西南大学教学示范楼暖通空调工程设计

1、引言
随着国家对高等教育的重视与投入，较多的学校建筑对室内环境控制的要求逐步提高， 暖通空调方案设计对学校建筑室内环境有着极为重要的作用。用学校建筑暖通空调方案设计作为高校建筑环境与能源应用工程等专业学生的设计竞赛题目，既具备暖通空调设计的普适性，又具备学校建筑时间与空间的特殊性。对于学校建筑，学生不仅熟悉其建筑功能，能有效控制暖通空调设计的基本条件，而且能够充分展示自己运用所掌握的专业知识解决工程实际问题的能力。对学生进入行业领域的能力训练和素质培养也能够起到促进作用。对于复杂功能的学校建筑，对于提高学生的综合设计水平，具有现实意义。
题目要求按照全年候气象条件完成该教学示范楼的暖通空调设计方案，方案应按照设计规范以及技术措施的要求（含专业设计规范、防火设计规范、节能设计规范以及技术措施）进行设计。设计方案应结合工程所在地的自然地理环境、功能及使用特点，满足节能环保要求，改善教学示范楼各功能区室内空气品质，为学生、教师、工作人员以及社会部分群众等提供健康、适用、安全和高效的使用空间。设计方案要求体现出地域特点、专业特点以及主题特色，知识点应具有先进性。题目特别要求学生首先对自己学校所在地的校史馆、展览馆报告厅等多功能建筑进行调研，了解不同功能房间对建筑环境的要求等，写出调研报告，然后再进行西南大学教学示范楼暖通空调工程方案设计。

2、建筑概况
西南大学教学示范楼坐落于重庆市北碚区天生路 2 号西南大学内。该建筑用地具体位于西南大学的校园主干道一侧，处于西南大学校园中心区，场地空间开敞、交通条件便利，师生人流量较大，公共配套设施较为齐全。建筑北面为西南大学大礼堂，东面及南面为学校运动场，西面为自然山体，地势西高东低，高差近 13 米，呈山地地形。具体详见附件提供 的建筑总平面图。 建筑结构类型为框架结构。抗震设防烈度为 6 度。 该教学示范大楼是西南大学建校120周年校庆的重点项目之一，总建筑面积：28894m2， 建筑占地面积 6452.8m2，建筑层数地上 5 层地下 1 层，建筑高度 23.4m。由校史馆、美术馆、档案馆、自然馆、书画馆、文物馆、植物馆等专业储藏和展览空间等相关设施组成。该建筑是西南大学对外宣传悠久文化、科技成就、历史名人的重要场所和精神中心，是西南大学主要的标志性建筑之一。 建筑所在校区内的位置如图 1 所示。

图 1 建筑区位图

2.1 建筑平面布局
建筑主要功能共 6 层，其中地下 1 层、地上 5 层。地下 1 层为库房、车库及设备用房、 标本馆、珍品库等；一层为校史馆、档案馆、博物馆配套用房、消防控制室等；二层为入口大厅、校史馆、临时展厅、接待区等，三层局部为配套区；四层为历史博物馆、美术馆等、五层为历史博物馆、文教中心、报告厅等功能；设计利用建筑露台、屋顶等区域设置空中花园，体现生态环境的设计理念，视线内外通透。主入口局部架空通高三层，顶部引入自然光线，形成一定的气势，门厅采用玻璃幕墙进行围合，表现出一种开放的胸怀和吐故纳新的决心和力量，同时将室外景观和室内景观相互渗透融合。
建筑鸟瞰图以及主入口透视图见图 2、图 3。
各方向的建筑立面造型可参考附件提供的各立面透视图。

2.2 建筑功能分区

建筑功能分区如表所示：

具体各层建筑功能以及平面布置详见附件提供的各层平面图。

2.3 建筑立面造型、主要外装饰用材
整体造型设计根据周边校园建筑的形态和对校园景观的影响程度，以现代为主，并以此与其他建筑形成联系，交相辉映，共同营造和谐的校园文化氛围。因此在组合关系上形成一个统一的整体，共同营造出校园的特色，建筑以简洁的形态出现，加强了相互之间
的协调关系，更加表现出一种更加强烈的力度，给人以深刻的视觉冲击力。
作为学校文化展示的博览建筑，设计将建筑形态定义为数块厚重大气的巨石簇拥在一起，立面粗糙有力，线条刚直，体现西南大学悠久的历史传统和深厚的文化底蕴，巨石间穿插光亮的玻璃体，意味着立足于历史，欣欣向荣的崭新力量。
主要外装饰用材为真石漆、玻璃幕墙、铝合金百叶及铝板。

