云栖小镇国际会展中心空调系统设计

陈金花 楼平 张力

浙江省建筑设计研究院

1 工程概况

该会展中心（图 1）地上一层，局部三层，地下二层，总建筑面积66200 m2，其中地上27071 m2，地下 39129 m2，建筑总高度12.3 m。地下一二层为机动车库及设备用房。地上一层为室内展馆，局部三层为办公、会议及其附属配套用房。其中地面一层会展层高 9.3 m（低于室外地面 3.0 m）、其他部分层高 6.3 m（高于室外地面 0.1 m），局部二层区域地上二层，层高 4.5m”，地下室层高3.8 m，建筑屋顶为浙江省首个拥有立体跑道的空中立体公园。项目自2017 年建成已连续三年作为国际“云栖大会”的主会场之一，四次展会总共接待参展人数超50 万人以上，是杭州市·之江板块的地标性建筑。该建筑展会外时间均对市民开放，填补该区域配套服务设施，是产业交流的乐园/全体居民的体育运动健身场所以及居民静心休憩的美好城市空间。

图1 云栖小镇国际会展中心鸟瞰实景

2 冷热源及末端系统形式

经负荷计算，展厅区块夏季空调峰值冷负荷 2280 kW，冬季空调峰值热负荷1500 kW。配套商业办公等夏季空调峰值冷负荷 1056 kW，冬季空调峰值热负荷795 kW。单位空调面积冷负荷指标123.2 W/m2。单位空调面积热负荷指标84.8 W/m2。根据业主对使用功能的不同需求，一层通高展馆主要用于展会和平时的健身休闲，局部三层的商业餐厅、办公附属用房同时具备工作人员的日常办公功能，本案将展厅和附属配套划分为两个空调系统：其中展厅区域采用中央空调水系统，办公等附属配套用房采用VRF 多联式变制冷剂流量空调系统。

2.1 冷热源侧选用

浙江省是绿色建筑节能技术先行示范地，为贯彻执行节约资源和保护环境的国家技术政策，本地块规划用地要求实现绿建二星级要求，具体主机要求如表 1（与现行国家标准 GB50189《公共建筑节能设计标准》 相比）所示。

表1 绿建二星级主机具体要求

展馆区空调面积 12000 m2，空调峰值负荷 2280 kW，结合本项目功能特征，考虑到整个系统的节能性和使用合理性同时相应国家节能减排号召，展馆区采用蒸发式冷凝螺杆热泵机组[1]三台，额定制冷制热量分别为710 kW/570 kW。冷冻水供回水7/12 ℃。循环热水供回水 45/40 ℃。设备放置于本案北面非人员主入口区，侧面由绿化遮掩。办公附属配套区域总装机容量 504HP,VRF 多联机空调室外机放置于地下一层和二层设备夹层，无任何室外设备裸露在人眼可见区域。同时消控室，机房等特殊使用性场所预留商用分体机。

由于本案体量并不大，最远管线输送距离 258 m，空调冷热水系统采用一级泵变流量水系统[2]，循环水泵与主机一一对应，集中设置于室外设备平台。空调水系统采用两管制系统，冷热合用管道。在回水总管设置静态流量平衡阀，以平衡各路水量，空调冷热水采用真空脱气闭式定压补水方式，系统定压点压力为 0.55 MPa，补水泵起泵压力为0.50 MPa，停泵压力为 0.60 MPa。空调水系统最大工作压力为0.92 MPa，水系统内各设备及所有管件、阀门、设备承压均按 1.0 MPa 选用。具体原理图如图2 所示。

图2 中央空调水系统原理图

2.2 空调末端形式选用

展厅为 9.3 m 层高大开间单层建筑，展馆面积 12000 m2，一次回风，夏季送风干湿球温度分别为 12.9 ℃/12.6 ℃，冬季送风干湿球温度分比为 21.2 ℃/14.0 ℃，设计采用总风量 384000 m3/h，空气处理机组机位成为一个较为关键的问题，综合多年设计经验，设计拟采用三种方案，对比如图2 所示。

表2 三种空气处理机方案对比

在考虑全国首个空中跑道的高标准地标性建设需求以及业主对展馆面积的精准计量，经过各方面综合比较，即使承担较大的噪声和舒适性风险，设计愿意做出让步和创新，同时借鉴相关高大空间的送风做法[3]，最终确定第三方案为实施方案。

本案设计采用风量为8000CMH 吊装组合式空气处理机组共 48 台，温感球形喷口送风，组合式空调箱 配置回风，静电除尘+板式初效，盘管，送风机，均流段以及消声段等六个功能段保证送风空气温湿度洁净度以及噪声控制。新风独立设置，新风采用 3 台 12000 m3/h 和 4 台 8000 m3/h 热泵热回收型溶液调湿新风机组球形喷口送风。

底层会议室、办公室、餐厅等根据精装修要求提供VRF 空调室内机为空调区域提供冷却去湿加热供热需求，配套新风回风全热交换器节能。二、三层办公采用单向嵌入式 VRF 室内机为房间提供冷却去湿空气处理，配套一台风量为 8000 m3/h 转轮热回收全新风屋顶式风冷热泵机组为办公会议提供处理新风。多功能厅采用落地内藏式 VRF 空调室内机为空调区域提供冷却去湿加热供热需求，配套新风回风全热交换器节能。

