夏凉冬冷地区商业综合体供暖、空调与通风系统设计分析

曾向斌

（深圳市华阳国际工程设计股份有限公司广州分公司，广东 广州 510000）

1 项目信息

1.1 工程概况

本工程位于贵州省威宁彝族回族苗族自治县，坐落于威宁草海自然保护区北侧。本工程为多层商业综合体，总建筑面积约为46 200 m2，建筑总高度23.85 m；地上共4 层，地下1 层，具体业态及功能分区如下：首层为商业区、二层为超市及商铺、三层为主力店及商铺、四层为餐饮商铺及两层通高的电影院，地下室一层为车库及设备用房。项目定位为高端多功能的商业综合体，可以营造良好的商业氛围和居住环境，打造威宁县亮丽的城市名片。

1.2 设计参数

毕节市平均海拔1510.6 m，冬季室外大气压力为776.6 hPa，冬季室外平均风速为0.4 m/s。其中，威宁县最热月平均气温为17.7 ℃，最冷月平均气温为1.9 ℃，冬季供暖室外计算温度为-3.0 ℃，冬季通风室外计算温度为-7.0 ℃，年均采暖天数为123 d，年均空调天数为0 d。按照《贵州建筑热工设计分图》的划分标准，该地区划分为夏凉冬冷地区。

根据相关节能设计规范，结合业主方的设计管理要求，对比其他项目，确定本商业综合体室内设计参数，如表1所示。

表1 商业综合体室内设计参数

2 冷热源系统及其分区设计

2.1 冷热负荷计算及其分区

本项目为大型集中商业综合体，基于业主方的产权及管理需求，为实现各功能分区的独立运行、控制、计费等，超市、电影院、商业区等各功能分区的空调系统冷热源分开设置。同时，基于项目所在地的气候特点、平面业态功能，对冷热源系统进行内外分区设计[1]。

根据以上设计原则，对本项目进行冷热负荷计算，得出以下结论：①商业外区供暖区域采用稳定传热计算，各分区总热负荷为2652 kW。②商业外区+内区空调区域采用全年逐时逐项负荷计算，各分区总冷负荷为2490 kW。③超市与电影院采用单独冷热源系统，按空调冷热负荷分别计算。④其他销售商铺采用分体空调，按照指标法预留分体空调室外机位。具体各分区详细负荷如表2所示。

表2 空调冷热负荷计算

2.2 冷热源选型

结合本项目建筑的业态功能以及业主方的使用要求，进行冷热源方案比选后，确定具体的冷热源方案。

2.2.1 选型修正系数

（1）风冷热泵机组选型基于计算负荷，考虑除霜系数为0.85，温度修正系数为（-7 ℃）0.70，高原修正系数为0.95，按热负荷选型。

（2）燃气真空锅炉选型基于计算负荷，燃烧器型考虑风量和风压的修正系数为1.31，按照热负荷选型[2]。

2.2.2 超市区域

超市采用风冷热泵模块机组，夏季供冷，冬季供热。选取4 台风冷热泵模块机组，分两组运行，保证任意一台机组维修时，其余机组满足80%空调负荷的需求。冷却水塔设置在商业区屋面，冷冻水供回水温度设为7 ℃/12 ℃，供暖供回水温度设为45 ℃/40 ℃。

2.2.3 电影院区域

电影院采用风冷热泵机组，夏季供冷，冬季供热。选取6 台风冷热泵模块机组，分两组运行，保证任意一台机组维修时，其余机组满足80%空调负荷的需求。冷却水塔设置在商业屋面，冷冻水供回水温度设为7 ℃/12 ℃，供暖供回水温度设为45 ℃/40 ℃。

