严寒地区某商业综合体空调与供暖系统设计

李军 刘晓燕

中信建筑设计研究总院有限公司

0 引言

乌鲁木齐经开万达广场（图 1）位 于乌鲁木齐市沙依巴克区，建 筑功能为商业及公寓，地 上五层，地 下二层。商业地上建筑面积约10.079 万m2，公 寓地上建筑面积8.59 万m2。商 业区域主要包括：临 街商铺、室 内步行街、百 货、次 主力店、电 玩、K TV、影 城等功能。地下建筑面积约5.573 万m2，主 要是：地 下超市，停 车库，设备用房和商业辅助用房等。本 工程于2014 年6 月完成施工图设计，20 16 年7 月竣工并投入使用。

图1 乌鲁木齐经开万达广场实景

1 主要设计特点

本项目地处严寒地区，冬 季供暖与防冻是设计过程中首先要考虑的问题，设 计上综合采用了散热器供暖，低 温热水地板辐射供暖，暖 风机供暖以及空调供暖等多种末端方式，并 针对重点区域位置，采 取防冻技术措施，以 保证冬季供热效果。本工程商业区域业态种类较多，各 业态区域对于空调、供 暖系统的要求不尽相同，因 而在暖通空调设计中须结合使用功能与运营要求，合 理划分空调、供 暖系统，采 用适当的冷、热 系统末端形式，解 决不同区域冷、热 需求。本项目建筑采用室内步行街大中庭方案，中 庭区域面积大、跨 越楼层多，故 其风量平衡也是需要考虑的问题。本项目在中庭穹顶设置排风系统，针 对不同工况采取不同运行控制策略，保 证中庭空调环境的风量平衡。

2 冷热源系统

2.1 冷热负荷

空气调节系统的夏季冷负荷根据各空气调节区的同时使用情况及调节方式，按 各空气调节区逐时冷负荷的综合最大值确定。经过专业计算软件热负荷和逐时逐项冷负荷计算，本 项目主要业态区域冷、热 负荷见表1：

表1 各业态区域冷热负荷值

2.2 冷、热源系统形式与划分

结合本项目建筑功能特点，使 用需求以及周边可资利用热源条件，进 行冷热源方案比选之后，确 定采用常规电制冷冷水机组+市政热源的方案。依据本项目分时电价政策，对水蓄冷方案进行了论证分析，因 其投资回收期过长，故 未采用蓄冷方案。

本项目按照各业态分区独立设置冷、热源系统，实现各业态区域独立运行、控 制与计量。大 商业，超 市，百货，公 寓及外铺分别设置独立的冷热源系统，冷 水机组、换 热设备等均设置于地下室专用机房内，冷 却塔设置于裙房屋面。

各系统冷、热 媒参数分别为：空 调冷冻水供回水温度 6 ℃/12 ℃，空 调热水供回水温度 60/45 ℃，地 板辐射供暖系统供回水温度55/45 ℃，散热器系统供回水温度 80/60 ℃，新 风预热及风幕供回水温度 80/60 ℃。

2.3 末端供冷、供热形式

依据各业态区域功能特点与使用需求，选 择合适的末端冷、热 系统形式，以 达到较好的空调、供 暖效果，满足业主使用需求。各区域末端空调、供热方式详见图2 与表2。

图2 一层空调、供暖区域示意

表2 各业态区域空调、供热方式统计

2.4 免费冷源

乌鲁木齐夏季空气调节室外计算湿球温度较低（18.2 ℃），室 外空气焓值很低，是 实施免费冷源极佳的外部条件，本 项目设置有免费冷源系统。在地下室机房设置一组水--水板式换热器，利 用大商业冷却塔及配套循环水泵组为空调系统供冷。本项目采用中庭+连廊的步行街建筑形式，虽 然单层面积较大，却 没有真正意义上的内区（冬季需要供冷的区域）。故免费冷源系统主要用在空调季节前、后 期或过渡季节，为 商业区域提供辅助冷源，尽 量减少冷水机组的开启时间，以 实现全年运行费用的降低。

