嚴(yán)寒地區(qū)某商業(yè)綜合體空調(diào)與供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李軍 劉曉燕

中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司

0 引言

烏魯木齊經(jīng)開萬達(dá)廣場(chǎng)（圖 1）位 于烏魯木齊市沙依巴克區(qū)，建 筑功能為商業(yè)及公寓，地 上五層，地 下二層。商業(yè)地上建筑面積約10.079 萬m2，公 寓地上建筑面積8.59 萬m2。商 業(yè)區(qū)域主要包括：臨 街商鋪、室 內(nèi)步行街、百 貨、次 主力店、電 玩、K TV、影 城等功能。地下建筑面積約5.573 萬m2，主 要是：地 下超市，停 車庫，設(shè)備用房和商業(yè)輔助用房等。本 工程于2014 年6 月完成施工圖設(shè)計(jì)，20 16 年7 月竣工并投入使用。

圖1 烏魯木齊經(jīng)開萬達(dá)廣場(chǎng)實(shí)景

1 主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)

本項(xiàng)目地處嚴(yán)寒地區(qū)，冬 季供暖與防凍是設(shè)計(jì)過程中首先要考慮的問題，設(shè) 計(jì)上綜合采用了散熱器供暖，低 溫?zé)崴匕遢椛涔┡?風(fēng)機(jī)供暖以及空調(diào)供暖等多種末端方式，并 針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域位置，采 取防凍技術(shù)措施，以 保證冬季供熱效果。本工程商業(yè)區(qū)域業(yè)態(tài)種類較多，各 業(yè)態(tài)區(qū)域?qū)τ诳照{(diào)、供 暖系統(tǒng)的要求不盡相同，因 而在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中須結(jié)合使用功能與運(yùn)營要求，合 理劃分空調(diào)、供 暖系統(tǒng)，采 用適當(dāng)?shù)睦洹?系統(tǒng)末端形式，解 決不同區(qū)域冷、熱 需求。本項(xiàng)目建筑采用室內(nèi)步行街大中庭方案，中 庭區(qū)域面積大、跨 越樓層多，故 其風(fēng)量平衡也是需要考慮的問題。本項(xiàng)目在中庭穹頂設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)，針 對(duì)不同工況采取不同運(yùn)行控制策略，保 證中庭空調(diào)環(huán)境的風(fēng)量平衡。

2 冷熱源系統(tǒng)

2.1 冷熱負(fù)荷

空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的夏季冷負(fù)荷根據(jù)各空氣調(diào)節(jié)區(qū)的同時(shí)使用情況及調(diào)節(jié)方式，按 各空氣調(diào)節(jié)區(qū)逐時(shí)冷負(fù)荷的綜合最大值確定。經(jīng)過專業(yè)計(jì)算軟件熱負(fù)荷和逐時(shí)逐項(xiàng)冷負(fù)荷計(jì)算，本 項(xiàng)目主要業(yè)態(tài)區(qū)域冷、熱 負(fù)荷見表1：

表1 各業(yè)態(tài)區(qū)域冷熱負(fù)荷值

2.2 冷、熱源系統(tǒng)形式與劃分

結(jié)合本項(xiàng)目建筑功能特點(diǎn)，使 用需求以及周邊可資利用熱源條件，進(jìn) 行冷熱源方案比選之后，確 定采用常規(guī)電制冷冷水機(jī)組+市政熱源的方案。依據(jù)本項(xiàng)目分時(shí)電價(jià)政策，對(duì)水蓄冷方案進(jìn)行了論證分析，因 其投資回收期過長(zhǎng)，故 未采用蓄冷方案。

本項(xiàng)目按照各業(yè)態(tài)分區(qū)獨(dú)立設(shè)置冷、熱源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各業(yè)態(tài)區(qū)域獨(dú)立運(yùn)行、控 制與計(jì)量。大 商業(yè)，超 市，百貨，公 寓及外鋪分別設(shè)置獨(dú)立的冷熱源系統(tǒng)，冷 水機(jī)組、換 熱設(shè)備等均設(shè)置于地下室專用機(jī)房?jī)?nèi)，冷 卻塔設(shè)置于裙房屋面。

各系統(tǒng)冷、熱 媒參數(shù)分別為：空 調(diào)冷凍水供回水溫度 6 ℃/12 ℃，空 調(diào)熱水供回水溫度 60/45 ℃，地 板輻射供暖系統(tǒng)供回水溫度55/45 ℃，散熱器系統(tǒng)供回水溫度 80/60 ℃，新 風(fēng)預(yù)熱及風(fēng)幕供回水溫度 80/60 ℃。

2.3 末端供冷、供熱形式

依據(jù)各業(yè)態(tài)區(qū)域功能特點(diǎn)與使用需求，選 擇合適的末端冷、熱 系統(tǒng)形式，以 達(dá)到較好的空調(diào)、供 暖效果，滿足業(yè)主使用需求。各區(qū)域末端空調(diào)、供熱方式詳見圖2 與表2。