2.2.4 自持商业区域

自持商业区域集中空调系统的冷热源采用水冷螺杆机组+燃气真空热水锅炉的设计。

（1）夏季供冷：空调冷源采用2 台螺杆机组，冷水机组设置在地下一层，冷却水塔设置在商业区屋面。冷冻水供回水温度设为7 ℃/12 ℃，冷却水供回水温度为25 ℃/30 ℃。保证任意一台制冷机组维修时，剩余制冷机组仍可负担75%高峰负荷。

（2）冬季供暖：热源采用3 台燃气真空热水锅炉，锅炉设置在地下一层，供回水温度设为40 ℃/55 ℃。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50736—2012）规定，参考寒冷地区，保证任意一台锅炉停止工作时，剩余锅炉仍可负担65%高峰负荷[3]。

（3）免费冷源：冬季冷却塔免费供冷，在制冷机房设置一台板式换热器，为了延长冷却水塔供冷时间及匹配已有设备，设计工况下冷却水塔侧供回水温度设为8 ℃/10 ℃，冬季冷冻水供回水温度设为9.5 ℃/12.5 ℃，主要应用在过渡季节与供暖期间的商业内区，为商业区域提供辅助冷源。

（4）末端冷、热内外分区：依据平面分布以及功能分区，末端选择合适的冷、热系统，形成内外分区，达到冬季供暖时更舒适的空调、供暖效果。通过绘制冷、热内外分区示意图，用于指导项目设计、施工、运行[4]。

3 空调系统设计

3.1 空调风系统

超市空调气流组织形式均为上送风，上回风方式。采用独立新风+吊顶风柜系统，采用变频吊顶式新风处理机组，吊装在超市内；排风机采用变频控制，根据室外的空气焓值控制新风机、排风机的运行，新、排风管道设置满足风机变频的要求[1]。

电影院空调气流组织形式均为上送风，上回风方式。电影院的各观众厅采用全空气机组处理机组，新风百叶、风管满足最大新风量的要求，通过变频控制排风机的风量来实现过渡季节最大新风量的需求。电影院放映机房采用风机盘管系统，设独立排风系统和新风系统。空气处理机组设于专用空调机房内。

自持商业区的营业厅、主力店等较大空间区域，均采用独立新风+吊顶风柜系统。小型商铺采用独立新风+风机盘管系统。新风机组采用吊顶式新风处理机组，吊装于公共区域走道。

所有新风机组只设置加热盘管，夏季不供冷水，采用夏季通风降温的方式进行代替空调运行，减少夏季空调运行能耗；冬季室外空气经过加热后送进室内空间[5]。

毕节市威宁县年均采暖天数为123 d，年均空调天数为0 d，设计过程需要考虑供暖的可靠性。本项目的供暖形式采用分体空调供暖、空调供暖以及热风幕供暖。

可销售商铺统一采用分体空调形式，由租户自行采购安装分体空调，满足冬季供暖需求。

超市、电影院以及自持商业区域均以空调供暖为主，其热源为燃气真空热水锅炉。餐饮业态的厨房补风系统考虑预留单独预热环路，其热源为燃气真空热水锅炉，此环路直接从锅炉房接出，室外空气经预加热处理后再进行补风。商业区域主要出入口处设置门斗与热风幕，阻隔室外冷风侵入。地下车库出入口处设置热风幕机。

3.2 空调冷冻水系统

超市、电影院的空调水系统采用主机定流量、一级泵定流量系统，冷冻水供、回水主管之间设压差旁通控制装置，根据设定压差以调节末端机组的供水量，同时设置辅热，保证在冬季极端天气下热泵依然能稳定运行。

商业区空调冷冻水系统采用一级泵变流量系统，冷冻水供、回水主管之间设置压差旁通控制装置，根据负荷需求、设定压差控制或温差控制水泵变频以节能运行，并通过流量计控制调节旁通电动阀，以满足单台最大制冷机组蒸发器的最小流量需求。