3 空调系统设计

3.1 空调风系统

地下超市卖场、百 货卖场、电 器卖场、电 玩、次 主力店、儿 童娱乐、影 院观众厅、影 院大堂、主 题餐厅等开敞区域，均 采用低速单风管全空气系统，并 设置一定的机械排风设施，空气处理机组设置于空调机房内。室内步行街商铺、K TV 区域、影院放映夹层、影院观众走廊、影 院办公区域、商 管员工餐厅、百 货员工餐厅等空间采用风机盘管 +新风系统。室内步行街公共区域、中庭以及公寓大堂采用吊顶式空气处理机组，室 内步行街公共卫生间设风机盘管。

3.2 空调水系统设计

超市，百 货及大商业的空调冷冻水系统采用两管制一次泵变流量系统，冷 冻水泵根据负荷变化自动变频变流量运行。大商业，百 货冷却塔及冷却水泵为变频运行，根 据冷却水供水温度控制冷却塔风机频率及风机运行台数，根 据冷却水温差与设定值的偏差调节循环水泵流量。超市冷却水系统不设变频，根 据冷却水供水温度控制冷却塔风机运行台数。制冷主机和空调冷冻泵、冷 却泵采用一对一的连接方式，并 在各组设备连接管道中间设置互为备用的手动转换阀。空调系统采用开式膨胀水箱定压。大商业免费供冷服务区域为 KTV 区域，二 层及三层步行街靠近百货、娱 乐楼的商铺。

4 供热系统设计

乌鲁木齐全年供暖时间长达 180 天，冬 季供暖室外计算温度低至-19.7 ℃，故凸显了供热系统的重要性。本项目采用的供热方式包括：空 调供暖，散 热器供暖，热 风供暖，地 板辐射供暖以及热风幕供暖。

集中商业区域（大商业、超 市、百 货等）均 以空调供暖为主，其 热源分别来自对应换热站。地下设备用房，楼梯间以及外街销售外铺设置散热器供暖系统，热源分别来自大商业换热站、外 街商铺换热站。

地下车库采用暖风机供暖，设 备采用热水型暖风机，热 源来自商管物业的高温热水系统。

室内步行街1AF 层出入口附近公共区域、1BF 层公共区域设置地板辐射供暖系统，热 源来自商管物业换热站地板供暖热水系统。百货首层主出入口及中庭区域，设 低温热水地板辐射供暖系统，热 源来自百货换热站空调热水系统。

公寓标准层采用低温热水地板辐射供暖系统，划分为高低两个区（5F～15F 为低区，15F 以上为高区），热源来自公寓换热站低温热水系统。首层大堂区域及设备转换层设置散热器供暖，热 源来自公寓低区热水系统。

