绿色节能在暖通空调设计中的应用
——以江苏某高速服务区为例
2021-02-10孙一博
王 晔 孙一博 虞 宙
(1.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210000；2.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)
0 引 言
随着时代的发展，人民群众对交通出行的质量和服务有了新的需求，对高速公路的建设水平有了更高的要求，这也涌现出了商业综合体式的服务区，从而体现出了暖通空调系统的重要性及复杂性.本文以某服务区综合楼为例，合理的设计了暖通空调系统，该系统不仅改善了旅客的出行体验，同时也更有利于服务区的能源节约和环境保护[1].
1 参数设计
1.1 工程概况
项目位于常州市某高速公路服务区，项目总建筑面积3857 m2，建筑高度9.9 m.主要功能为餐厅、厨房、公共卫生间、办公室等.本次设计的暖通空调系统的优化主要体现在以下几个方面：采用多联式空调系统；单位风量耗功率较小的通风空调系统；合理选择和优化通风系统.
1.2 空调室外设计参数
根据文献[2]，室外设计参数取值如下：
空调室外计算干球温度为夏季34.6℃，冬季-3.5℃；
空调室外计算湿球温度为夏季28.1℃；
通风室外计算干球温度为夏季31.3℃，冬季3.1℃；
室外平均风速为夏季2.8m/s，冬季2.4m/s.
1.3 室内设计参数
根据文献[2]，室内设计参数见表1，空调冷热负荷及采暖热负荷指标见表2.
表1 室内设计参数
表2 空调冷热负荷指标
2 空调系统节能设计
2.1 冷热源选择
根据甲方意愿与相应的规范要求，本项目空调冷热源采用风冷热泵多联机系统[3]，风冷多联机系统无需冷冻主机及热交换机房，安装管路简单、节省空间、布置灵活、节能性好、运行成本低、管理维护方便简单.空调室外机布置在室外地面隐蔽处，不影响建筑外立面效果.
空调系统形式采用变冷媒流量多联机空调系统，多联机室外机就近布置在室外地面；空调室内机采用四面出风型与自由静压风管式.如图1-2所示.每层设置一台新风机组，通过外墙百叶取室外新风，处理过的新风通过风管送至各房间.公共区域和商铺的空调系统分开设置，方便控制和管理.空调平面布置图如图3所示.
图1 四面出风嵌入式室内机 图2 自由静压风管式室内机
图3 空调平面布置图
根据规范《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015,采用多联式空调(热泵)机组时，其在名义制冷工况和规定条件下的制冷综合性能系数IPLV(C)不应低于表的数值[3].
表3 名义制冷工况和规定条件下多联式空调(热泵)机组制冷综合性能系数IPLV(C)
本项目工程，变冷媒流量多联机空调室外主机采用微电脑自动控制，高效节能，各种容量多联机的IPLV≥4.0，均大于GB50189-2015所规定的要求，温度设定可以自行控制，主机根据各房间负荷的调节大小自动调整运行功率，以节约能源.
2.2 新风系统设计
新风的引入是改善室内空气品质、提高室内人员舒适性的重要途径.而在空调系统的设计中，新风负荷一般占空调负荷的30%～50%，尤其在人员密度大的服务区，新风需求大，新风能耗更为显著.新风系统热回收装置大多采用板式热回收装置、转轮式热回收装置和热管式热回收装置[4].
在本次服务区新风系统设计时根据房间性质、使用人数、人员所需新风量等要求合理计算新风系统的新风量.同时，为了减少新风能耗，设置了高效的热回收系统，使室外新风与室内排风进行热交换，对新风进行预热或预冷，从而降低新风负荷.对于人员密度变化大的场所，宜设置CO2浓度监测装置，根据检测值进行新风系统运行调节，达到节能效果.
3 (公厕)通风系设计
驾乘人员的如厕是高速公路服务区重要的功能，舒适的如厕环境对于服务区客流的引入、商业的增长起着积极的作用.公厕异味问题，特别是对于高峰时段需要排队的服务区公厕而言，尤为突出.
对于服务区公厕的机械通风设计，通风量宜按规范规定的换气次数上限选取并适当增加.以往服务区公厕排风系统的设计使用较多的是上排的排风形式，即外墙加换气扇，以保证公厕的排风量，这种设计不仅影响外立面的美观而且效果欠佳[5].
