某商业综合体暖通空调系统设计

文／吴婷 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 上海 200092

1、工程概况

本项目位于江苏南京市秦淮区，卡子门大街东侧，绕城公路北侧，机场四路南侧，夹岗一路西侧，是集商场、餐饮娱乐、办公、住宅及酒店式公寓为一体的城市综合开发项目。项目总建筑面积73503.67m2，商办部分总建筑面积107421.62m，地上总建筑面积77087.13m2，地下建筑面积30019.03m2，共3 栋单体子项建筑。14 号楼为商业、办公，总建筑面积43083.24m2，地上20 层其中1 层～4 层为商业、餐饮、电影院，建筑高度100m；地下车库总建筑面积29853.82m2，地下两层，其中地下一层局部为商业、超市。根据本项目不同功能、运行时间及管理方便，超市、电影院分别采用独立的冷热源[1]，本文将主要对14 号楼自持商业部分的空调系统设计进行分析。

2、自持商业空调冷热源系统方案与技术经济分析

2.1 冷热源配置方案

该项目的室内设计参数如表1 所示[2]。该项目自持商业建筑面积为19081.8 m2（建筑面积为扣除车库、设备用房外建筑面积），自持商业空调总冷负荷为3303.2 kW，空调热负荷为1841.8 kW。考虑到真空锅炉占地面积最小、系统简单、维护管理要求低等优点，热源采用真空锅炉。本项目地处夏热冬冷区，考虑到本项目的性质和特点，该项目无可利用的废热、工业余热，无城市或区域热网，因此做出以下三种可行方案[3]。方案1：离心式冷水机组2 台+真空热水锅炉2 台；方案2：风冷热泵机组3 台；方案3：变制冷剂流量多联机组。不同方案主要设备的部分参数详见表2。

表1 室内设计参数

表2 不同方案主要设备的部分参数

2.2 设备初投资的比较

方案1 和方案2 的空调末端均采用风机盘管加新风，方案3 的新风采用新风处理机。根据市场调研，在考虑土建成本、计费系统、自动控制和管道保温的情况下[4]，不同方案的初投资情况详见表3，从表3 中可以看出，方案1 初投资最大，方案3 次之，方案2 最小，其中方案2 和方案3 初投资相差不大。这是因为方案1 不仅需要冷源设备还需要热源设备，另外方案1 增加了冷却水系统及土建的投资成本。

表3 不同方案的初投资情况（单位：万元）

2.3 运行费用比较

在计算年运行费用时，85%～100%设计负荷按照100%设计负荷计算耗电量，60%～85%设计负荷按照75%设计负荷计算耗电量，30%～60%设计负荷按照50%设计负荷计算耗电量。根据负荷计算统计，供冷工况下100%负荷分布天数为30 天，75%负荷天数为60 天，50%负荷天数为60 天，共计150 天；供热工况下100%负荷分布天数为25 天，75%负荷天数为40 天，50%负荷天数为35 天，共计100 天。各空调方案运行费用统计见表4所示。从表4 中可以看出，方案2 运行费用最大，方案3 次之，方案1 最小。

表4 不同空调方案运行费用分析

2.4 空调系统技术分析（见表5）

表5 空调系统技术分析

自持商业用户之间的负荷特点和工作时间相同或相似，在空调冷热源方案中，空调系统的稳定性、能力调节的灵活性、舒适度及运行费用作为优先考虑因素。综合建筑特点，业态管理，投资成本及节能运行等方面，本项目自持商业部分的空调冷热源采用离心式冷水机组+真空锅炉。

3、空调冷热源设计

3.1 冷源设计

该项目选用两台高效型离心式电制冷冷水机组，单台标准工况下的制冷量1758KW，冷水机组放置于地下一层制冷机房内。空调冷冻水供回水温度7℃/12℃，供回水温差5℃，冷却塔进、出水温度37°C/32°C，冷却水系统配置2 台横流式冷却塔，两台冷却塔并联运行，冷却塔设置在14 号楼裙房屋面上。冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵、冷水机组均采用一一对应设置。冷源部分原理图如下图1 所示。