5 防冻技术措施

为了降低室外冷风侵入、减 小冷桥影响、保 证室内设计温度，在 建筑围护结构性能达标的基础上，采 取了以下防冻技术措施：

1）依 据不同区域特点，合 理设置散热器供暖、地 板辐射供暖、空 调供暖等设施。

2）主 要出入口建筑专业设置两道门斗，并 设置热风幕，以 阻隔室外冷风侵入。

3）新 风机组、空 气处理机组增设预热盘管段，热 媒采用 80/60 ℃高温热水，冬季室外空气经过预热段之后，再 进入加热盘管段处理。

4）冬 季厨房补风设置预热，室 外空气经加热处理之后再进入厨房补风。

5）新 风管，排 风管与外墙百叶连接处或室外开口处，均 在靠外墙位置设置电动保温密闭风阀，并 与空调机组或风机联锁，需 要调节的电动风阀另外设置。

6）正 压送风入口设 70° 的 电控常闭防火阀，消 防排烟风机出口处设置重垂式止回阀，以 防止室外冷空气倒灌进入室内。

7）室 内风管与风井连接处，延 风管长度方向500 mm 范围内保温，避 免冷桥。风管与风井连接处做密封处理，各 类风井均设置保温。

8）屋 面管道上的阀门管件，均 采用防雨遮挡与防冻包裹措施，以 防冻结影响系统功能。

6 中庭风量平衡

本项目建筑最主要的特点之一就是室内步行街的大中庭方案，该 区域面积较大、跨 越楼层较多，且 空调末端方式均为吊式风柜（或风盘）+新风，故 需要考虑步行街中庭风量的平衡问题。中庭风量平衡涉及到空调新风系统、卫 生间排风系统、餐 饮排油烟系统等。而餐饮时段和非餐饮时段，排 油烟系统运行工况又不一样。故需要针对不同工况特点，分别进行风量平衡计算。

6.1 中庭风量平衡计算

按照餐饮工作时段与非餐饮时段两种工况，在 满足室内所需新风量并维持空调区域微正压的条件下，计算中庭排风量。

（1）餐 饮排油烟设备工作时段：

（2）非 餐饮设备工作时段：

式中：Q排为中庭排风量，m3/ h；Q1为中庭及周边区域空调总新风量，m3/ h；Q2为空调区域维持正压所需新风量，m3/ h；Q3为中庭周边公共卫生间排风量，m3/ h；△Q1为餐饮排油烟风量与补风量差值，m3/ h；△Q2为厨房平时排风与补风量差值，m3/ h。

6.2 中庭风量平衡控制

本项目采用穹顶排风方式（图 3），利 用中庭穹顶设置的 18 台排烟风机兼做排风风机。因排烟风机参数是按照排烟工况设计取值，其 与中庭实际需要的排风量并不匹配，且 空调实际排风量是在不同工况下动态变化的，故 需要针对不同工况采取合适的运行控制策略，来 实现中庭的风量平衡。

图3 步行街中庭排风示意

本项目排风系统采用较为简单的手动开启方式，在空调季按照新风、餐饮一定比例的同时使用系数（如：80%、50%、30%），分 别计算出餐饮时段、非 餐饮时段穹顶排风风量，据 此确定排风风机开启台数。

6.3 关于穹顶排风问题的思考

穹顶排风的设置是为了解决中庭风量平衡的问题，使 得系统既获得了足够的新风量，同 时又能保持在一个微正压的环境下。除此之外，穹 顶排风还具备节能的作用，例 如在过渡季节穹顶排风系统还可以通过系统调节，最 大限度的引入室外新风，减 小主机能耗；另 外在夏季，通 过排风系统与制冷主机连锁，在 冷机开启前根据穹顶温度情况自动判断，预 排穹顶内的高温气体，降 低空调初始负荷。

由于各种原因本项目风量平衡采用较为简单的手动控制策略，按 照几种预定工况来匹配穹顶的排风量，基 本上可以达到送、排 风的大致平衡。但是在实际运行过程中，餐 饮排风与新风量是动态变化的，手 动控制难以满足多种工况的排风需求。所以在项目条件允许的前提下，穹 顶排风最佳的控制方式应该是以楼宇控制系统为基础，通 过系统集成整合控制器、传 感器、执 行机构等，对 排风机实施优化控制。分别针对夏季空调，冬 季空调以及过渡季节特点，采 取不同的控制策略，综合调节穹顶内温度及步行街室内 CO2浓度，在满足室内舒适性的基础上，最 大限度地实现节能。

7 结语

严寒地区商业综合体因其所处地理位置和项目特点，暖通空调设计有其特别要求。既要解决冬季供暖与防冻的问题，还 要依据业态种类众多、功 能需求多样的特点，合 理进行系统分区，采 用适宜的冷、热 末端设施。另外商业化综合体可以结合项目条件，采用免费冷源系统，利 用室外空气较低的焓值，为 空调系统提供辅助冷源，尽 量减少冷水机组的开启时间，以 实现全年运行费用的降低。最后对于室内步行街的大中庭类型的商业综合体，需 要进行中庭风量平衡计算，采 取合理的排风控制策略。在项目条件允许的前提下，可将穹顶排风控制纳入 BA 系统，通过合理的排风控制策略降低空调系统能耗。