在本工程服务区公厕通风系统设计过程中，结合装修设计，采用离心式低噪声排风机，风机布置在屋面.采用下排上送的“岗位式”排风方式，即每个蹲位设置岗位型排风口，如图4、5所示，厕所顶部根据需要采用新风补充，形成从上往下的气流组织以避免异味.在排风系统中设置有效的异味联动装置，以硫化氢、氨气等主要污染物浓度作为即时检测指标，联动调节排风系统的运行，充分节约能源.
图4 公厕排风平面图
图5 矮墙内风管布置图
4 防烟排烟系统设计
建筑防烟排烟系统设计是建筑消防设计的重要组成，合理的防烟排烟系统设计是人员疏散和消防扑救的重要保证，尤其对于人流密度大，商业功能复杂的服务区而言.
4.1 防烟系统设计
对于服务区综合楼而言，封闭楼梯间一般通过自然通风的方式进行防烟，其可开启外窗的设置应按现行《建筑防烟排烟系统技术标准》的要求执行.本工程中，楼梯间的最高部位设置面积不小于1.0m2的可开启外窗.当走道或房间满足自然排烟条件时，也应按现行《建筑防烟排烟系统技术标准》[6]的要求设置自然排烟窗.
4.2 排烟系统设计
(1)根据服务区的使用性质、平面布局等因素，优先采用自然排烟系统.服务区属于公共建筑，根据规范要求见表4，划分防烟分区.
表4 公共建筑防烟分区的最大允许面积及其长边最大允许长度
(2)自然排烟窗的计算
自然排烟排烟窗的计算有以下两种方式：
(a)采用自然排烟方式所需自然排烟窗(口)截面积可按下式计算：
(1)
其中：
AV——排烟口的截面积(m2)；
A0——所有进气口的总面积(m2)；
CV——排烟口的流量系数(通常选定在0.5～0.7之间)；
C0——进气口的流量系数(通常约为0.6)；
ρ0——环境温度下气体的密度(kg/m3)；
G—重力加速度(m/s2)；
Db——排烟窗下烟气的厚度(m)；
T—烟气的绝对温度(K)；
T0——环境的绝对温度(K)；
Mρ——烟缕质量流量(kg/s).
(b)根据规范要求，设置有效面积不小于该房间建筑面积2%的自然排烟窗(口)，同时开窗高度要满足最小清晰高度.
室内空间净高不大于3m的区域，其最小清晰高度不小于其净高的1/2，其他区域的最小清晰高度应按照下式计算：
Hq=1.6+0.1·H′
(2)
其中：
Hq——最小清晰高度(m)；
H′——对于单层空间，取排烟空间的建筑高度(m)；对于多层空间，取最高疏散楼层的层高(m).
自然排烟窗(口)应设置手动开启装置，设置在高位不便于直接开启的自然排烟窗(口)，应设置距地面高度1．3m～1．5m的手动开启装置.
(3)自然排烟量的计算
本工程中建筑的空间净高小于或等于6m的场所，排烟量按不小于60m3/(h·m)计算，且取值不小于15000m3/h.
5 结 论
综上所述，本文以江苏高速服务区综合楼建设项目为研究对象，提供多种现代绿色节能技术，对比以往服务区设计经验，详细的阐述了该项目暖通空调的设计思路及过程，得到以下结论：
(1)本项目采用多联机空调系统，安装管路简单、节省空间、布置灵活、节能性好、运行成本低、管理维护方便简单.空调室外机布置在室外地面隐蔽处，不影响建筑外立面效果.
(2)公厕通风采用下排上送的“岗位式”排风方式，即每个蹲位设置岗位型排风口，这种通风方式可使污浊的空气还未达到人呼吸位置时被及时排走，提高了公厕的通风效率.
(3)《建筑防烟排烟系统技术标准》实施前，多数服务区在设计过程中缺少消防方面的考虑.该项目为了满足节能及消防要求，在设计过程中，各商铺在划分防烟分区时应单独考虑，并考虑设置相应的排烟设施，这样会减少业态装修阶段防烟排烟系统设计调整的工作量.
针对暖通系统节能、公厕通风、防烟排烟系统等常见的设计问题阐述了自己的观点.在实际工程设计中，充分考虑服务区建筑特点及运营要求，设计出合理、节能的暖通空调系统.