图1 冷源部分原理图

3.2 热源设计

14 号楼集中商业空调热源采用两台燃气真空热水锅炉，单台机组额定热负荷930KW，额定热效率92%，锅炉设计供回水温度为60℃/50℃，供回水温差10℃，接至地下一层制冷机房分集水器。锅炉房置于14 号楼裙房屋面，锅炉房底板为双层楼板，距离屋顶楼梯间疏散口距离需大于6 米，锅炉房与贴邻房间采用防爆墙和现浇楼板隔开，泄爆口面积按不小于锅炉间占地面积的10%计算。

4、空调水系统设计

空调水系统为一级泵变频变流量系统，采用两管制，压差旁通控制，水系统采用闭式膨胀罐定压，水系统设有全自动智能控制在线加药保障系统。空调水系统水平和竖向均采用异程式系统，在每层横干管接立管处设置静态平衡阀以保证水系统的水力平衡。空调机组末端采用电动调节阀，风机盘管末端采用电动两通阀（ON/OFF）。

5、空调风系统设计

根据空调区的使用时间、使用功能、室内参数要求、空气洁净度标准及噪声标准的要求来划分系统。商铺内为风机盘管+新风，公区为薄型吊装空调器+新风，气流组织形式为上送上回。其中一层商业入口门厅（挑空区域）空调风口采用单层栅格风口，气流组织形式为侧送侧回。新风集中设置于5F 屋顶，不仅节省了机房面积，而且减少了每个机房所必须考虑的检修空间、走道等面积的叠加。多楼层集中送风空调系统采用的设备容量一般较大，较之分楼层的空调系统设备，大型设备的运行效率更高。空调运行设备数量少且集中，为日常的运行控制、维护管理提供了许多便利，十分显著地有利于人力资源和运行成本地节省。新风空调箱选用轮转式全热回收机组，商业部分按照区域设置，机组设置转轮热回收段，用回风对新风进行预处理后再由竖井送至各层空调机组，从而达到节能的目的[5]。为平衡风量和保证新风的顺利进入，排风量按新风量的80%计算，排风风口设在公共走道、通廊内做集中排风。

6、设计总结与思考

6.1 暖通管井设置

暖通管井设置的合理性从某一角度上决定了项目的品质。商业建筑暖通管井包括新风井、排风井、排烟井、加压送风井、空调水管井、厨房排油烟井等。商业区域空调冷、热水管道分区竖向设置，竖向干管应布置于空调机房或专用管道井内，专用管道井检修门需设于便于检修的后勤走道等非商业区域处，以便于检修[6]，每组立管至租户内水平服务半径不宜大于40 米且不宜穿越中庭。有后勤走道的商业，管井及管线尽量布置于靠近后勤走道处，或沿楼梯间设置。无后勤走道的商业，为保证吊顶标高及日后运行维护便捷，维修及调整频率较高的管井及管线（如新风管、冷热水管）尽量布置在公共区域。管井布置时应同时考虑各管井功能及间距，尽可能地使平面管路路线短，避免交叉。

6.2 避免中庭“烟囱”效应

该项目餐饮业态占比较大，冬季排油烟补风机不开启或者补风量达不到原设计的80%，加剧了公共区域中庭的“烟囱”效应，底层负压状态加剧，室外冷空气不断浸入，室内实际温度低于设计室内温度，舒适度极差。针对上述现象可通过加大对餐饮租户补风机的监管并检查围护结构的严密性，加强竖向排烟风道出口的封闭，屋顶加装新风机，中庭与周围场所之间的吊顶内增设空气幕等措施来改善[7]。

6.3 末端选型

在项目设计中，同一规格的风机盘管，不同水流量对应的供回水温差不一样，且样本的室内外设计参数一般不同于项目设计室内外参数。因此，为了避免末端选型与机组流量不匹配，末端选型时应根据冷热源进出水温度及室内外设计参数对末端的冷量、热量进行校核。根据工程项目经验，当空调末端以风机盘管为主时，供回水温差不大于6℃；当空调末端以冷热辐射装置为主时，供回水温差不大于5℃；当空调末端以VAV 为主时，供回水温差不大于7℃；当空调末端以CAV 为主时，供回水温差不大于8℃。因此，冷热源设计要顾全末端情况，不能盲目追求大温差。