2.4 周边基础设施
本建筑周边无热力外网、热电厂、化工厂、污水处理厂等，水、电、燃气管网配套完备，冷热源方式可合理自定。

2.5 环控系统涉及平面布局的说明

1）负一层可选择任意珍品库房改造成为冷热源机房；负一层中的冷冻间为植物、昆虫标本 制作需要的冷冻工艺配套用房，学生可以不进行对应的工艺设计；

2）其他楼层所需环控机房，学生可根据方案进行相应调整，但需说明必要性，相关必要的 竖井等也可结合方案情况进行补充和调整；

3）屋面除阳光顶区域外，均可设置冷热源设备等环控设备，屋面结构能够满足环控设备运 行承载要求；

4）建筑主体周边区域在不影响进出口以及疏散要求的情况下，均可布置相关环控设备或对 应系统设施。

5）以上根据学生所确定的环控方案进行自由选择。


3、建筑材料及构造做法
建筑材料及构造做法可参见建筑图纸及建筑节能设计说明。墙体、窗、屋面等围护结构的传热系数等参数也可按《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）选取或权衡计算以满 足建筑节能要求。

4、设计规范
工程设计应依据符合现行有关国家政策的设计规范、标准、技术规程以及技术措施，且必须是现行有效版本，结合现行国家标准、地方标准和有关国际标准，选择其中标准高的执行，使建筑体现出技术的先进性。
4.1 中国现行设计规范、技术措施

A.《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB 50736-2012)；

B. 《博物馆建筑设计规范》（JGJ 66-2015）；

C.《档案馆建筑设计规范》（JGJ25-2010）；

D.《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）；

E.《暖通空调制图标准》（GB/T 50114-2010）；

F.《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2019）；

G.《建筑机电工程抗震设计规范》（GB50981‐2014）；

H.《建筑设计防火规范》 （GB50016‐2014）（2018 版）；

I.《城镇燃气设计规范》（GB 50028-2006）；

J.《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB50243‐2016）；

K.  全国民用建筑工程设计技术措施 暖通空调ꞏ动力（2009）；          

L. 《民用建筑设计通则》（GB50352‐2005）； 

M. 国家和重庆市相关规范、规程。。

4.2 国际设计参考

英国楼宇设备工程师协会设计手册 (CIBSE Guides)；

美国采暖、制冷与空调工程师协会设计手册 (ASHRAE Guides)。

5、能源价格
该建筑所在区域有城市电网、城市管道天然气供应。能源价格包括电价、天然气价格和 油价，具体参考如下（可能与实际有别，按给定的价格执行）。 重庆非居民（商业）用电价为 0.82 元/度，无分时电价；重庆非居民天然气价格为 2.25 元/立方米；此外，重庆市非居民燃油市场价可参考 6.1 元/升。

6、设计要求
设计要求分别从设计范围、总体要求和空调设计具体内容三方面论述。 

6.1 设计范围  本设计范围为建筑各层提供的各功能区域与房间的暖通空调设计。 

6.2  总体要求  按照全年候气象条件提出该建筑的暖通空调设计方案，并重点考虑节能与环保。方案应考虑建筑的功能性、系统性、先进性、文化性、经济性及“四节一保”（节材、节水、节能、 节地以及环境保护），设计应体现出地域特色、专业特色和技术先进性。
所提供的工程设计方案宜尽可能的减少能源损耗、利用可再生能源，并尽量运用绿色建筑节能技术。本次暖通空调设计方案要满足相关专业设计标准要求，设计方案可以不包括建筑给水排水、生活热水等系统设计，也不包括单独的消防防烟排烟系统设计，但应包括通风空调系统与建筑防排烟共用系统的设计。
在本次设计中，学生应充分考虑该建筑的特殊性。在建筑设计中所缺少的各功能井道、空调机房等，竞赛设计团队可以进行合理的补充，以适应该建筑的暖通空调设计，并应在相应文件中进行说明。对于该建筑暖通空调设计中涉及到的特殊性要求，如博物馆等对温湿度控制要求等，学生应查阅相关文献、规范等进行设计，并应在设计中突出相应的处理细节。