3 主要技术特色

3.1 蒸发式冷凝螺杆热泵机组在民用项目上的应用

常规体量不大的建筑在夏热冬冷地区多采用风冷热泵机组实现室内温湿度控制，本案采用了性能系数较高的蒸发式冷凝螺杆热泵机组作为冷热源。蒸发式冷凝螺杆热泵机组一体化设计，内置冷却水泵，将水冷凝器的换热器部件置于冷却塔内直接散热，将两个设备合二为一，省去从冷凝器到冷却塔传递用的冷却水泵，转变单相冷却流体用显热温升来冷却物料的方法，主要通过水的潜热带走热量。该机组循环水量为传统冷却塔方式的50%～70%，有效地降低了冷却水泵的输出功率。同时，冷凝温度比冷却塔方式降低 3～11 ℃，从而节约能耗25%～40%。再者，减少设备安装体积，整体装配式结构使得安装维护十分方便，美化建筑外观。本项目采用了三台蒸发式冷凝螺杆热泵机组提供夏季冷负荷和冬季热负荷，设备布置在下凹室外平台，底标高-3.8 m，一侧为石墙，另一侧为汽车坡道入口，设备散热和吸热的可行性在设计时均做过一比一的通风模拟，保证机组吸散热顺畅不受阻碍，同时对立面不造成任何影响和破坏。项目已度过两个制冷季和两个供暖季，选用的蒸发式冷凝螺杆热泵机组实测COP＞4.0，比传统风冷热泵机组高出至少1.0，高效节能，设备实际运行噪声在 68-75dB(A)的可控范围。夏季工况下，实际运行蒸发冷水机组冷凝温度 36.5 ℃，供回水温度9.1/13.6 ℃，室内舒适无吹风感。

3.2 吊装组合式空气处理机组在大空间区域的应用

常规的设计做法一般将组合式空调箱均放置在空调机房内，本案展厅单层层高 9.3 m，为节约空调机房面积且保证布展的高大空间和通透性（未来可作为体育运动场所的规划），室内组合式空调箱均沿柱边做吊装处理，每台空调箱负责空调区域面积为 27 m×9 m，每台空调箱设 4 个球形感温喷口送风，喷口射程 27 m。在设计和施工阶段通过制定每台空调箱的吊装方案，减震措施及机组风机叶轮风压选型等方法控制机组噪声和震动。室内美观整齐，大大节约了机房安装空间并且在展厅内几乎不见任何风管，梁高1 m，室内净空8 m。

夏季工况下，实际运行中48 台空调箱分3 批陆续开启，室内预冷时间约为40 分钟，室内噪声62dB(A)，室内温度 25.8 ℃，气流稳定。旋流球形温控风口可通过红外传感自动调节风口朝向[4]，冬季喷口向下 15° 角。设计阶段为每个风口做CFD 流线模拟，实际运行中射程范围27 m，室内实测各个点风速较为均匀，人员活动区最不利点风速不超过1.5 m/s。室内空调箱布置与室内装修完美结合，毫无违和感。

3.3 热泵热回收型溶液调湿新风机组的应用

常规的组合式空调箱均配置新风回风口，新风不做热回收处理。本案属于政府投资且面积超过2 万m2，按照浙江省绿色建筑标注要求，本案需达到绿建二星。展馆新风均设置了溶液热回收，设计采用热泵热回收型溶液调湿新风机组[5]，机组尺寸高大魁梧 3.1 m(L)×1.5 m(W)×2.5 m(H)，原设计利用楼梯间的电梯厅夹层作为新风机房，安装控件紧凑局促，在实际施工安装阶段，为设备搬运和安装制作了专门的吊装施工方案，保证了日后机组的正常稳定运行。实际运行中新风机组出风温度18 ℃，相对湿度69%，出风均匀，制冷良好。

3.4 设备平台设置的合理隐蔽

不论风冷热泵，冷却塔，VRF 外机以及锅炉房都需要占用较多的室外空间或者室内的设备用房。本项目三台蒸发式冷凝螺杆热泵机组位于建筑用地北侧，毗邻汽车坡道，设备平台下凹-3.8 m，平台尺寸 27 m (L)×7.0 m(W)×3.8(H)。机组尺寸：7 m(L)×2.3 m(W)×3.2 (H)，平台顶设置可上人铝合金方格地面，三侧由绿化遮挡，既达到通风效果又相对隐蔽不容易被人发现。VRF 外机充分利用屋顶的立体跑道高差，将其设置在夹层内，侧面开启送排风百叶，VRF 各模块由导风管接至外墙百叶处，下侧进风，上部排风，气流组织合理有效。同时，部分不常用VRF 外机（如会议区，多功能区）布置于地下二层和地下一层的汽车库，利用汽车库冬暖夏凉的恒定室内环境温度有效提高 VRF 的性能系数，实测 COP 高达4.5，节能效果明显。

4 结论

本文对高大空间如展览等有特殊功能场所的空调系统设计提供了一种新的设计思路。首先在冷热源选择方面，为蒸发式冷凝螺杆热泵机组在民用建筑中的应用提供较为成熟的案例和参考性，同时对于组合式空气处理机组吊装于室内空间的做法也有了针对性的措施和方案，可供大家借鉴。