3.3 空调热水系统设计

商业区冬季采用燃气真空热水锅炉进行供暖，采用一级泵变流量系统。空调冷冻水及供暖系统于商业屋面分别设置全自动定压排气补水装置，机房设置自动加药装置。

3.4 空调水系统环路设计

自持商业区域分3 个环路，即内区环路、外区环路、补风预热环路。为节省管材，冷冻水（含冬季免费供冷）及空调热水均并入地下一层车库集分水器机房后分内外区环路运行。补风预留环路则直接从锅炉房接出。空调冷冻及供暖水系统采用分区两管制异程式水系统。在空调水系统各区域水平支干管的回水管上设静态平衡阀，以调节各环路空调末端的水力平衡。

3.5 空调冷却水系统设计

冷却水系统采用方形横流冷却塔，设在商业区屋面。每个冷却水塔均为独立单元，进出水管上均设电动蝶阀，冷却水塔单元之间设平衡管。根据冷却水水温控制冷却水塔风扇的运行台数。为满足冬季免费供冷需求，其中一台设置电辅热，防止冬季供冷期结冰，同时出屋面冷却水管设置电伴热及保温设备。冷却水塔免费供冷，水系统均采用原有设备，通过水温差控制及适当变频调节，满足商业内区冬季供冷需求，节省造价。

4 风量平衡设计

根据餐饮业态分布进行排油烟系统、厨房补风系统设计，厨房补风量按排油烟系统的90%考虑，结合商业的新风系统、卫生间排风系统，针对餐饮时间段与非餐饮时间段的运行工况，分别进行风量平衡设计，从而设计中庭集中排风、新风变频的运行策略。

4.1 风量平衡计算方法

按照满足室内人员最小新风量要求并维持空调区域微正压的条件，为改善内区冬季过热及整栋建筑排油烟工况风量平衡问题，加大空调新风内区新风量，同时变频运行。

式中：QYD——厨房排油烟风量，按换气次数计算，m3/h；QCF——厨房平时排风量，按换气次数计算，m3/h；QWP——卫生间平时排风量，按换气次数计算，m3/h；QXF——满足人员需求最小新风量，按人均新风量计算，m3/h；QCB——厨房区域及餐饮补风量，按（QYD+QCP）的90%计算，m3/h；QZP——中庭集中排风量，按（QXF+QTX）的70%～90%计算，m3/h。

4.2 风量平衡设计及控制

本项目在每层中庭公共走道设置吊顶式新风处理机组，变频运行；在四层设置2 台集中排风风机，与中庭排烟系统共用风管。厨房平时排风量、卫生间平时排风量、人员最小新风量比较稳定，因此针对餐饮时间段与非餐饮时间段，通过排油风机、补风风机、变频新风机采用合适的运行控制，以实现商业整体的风量平衡。

本项目中庭排风采用手动开启方式，新风处理机组采用变频控制，根据餐饮工作时间段，排油烟风机考虑同时使用系数（80%、50%、30%），分别计算得出总体排油烟风量，得出新风系统在30%～80%同时使用系数的可调整新风量区间。新风机组设在各层公共区，根据排油烟风机启停以及室内空气质量要求（CO2含量等），调整新风机组的开启数量，适当加大内区新风量，改善排油烟工况风量平衡及内区冬季过热的问题。

5 结语

商业综合体在暖通空调设计过程当中，需要综合考虑项目所在的地理位置、气候特别、项目需求。毕节市威宁县地处高海拔的夏凉冬冷地区，根据业态分布、功能需求多样的特点，对空调、供暖、通风系统进行整体统筹设计，保障夏季空调的舒适性、冬季供暖的可靠性。合理进行冷、热系统内外分区，结合地理条件，采用免费冷源系统，减少热量消耗，减少冷水机组的运行时间，同时改善内区舒适度。通过风量平衡设计，根据卫生、品质、节能等多方要求，结合空调、供暖、通风系统的设计风量与全年空调系统运行策略，降低整体空调、供暖、通风的综合运行能耗，以降低全年运行费用。