商业建筑空调系统设计分析

张灯豪

摘 要：随着社会的发展，商业建筑的规模朝着大型化和复合化的方向发展，近年来商业建筑能耗也呈明显上升之势。本文从商业建筑空调系统的特性出发，说明了设计过程中的要点，并对适用的节能措施进行了举例说明。

关键词：商业建筑;空调系统;节能技术

1.商业建筑空调设计特点

商业建筑作为公共建筑的一个分支，在进行暖通空调系统设计时具有不同与其他公共建筑的特点，主要表现在以下几点：

1.1照明设备冷负荷占比大

商业建筑对于灯光照明的要求较高，除去特殊的设计能够得到的自然采光之外，大部分商业建筑为保证采光效果和设计效果都需要保证全天候、长时间的采光照明，且使用的照明设备数量多，发热值高，导致照明设备发热所产生的热量在空调系统需要制冷时成为冷负荷的较大部分，在系统设计时不能忽视[1]。

1.2系统负荷波动较大

一方面，为了应对如今越来越高的使用要求，商业建筑空调系统中不同功能的设备、不同功能的建筑分区使用时间不同，导致系统总负荷发生变化。另一方面商业建筑的人员密度较高，且波动性较强，随时间变化有一定的规律性，人员变化所带来的新风负荷和冷负荷波动不可避免。对所设计系统的可调节性要求较高，需要根据系统负荷变化进行调节，避免长时间满负荷运行导致的能源浪费。

1.3经济性要求较高

作为盈利性质的建筑类型，在商业建筑暖通空调设计过程中必须考虑的就是所设计系统的经济性，不单单需要考虑到系统安装和运行的初投资，更加需要兼顾系统之后的运行调节以及维护成本，综合考虑设计要求、使用情况、设备档次、能源价格、舒适状况、美观情况等等，以更加全面的角度选择和设计暖通空调系统[2]。

2.商业建筑空调设计

2.1参数选择

商业建筑内空调系统设计温度要同时满足顾客以及工作人员的共同需求。例如，在夏季的时候，顾客频繁的进出建筑内外，所带来的额外冷负荷如果不通过降低室内设计温度来负担，将无法满足顾客对于室内温度的要求，同时建筑内部的工作人员由于不用经常外出的缘故，如果一再地降低室内温度，可能会造成对工作效率的影响[3];在冬季的时候，顾客在进入建筑之前往往穿着厚重，有时候进入某些商业建筑之后可能会出现“热得脱衣服”的情况，此时需要一定程度上降低室内温度，但是工作人员不会穿着过多的衣物，如果室内温度降幅太大，也会影响到工作的状态。因此，合理的空调设计室内参数选择需要在保证工作人员以及顾客的热舒适要求的前提下尽量使系统节能，具体的设定值可以在系统运行时根据不同室内温度条件下建筑内部人员的PMV-PPD指标来确定。

2.2冷热源选择

往复式制冷机组、螺杆式制冷机组、吸收式制冷机组、离心式制冷机组是商业建筑所最常选择的冷源类型。机组数量选择尽量选取“大加小”机组，即大负荷机组加小负荷机组，在负荷需求较少的情况下，可以使用功率较小的冷水主机供应;在负荷需求较高的情况下，可以以大功率主机为主，小功率主机为辅的方式联合制冷，且都需要配备变频设备以提高自身在部分负荷下的COP值，在50%的负荷率下效果尤为明显。而城市热网、空气源热泵、锅炉则是商业建筑中最为常见的热源。为了有助于进行运营管理，冷热源通常进行集中设置，针对不同功能区域的冷热源则需要分开设置。对于运营时间存在差异的区域则可以设置独立的风冷热泵机组。机房应尽量靠近负荷的中心位置，考慮到成本投入和区域商业价值，一般商业建筑都将冷热源设置在地下室。针对冷热源做好相应的隔音和减震措施，而且方便对设备进行检修、管理和运输。

