原则
。
分析了采用部分
负荷冰蓄冷
、
大温差低温冷水系统在负荷保证
< br>、
提高除湿能力和节
能方面的
优势
。
结合
CFD
模拟
,
采用了分层空调加地板辐射供冷的空调系统以改善高大空间
的室内环境
。
探讨了博物馆中文物库房和展厅恒温恒湿空调系统
的设计方法
。
关键词
节能
冰蓄冷
文物库房
展厅
恒温恒湿
檮檮殑
栏
首
语
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Ch
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★
China
Academy
of
Building
Research
A
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l
Design
I
n
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u<
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e
,
B
e
i
j
i
n
g
2
41
卷第
10
期
暖通空调
HV
&
AC 2011
年第
文化建筑
1
工程概况
)
位于天安门广场东
中国国家博物馆
(
见图
1
侧
,
设计保留原有老馆建筑中的北
、
p>
南
、
西侧部分立
2
将
其
余<
/p>
部
分
拆
除
,
改
扩
建
成
面建筑
35
000
m
,
191 900
m
2
新的国家博物馆
。
其建筑空间形式丰
4
类
,
房分为
尽管它们对文物库房内温度要求全年
都是
(
20
±
1
)
℃
,
但对环境相对湿度的要求却不
同
,
见表
<
/p>
1
。
同时文物库房还要满足环境相对湿度
日波动值不大于
5
%
,
温度日较差不大于
2
℃
的要
求
。
图
1
中国国家博物馆效果图
富
,
内部功能复杂
、
多样<
/p>
,
包括
15
345
m
2
的地下各
类文物库房
78
间
、
总面积为
64
800
m
2
的
47
个各
类展厅
,
还包括学术报告厅
、
数码影院<
/p>
、
演播室
、
文<
/p>
物保护室
、
科研室
、
鉴赏用房和服务于观众的公共
服务空间
。
本文重点介绍各类复杂
、
特殊功
能空间
空调系统的节能设计
。
国家博物馆内部功能的复杂多样使得室内环
< br>境要求多样且严格
、
苛刻
;
p>
空间形式的复杂多样使
得空调通风的气流组织要求各不相同
。
与商业公
共建筑不同
,
博物
馆类建筑的文化艺术空间室内设
计和装修在很大程度上限制了空调系统的末端形
式
。
风口不仅仅是空调系统的末端
< br>,
而是室内装修
设计的一部分
。
由于工程地处天安门广场
,
要求从
空中和所有立面都看不到任何建筑外百
叶和设备
。
这些因素和要求从不同的方面综合作用增加了空
调系统的设计难度
。
2
博物馆室内设计参数的合理确定
2
.
1
文物库房的室内环境参数
文物保存需
要恒
温恒湿的环境
,
但是不同材质
p>
的文物需要不同的恒温恒湿环境
。
不同于精密仪
器机房的恒温恒湿
,
很多文物对空气湿度变化率的
要求远比对温湿度值本身更加严格
,
所以对文物库
p>
房的室内温湿度还提出了
“
日较差
”
的要求
。
所谓
日较差
(
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<
/p>
r
a
n
g
e
)
,
是指温度或湿度在全天
24
h
内变化的振幅
,
是全天中温度
(
湿度
)
最高值与最
低值之差
。
例如虽然相对湿度要求是
50
%
±
5
%
,
看似全天相对湿度最低
45
%
、
最高
55
%
就可以满
足要求
,
但是全天湿度变化却超过了
5
%
日较差的
要求
。
根据
文物材质对环境温湿度的要求
,
将文物库
表
1
文物库房室内相对湿度要求
可存放的藏品材质类别
全年相对湿度
范围
/
%
一类藏品
砖瓦
、
石器
、
玉器
、
石刻
、
陶器
、
瓷器
、
印
40
~
50
库房
二
章<
/p>
、
徽章
武器<
/p>
、
钱币
、
铜器<
/p>
、
类藏品
其他金属器
30
~
40
库房
三类藏品
书画
、
拓本
、
油画库
、
文献
、
织绣
、
皮革
、
50
~
60
库房
基藏库品
、
善本
、
古籍
、
过刊
、
报纸
、
外文书
、
文博资料
、
家具
、
< br>漆木牙骨
考
四类藏品
45
~
55
古挖掘品
、
复制品
、
民族文物
、
< br>现代
库房
< br>艺术品
、
杂项库
、
临时库房
2
.