总体上做到方案可行合理、计算正确、表达规范清楚、技术先进、节能创新。 

6.3  空调设计具体内容    

空调设计方案应完成的基本内容包括如下各点： 

（1）空调冷热源设计

根据所确定的方案，包含下列各项中设计方案可能涉及到的内容。

1）冷、热源机组的型式、容量、台数；    

2）机房换热设备的型式、容量、台数；    

3）冷（热）水循环水泵型式、容量、台数；    

4）冷却水泵的型式、容量、台数；    

5）冷却塔的型式、容量、台数；    

6）室内、外机组的型式、容量、台数；    

7）机房设备布置与管路系统的布置连接；    

8）系统原理、流程；    

9）其它相关项，如可再生能源利用和余热回收方案等。   

（2）空气处理设备 

设计应包括各种空气处理设备及末端设备的选择计算和气流组织设计。   

（3）输配系统 

设计应根据不同空调冷热源方式，设计冷冻水（热水）系统、冷却水系统（如有）以及冷剂式系统（如有）和风系统，并包括空调分区方案。   

（4）自控系统 

设计应包括控制系统的设计原理及运行模式、运行策略。 

（5）节能、绿色环保    

节能、绿色环保应融汇在设计的全过程中，突出暖通空调系统的节能性以及建筑功能环控特点，尤其是高效节能运行。 

7．作品提交要求      

作品提交要求包括设计说明书和图纸两个方面。 

7.1  设计说明书    

说明书应以设计内容的说明为主，计算过程用典型实例举例计算过程即可，具体的计算内 容可用表格的形式表示，并可单独列章。（关于计算部分的规定请参见竞赛制度文件  3.2 作 品提交要求为准）。    

《设计说明书》基本内容应包括如下内容： 

（1）项目简介：项目的介绍、项目能源资源情况介绍   

（2）主要工作内容介绍：项目设计的主要工作内容、设计的基本思路等；设计依据与标准、以及参考资料的收集、相关类似建筑调研报告（包括：功能区人员数量变化特点、夏热冬冷地区室内外气象参数的变化特点、各功能房间的设计要求及负荷变化特点以及建筑各部分对能源类型的需求特点等）（注：此建筑环控调研报告可放在“设计说明书”中，也可作为独立附件递交；考虑到不同地域学校调研工作难度，所调研的类似建筑不限于夏热冬冷地区）。 

（3）空调负荷计算：空调负荷计算原理、计算过程，主要区域应进行负荷特征分析；计算 结果可单独列表描述。 

（4）方案介绍：能源利用方式、设计的空调系统形式、系统设计特色、室内外设计参数的确定、典型功能区域空气处理过程的分析、气流组织分析、冷热源选择及机房布置方案噪声与震动的防范等；其中还应详细表述通风设计，并应根据该建筑实际运行管理模式、使用要求、人员数量的变化规律来确定各功能区不同时段室内人员数量（应以上述调研报告作为参考），并考虑不同季节各类型房间对新风的不同需求以及建筑功能特性确定新风量及新风系统形式。 

（5）管网水力计算及设备选型：管网系统的设计、管径确定、泵与风机的选配以及管网的水力工况分析等；建议分析泵与风机效率，绘制风系统并绘制水系统水压图；计算结果可单独列表描述。 

（6）暖通空调系统的运行调控与分析：空调系统的季节性变化运行工况、负荷变化的运行工况调控与分析，以及节能措施。建议增加系统冷热计量和分项计量装置，分析调控运行策略，并进行运行能耗（冷热电）和系统能效分析。 

（7）节能分析和经济技术比较，进行投资回收期分析，可以独立章节单独进行描述。 

（8）各参赛队伍可在上述内容的基础上，发挥自身的特色进行设计。 

7.2  图纸要求    

图纸以能清楚表达设计思想为依据。数量一般不少于10张  0#或  1#标准图纸（平面图为  0#），不宜多于  15张。

设计图纸  CAD 版本应保存为  2004  以下、天正暖通7.6 以下或使用图形导出存为旧版格式。    

主要图纸的内容必须包含设计说明和设计图纸两个部分。    

（1）  设计说明     

内容包括设计和施工说明。应清楚表述设计概况及设计者的设计思想，一般作为图纸的首页。设计和施工说明包括建筑概况、设计依据、设计内容、主要设计参数、系统介绍、施工及验收说明等；还应包括图纸目录、图例及主要设备材料列表。    

（2）设计图纸     

A.典型房间或区域的空调风系统、空调水系统的平面图、剖面图（如有需要）；     

B.空调机房的风系统、水系统平面图、剖面图（如有需要） ；     

C.空调系统原理图；     

D.空调冷热源机房主要的平面图、剖面图（如有需要）；     

E.空调系统自控原理图；     

F.通风系统原理图和布置图 

G.其它。   

指定答疑老师： 重庆大学  刘勇，副教授  13452849936，guoliuyong@63.com