2.3通风系统

商业建筑通风系统主要针对的是各设备用房、营业区域、公共卫间区域、餐饮厨房区域的通风。排烟系统也可用于商业营业区的排风，所以在设置排风系统的时候必须考虑排烟系统的运行。以商业营业区域和餐饮厨房区域的通风为例，过渡季节运用全新风运行的空调系统，排风量按照全新风运行的排风量，可以与排烟系统相结合使用，并且满足排烟系统的运行需求。餐饮厨房区域的通风要考虑到针对炉灶位置的局部通过和房间的全方面排风，自然通风没办法满足需求时应该考虑燃气泄露时的通风和补风，而且在充分考虑燃气泄露情况下的事故排风情况下，必须确切计算厨房的排风，如果没有进行切实计算就要根据换气次数予以估计。

3.商业建筑空调节能技术措施

3.1中央空调变频技术的科学运用

在中央空调系统中，通过设置变频器来改变频率，使其根据建筑内冷热负荷的变化以及室内环境的要求来自动控制电动机的运转速度，当所需风量减小时，通过变频器调速降低电动机转速，以节约电能。经测试发现， 对空调机组、末端设备和水泵等设备采用变频控制可以减少设备能耗的30%以上[4]，并且变频变速与传统变速相比其调速范围更广，可使电动机实现平滑的无级变速， 同时由于变频器的启动方式为软启动，因此不会因为启动瞬间电流过大而对电网造成冲击。

3.2空调系统智能控制系统的运用

对空调系统增设智能控制系统，使系统的运行达到智能控制的目的，充分优化空调系统的运行状态，使各个设备可以在达到系统运行要求的前提下最大限度地节约耗电量。智能控制系统可实现的作用是：

（一）自动跟踪不同季节、不同时段建筑物内各个区域的温度、湿度值与室外条件之间的关系。

（二）动态调整空调的设定温度、湿度、修正值等参数，根据空调设备的实时运行状况，配以智能化的控制算法软件，优化压缩机运行周期。

（三）根据空调各负荷区域不同的工况条件、空调冷量分布、风量扩张循环等综合数据，提高优化冷量利用效率，排列出空调优先资格顺序，达到冷量效率最大化。

（四）根据系统的要求精确控制开启与关闭的空调数量，使空调机组在满足室内环境温度、湿度要求的前提下始终处于最佳运行状态，进而达到节能的效果，并延长机组的使用寿命。

3.3定期的清洗与维护

中央空调系统的冷凝器、蒸发器等在运行一段时间后表面会产生大量的水垢、细菌、藻类、污泥等，容易堵塞管道，并降低冷凝器、蒸发器的热交换效率，使其要达到换热效果就必须要长期高压运行，甚至出现超压停机等现象，造成了电能的严重浪费[5]，因此必须要对其进行定期的清洗和维护，除去水垢污泥等杂物，并通过化学药剂杀灭藻类物质，以改善冷凝器和蒸发器的热交换效率，提高制冷效果，使系统维持高效和安全的运行状态。

4.总结

中央空调的能耗是商业建筑能耗中很大的一部分， 据统计要占到总能耗的一半以上，一方面给整栋建筑物的配电带来了压力，另一方面也与有限的能源发展相矛盾，不利于经济和社会的可持续发展。与发达国家相比，我国商业建筑的能耗要比经济较发达国家如美国、日本同类建筑高出不少， 商业建筑空调节能还大有可为。

参考文献

[1] 梁哲诚，陈颖，肖小清，范立莉，罗向龙.广州市3栋商业建筑冷、热、电负荷特性分析[J].建筑科学，2012，28（08）：13-20

[2] 刘继文，刘帆.高层建筑暖通设计中存在的问题分析[J].山西建筑，2018，44（01）：96-97

[3] 薛勇.商业建筑暖通空调设计的相关影响因素[J].工程建设与设计，2017（06）：45-46

[4] 蓝桃生.变频调速技术在水泵节能改造中的应用探讨[J].中国设备工程，2019（24）：60-61

[5] 邓杰文，何适，魏庆芃，卢地，张辉.公共建筑空调系统运行调适方法研究（3）：冷水机组[J].暖通空调，2020，50（01）：103-109