2
博物馆展厅的室内环境参数
国家博物
馆展厅数量
多
、
面积大
,
科学
合理
地
确定其室内环境参数不仅是保证文物安全
、
兼顾参
观者舒适感的要求
,
同时也在很大程度上影响博物
馆的运行能耗
。
文物的展示不同于保存
,
除了以文
物材质类型为题进行的专
题展览外
,
一般文物展陈
并非只展出单一材质文物
,
同时展厅环境还要兼顾
参观者的舒适感
。
< br>考虑绝大多数的文物对温度本
身并不敏感
,
所以没有像西方国家博物馆那样将所
有展厅室内温度全年控制在
(
22
±
1
)
℃
,
而是将绝
大多数的展厅室内温度根据冬夏季节不同控制在
20
~
26
℃
,
见表
2<
/p>
。
个别重要或环境敏感的文物则
采用带有恒温恒湿功能的展柜方式进行展出
,
只有
国际交流展厅全年采用同一温湿度标
准
。
这样一
种室内环境参数的确定从根本上较西方国家博物
馆展厅减少了能耗需求
。
表
2
展厅室内环境温湿度
夏季展厅环境
冬季展厅环境
温度
/
℃
相对湿度
/
%
温度
/
℃
相对湿度
/
%
数字化展厅
26
±
2
55
±
5
20
±
2
45
±
5
展柜空调
24
±
1
55
±
5
20
±
1
50
±
5
其他
24
±
2
55
±
5
20
±
2
50
±
5
3
博物馆恒温恒湿设计
恒温恒湿房间多采用风冷恒温恒湿专用空调
< br>机组
,
而国家博物馆要求恒温恒湿的房间数量多
、
规模大
,
如果采用上述机组
,
则设备数量多
、
布置分
①
☆
盛晓康
,
男
,
196
3
年
12
月生
,
本科
,
高级工程师
100013
北京北三环东路
30
号中国建筑科学研究院
(
010
)
64517367
E
-
m
a
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:
shengxk@
c
a<
/p>
b
r
-
d
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g
n
.
com
收稿日期
:
2011 -
08
-
15
2011
(
10
)
<
/p>
盛晓康
,
等
:<
/p>
中国国家博物馆暖通空调系统设计
3
C
O
P
p>
低
、
散
、
投资大
、
噪声大
、
p>
效率低
、
运行费用高
,
且建筑上也不允许如此多的室外风冷机组破坏建
筑外观效果
。
所以设计上采用了常规空调机组
,
通
过高可靠的集中冷热源和空调自控手段达到恒温
恒湿的空调效果
。
3
.
1
文物库房恒温恒湿空调系统
为保证文
物库房室内环境的稳定
,
从被动设
<
/p>
计优先的角度出发
,
将库房置于建筑平面
中部地
13
.
00
m
的深度
,
下
隔绝其与室外环境的直接热
湿交换<
/p>
,
最大程度地降低空调负荷
。
每
间库房少
舒适要求不同的矛盾
,
在部分展厅设置了展柜空
调系统
,
创
造出展
柜
内
空
间与
展
厅
空
间
微
小
的
温
p>
湿度差别
,
避免
为
满
足
个
别展
品
要
求
而
p>
改
变
或
提
高整个展
厅
室
内
环
境
的
要
求
。
展
柜
空
调
系
统
不
设排风
,
仅
设
少
p>
量
新
风
以
维
持
相
对
展
厅
的
微
< br>正
压
。
这样的
处
理
方
式
兼
顾
了
两
者
对
室
内
p>
环
境
的
不同要求
,
避免了
空<
/p>
调能
源的巨
大浪
费
。
根
据
展
p>
品的性质及对环
境
的
要
求
,
在
非
参
观
时
间
p>
有
可
能
停止运行展厅空调
,
仅运
行展柜
空调
系
统
。
此
时
需要注意
的
是
展
柜
内
外
空<
/p>
间
的
环
境
差
异
是
有
限
制的
,
通常展柜内外的温差不超过
6
℃
。
除玻
璃
<
/p>
量的新风既
是维
持同时
< br>进
入
库
房
的
两
名
工
作
人
员的卫生需要
,
也是保证库房相对走廊呈正压的
措施
。
以水盘
管
再
热
方
式
替
代
专
用
机<
/p>
组
的
电
再
热
,
以干蒸汽加湿
方式代替恒温恒湿专用空调机
的电加湿
,
合理利
用不
同
品
位
的
能
源
,
减
少
配<
/p>
电
容量
6
000
kW
,
提高
了
博
物
馆
综
合
能
源
利
用
p>
效
率
。
当一台空
调
机
组
负
担
多
间
室
内
环
境
要
求
相
同的恒温恒湿文物库房时
,
在每间库房送风支管
处设置了
1
℃
温升分挡调节的
0
.