圖2 一層空調(diào)、供暖區(qū)域示意

表2 各業(yè)態(tài)區(qū)域空調(diào)、供熱方式統(tǒng)計(jì)

2.4 免費(fèi)冷源

烏魯木齊夏季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算濕球溫度較低（18.2 ℃），室 外空氣焓值很低，是 實(shí)施免費(fèi)冷源極佳的外部條件，本 項(xiàng)目設(shè)置有免費(fèi)冷源系統(tǒng)。在地下室機(jī)房設(shè)置一組水--水板式換熱器，利 用大商業(yè)冷卻塔及配套循環(huán)水泵組為空調(diào)系統(tǒng)供冷。本項(xiàng)目采用中庭+連廊的步行街建筑形式，雖 然單層面積較大，卻 沒有真正意義上的內(nèi)區(qū)（冬季需要供冷的區(qū)域）。故免費(fèi)冷源系統(tǒng)主要用在空調(diào)季節(jié)前、后 期或過渡季節(jié)，為 商業(yè)區(qū)域提供輔助冷源，盡 量減少冷水機(jī)組的開啟時(shí)間，以 實(shí)現(xiàn)全年運(yùn)行費(fèi)用的降低。

3 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

地下超市賣場(chǎng)、百 貨賣場(chǎng)、電 器賣場(chǎng)、電 玩、次 主力店、兒 童娛樂、影 院觀眾廳、影 院大堂、主 題餐廳等開敞區(qū)域，均 采用低速單風(fēng)管全空氣系統(tǒng)，并 設(shè)置一定的機(jī)械排風(fēng)設(shè)施，空氣處理機(jī)組設(shè)置于空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)。室內(nèi)步行街商鋪、K TV 區(qū)域、影院放映夾層、影院觀眾走廊、影 院辦公區(qū)域、商 管員工餐廳、百 貨員工餐廳等空間采用風(fēng)機(jī)盤管 +新風(fēng)系統(tǒng)。室內(nèi)步行街公共區(qū)域、中庭以及公寓大堂采用吊頂式空氣處理機(jī)組，室 內(nèi)步行街公共衛(wèi)生間設(shè)風(fēng)機(jī)盤管。

3.2 空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

超市，百 貨及大商業(yè)的空調(diào)冷凍水系統(tǒng)采用兩管制一次泵變流量系統(tǒng)，冷 凍水泵根據(jù)負(fù)荷變化自動(dòng)變頻變流量運(yùn)行。大商業(yè)，百 貨冷卻塔及冷卻水泵為變頻運(yùn)行，根 據(jù)冷卻水供水溫度控制冷卻塔風(fēng)機(jī)頻率及風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)，根 據(jù)冷卻水溫差與設(shè)定值的偏差調(diào)節(jié)循環(huán)水泵流量。超市冷卻水系統(tǒng)不設(shè)變頻，根 據(jù)冷卻水供水溫度控制冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)。制冷主機(jī)和空調(diào)冷凍泵、冷 卻泵采用一對(duì)一的連接方式，并 在各組設(shè)備連接管道中間設(shè)置互為備用的手動(dòng)轉(zhuǎn)換閥?？照{(diào)系統(tǒng)采用開式膨脹水箱定壓。大商業(yè)免費(fèi)供冷服務(wù)區(qū)域?yàn)?KTV 區(qū)域，二 層及三層步行街靠近百貨、娛 樂樓的商鋪。

4 供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

烏魯木齊全年供暖時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 180 天，冬 季供暖室外計(jì)算溫度低至-19.7 ℃，故凸顯了供熱系統(tǒng)的重要性。本項(xiàng)目采用的供熱方式包括：空 調(diào)供暖，散 熱器供暖，熱 風(fēng)供暖，地 板輻射供暖以及熱風(fēng)幕供暖。

集中商業(yè)區(qū)域（大商業(yè)、超 市、百 貨等）均 以空調(diào)供暖為主，其 熱源分別來自對(duì)應(yīng)換熱站。地下設(shè)備用房，樓梯間以及外街銷售外鋪設(shè)置散熱器供暖系統(tǒng)，熱源分別來自大商業(yè)換熱站、外 街商鋪換熱站。

地下車庫采用暖風(fēng)機(jī)供暖，設(shè) 備采用熱水型暖風(fēng)機(jī)，熱 源來自商管物業(yè)的高溫?zé)崴到y(tǒng)。

室內(nèi)步行街1AF 層出入口附近公共區(qū)域、1BF 層公共區(qū)域設(shè)置地板輻射供暖系統(tǒng)，熱 源來自商管物業(yè)換熱站地板供暖熱水系統(tǒng)。百貨首層主出入口及中庭區(qū)域，設(shè) 低溫?zé)崴匕遢椛涔┡到y(tǒng)，熱 源來自百貨換熱站空調(diào)熱水系統(tǒng)。

