敦煌市博物馆位于甘肃省敦煌市,以博物馆展厅为主,并设有文物库房、办公室、管理用房等辅助房间。工程总建筑面积7398.2m2,其中地下设备层建筑面积为439.7m2,建筑高度为23.8m。
展区夏季空调计算冷负荷82kW,过渡季及初夏采用自然通风方式供冷,夏季最热月采用地道通风降温方式。
通风计算
1、室内外设计计算参数
敦煌地区夏季主要室外计算参数:空调室外计算干球温度34.1°C；空调室外计算湿球温度20°C；通风室外计算温度30°C；平均日较差11.9°C；室外平均风速2.2m/s；室外最多风向为ENE。
展厅室内设计参数:温度26～28°C,相对湿度40%～50%,A声级噪声小于50dB。
2、自然通风动态模拟计算分析
由于敦煌地区室外平均风速较小,无固定风向的时间较多,且受到现有建筑方案设计限制,建筑布局难以设计穿堂风。因此,自然通风设计考虑以热压为主,风压为辅。自然通风进风口在各展厅外墙的较低位置上开设,除四个角部房间(情景展厅、序厅、休息厅)靠立面上开设高窗进行排风外,其余展厅均利用艺术展厅四周的排风竖井进行排风。
对1.000m标高的序厅、南向展厅7,8月自然通风的室温进行模拟计算夏季高温季节采用间歇通风方式可降低室温,即在夜间和早上室外气温较低时采用较大通风量,利用温度较低的室外空气对室内进行降温(夜间通风持续的时间可酌情确定),而在白天室外空气温度较高时采用较小的通风量,仅保持室内人员健康通风换气量的要求即可。序厅、展厅未设计屋顶天窗,靠间歇自然通风方式可以满足夏季供冷需求,且室内温度≤28°C。
地道通风
夏季高温时段,展厅室内温度一定程度上超过30°C,不能满足人员舒适性要求,因此,夏季高温季节采用地道通风降温设计方案。由于地层对自然冷热能量的蓄存作用,可以作为天然的冷热源,地道通风降温是将地道冷却空气送至地面上的建筑物内,以达到降温目的的一项技术。敦煌地区夏季在一定时间段内气温较高,但全年平均气温较低,地层温度较低,具有利用地道降温的有利条件。敦煌地区土壤表面年平均温度12.1°C,地面温度波幅17.55°C。
由于受到建筑室外布管空间的限制,最大布管长度为325m。不同埋深情况下,对地道送风终温和地道提供冷量的影响,结果说明,地道埋深对送风终温影响较大。不同管长、送风量下送风终温和冷量影响,计算结果说明,送风量和管长对地道送风冷量影响较大。
自然通风设计
为充分利用自然通风,需要在建筑外围护结构上设置合理的开口,以利于热压和风压的作用进行通风。根据敦煌市博物馆现有建筑形式,自然通风进风口需要直接在外墙上开设,并且主要考虑利用热压通风的要求,进风口设置在较低标高位置(距室内地面0.50m),并且尽量设置在夏季主导风向(ENE)的迎风面上,而尽量避免冬季主导风向(WSW)。艺术展厅进风口设置在东侧休息通道内,在通道的外围护结构上开窗,并且开窗(开口)方向选择在北侧和东侧。其他房间的进风口采用在外墙上开设低侧条缝型百叶通风窗,条缝型百叶通风窗可最大限度减少直接开窗引起的太阳辐射的负面影响。
自然通风方案的排风设计有两种选择方案,方案1:利用太阳能烟囱的自然压头与辅助机械排风的方式进行排风;方案2:利用无动力通风换气扇排风。为了更好地满足建筑外立面的美观要求,排风设计方案最终选择了方案2,在中央展厅顶部设置8台无动力通风换气扇排风。冬季为了避免过量通风对室温造成的不利影响,在排风管道上设置开关式电动风阀,冬季切断排风通路。
地道通风降温系统设计
地道设置在庭院内,主要考虑在庭院内与建筑结构及其他管线的相互影响较小,并且庭院内营造沙丘景观,在地面上覆盖沙丘对地道会产生有利影响。
地道送风系统在夏季高温季节自然通风室温超出舒适范围时引入地道风。过渡季及夏季为了加强通风效果,可以切换到直接引入室外新鲜空气的状态,以便减小风机运行能耗。间歇使用地道风,在地道通风运行前,应对地道进行吹扫,新风口还可作为吹扫排风口使用。
为有效利用地道风的冷量并获得良好的室内空气质量,在各展厅及情景展厅、休息厅等房间考虑采用置换通风方式,将送风直接送入工作区。由于采用天然冷源,送风温度不会过低,不会使人产生吹冷风感。