75
kW
电
再
热
p>
装置
。
以空调
机<
/p>
组
总
的
回
风
湿
度
控
制
机
组
的
加
湿或除湿
,
以各库房房间的相对湿度调控电再热
功率
,
从而达到微调相对湿度
1
%
~
6
%
的
目
p>
的
,
满足文物藏品对湿度的苛刻要求
。
3
.
2
展厅恒温恒湿空调系统
与文物库房不
同
,
展厅由于有大量的参观者
,
负荷扰动明显
。
国
家博物馆的展厅数量和种类多
、
面积
大
。
有的专题展厅只展出同一种材质的展品
,
例如青铜器展厅
;
有的展厅则展示不同材质的展
品
p>
,
例如古代中国展
,
可能既有瓷器又有书画
;
还有
的展厅不同时间段展出不同材质
的展品
,
如国际交
< br>流展厅
。
如果所有展厅都按照最高标准
< br>、
最严格的
要求进行设计并运
行
,
势必会造成空调能耗的增
加
。
这就要求同一展厅空调系统应能够在不同
的
时间满足并适用多种不同室内空调环境运行
。
根
据展品的不同
、
时间的不同
,
采用不
同的运行模式
才能在满足使用要求的同时
,
最大限度地节能
。
例
如当展出字画时
,
可以
实现全天的恒温恒湿运行
,
夜间则可以减少新风量运行
;
展出瓷器时则可以按
照舒适性空调系统运行
。
3
.
3
展柜空调系统
为解决同一展厅内不同材质文物所要求的室
< br>内环境不同
、
文物对室内环境的要求与参观者的
内外温差造成的
展
柜
空
调
负
荷
p>
外
,
还
应
验
算
展
柜
玻璃内外的露点温度
。
展
柜空调系统为所连接的展柜提供的是同样
温湿度参数的展柜环境
,
如果不同的展品需要不同
的展柜空调环境时
< br>,
则需要设置带独立恒温恒湿装
置的展柜
。
4
高大空间的分层空调系统设计
面向天安门广场的西侧入口大厅长
270
m
,
高
27
m
,
中间宽度达到
60
m
,
若
采用全空间
、
全空气
空调系统
,
暖通空调热负荷高达
1
519
k
< br>W
,
冷负荷
为
< br>
2
488
k
W
。
通过
CFD
对大厅进行的温度场模拟
(
见图
2
)
得知<
/p>
,
竖向温度梯度达到
12
℃
。
为了减
少空调运行能耗
,
设计采取了分层空调与地板盘管
辐射空调结合的方式
,
所有空调装置和送回风的气
流组织都在距地面
6 m
高的范围内
。
图
2
西侧入口大厅夏季室内竖向温度分布
夏季当顶部区域的空气温度高于室外通风温
< br>度时
,
可以利用屋顶的自动窗实现自然通风或利用
与消防合用的风机实现机械通风
,
从而在不增
加空
调系统冷负荷的条件下
,
消除顶部
余热
。
由于靠近
地面能够设置风口的位
置非常有限
,
不得不将部分
-
-
-
-
-
-
-
-
-
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