公寓標(biāo)準(zhǔn)層采用低溫?zé)崴匕遢椛涔┡到y(tǒng)，劃分為高低兩個(gè)區(qū)（5F～15F 為低區(qū)，15F 以上為高區(qū)），熱源來自公寓換熱站低溫?zé)崴到y(tǒng)。首層大堂區(qū)域及設(shè)備轉(zhuǎn)換層設(shè)置散熱器供暖，熱 源來自公寓低區(qū)熱水系統(tǒng)。

5 防凍技術(shù)措施

為了降低室外冷風(fēng)侵入、減 小冷橋影響、保 證室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，在 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，采 取了以下防凍技術(shù)措施：

1）依 據(jù)不同區(qū)域特點(diǎn)，合 理設(shè)置散熱器供暖、地 板輻射供暖、空 調(diào)供暖等設(shè)施。

2）主 要出入口建筑專業(yè)設(shè)置兩道門斗，并 設(shè)置熱風(fēng)幕，以 阻隔室外冷風(fēng)侵入。

3）新 風(fēng)機(jī)組、空 氣處理機(jī)組增設(shè)預(yù)熱盤管段，熱 媒采用 80/60 ℃高溫?zé)崴?，冬季室外空氣?jīng)過預(yù)熱段之后，再 進(jìn)入加熱盤管段處理。

4）冬 季廚房補(bǔ)風(fēng)設(shè)置預(yù)熱，室 外空氣經(jīng)加熱處理之后再進(jìn)入廚房補(bǔ)風(fēng)。

5）新 風(fēng)管，排 風(fēng)管與外墻百葉連接處或室外開口處，均 在靠外墻位置設(shè)置電動(dòng)保溫密閉風(fēng)閥，并 與空調(diào)機(jī)組或風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖，需 要調(diào)節(jié)的電動(dòng)風(fēng)閥另外設(shè)置。

6）正 壓送風(fēng)入口設(shè) 70° 的 電控常閉防火閥，消 防排煙風(fēng)機(jī)出口處設(shè)置重垂式止回閥，以 防止室外冷空氣倒灌進(jìn)入室內(nèi)。

7）室 內(nèi)風(fēng)管與風(fēng)井連接處，延 風(fēng)管長(zhǎng)度方向500 mm 范圍內(nèi)保溫，避 免冷橋。風(fēng)管與風(fēng)井連接處做密封處理，各 類風(fēng)井均設(shè)置保溫。

8）屋 面管道上的閥門管件，均 采用防雨遮擋與防凍包裹措施，以 防凍結(jié)影響系統(tǒng)功能。

6 中庭風(fēng)量平衡

本項(xiàng)目建筑最主要的特點(diǎn)之一就是室內(nèi)步行街的大中庭方案，該 區(qū)域面積較大、跨 越樓層較多，且 空調(diào)末端方式均為吊式風(fēng)柜（或風(fēng)盤）+新風(fēng)，故 需要考慮步行街中庭風(fēng)量的平衡問題。中庭風(fēng)量平衡涉及到空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)、衛(wèi) 生間排風(fēng)系統(tǒng)、餐 飲排油煙系統(tǒng)等。而餐飲時(shí)段和非餐飲時(shí)段，排 油煙系統(tǒng)運(yùn)行工況又不一樣。故需要針對(duì)不同工況特點(diǎn)，分別進(jìn)行風(fēng)量平衡計(jì)算。

6.1 中庭風(fēng)量平衡計(jì)算

按照餐飲工作時(shí)段與非餐飲時(shí)段兩種工況，在 滿足室內(nèi)所需新風(fēng)量并維持空調(diào)區(qū)域微正壓的條件下，計(jì)算中庭排風(fēng)量。

（1）餐 飲排油煙設(shè)備工作時(shí)段：

（2）非 餐飲設(shè)備工作時(shí)段：

式中：Q排為中庭排風(fēng)量，m3/ h；Q1為中庭及周邊區(qū)域空調(diào)總新風(fēng)量，m3/ h；Q2為空調(diào)區(qū)域維持正壓所需新風(fēng)量，m3/ h；Q3為中庭周邊公共衛(wèi)生間排風(fēng)量，m3/ h；△Q1為餐飲排油煙風(fēng)量與補(bǔ)風(fēng)量差值，m3/ h；△Q2為廚房平時(shí)排風(fēng)與補(bǔ)風(fēng)量差值，m3/ h。

6.2 中庭風(fēng)量平衡控制

本項(xiàng)目采用穹頂排風(fēng)方式（圖 3），利 用中庭穹頂設(shè)置的 18 臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)兼做排風(fēng)風(fēng)機(jī)。因排煙風(fēng)機(jī)參數(shù)是按照排煙工況設(shè)計(jì)取值，其 與中庭實(shí)際需要的排風(fēng)量并不匹配，且 空調(diào)實(shí)際排風(fēng)量是在不同工況下動(dòng)態(tài)變化的，故 需要針對(duì)不同工況采取合適的運(yùn)行控制策略，來 實(shí)現(xiàn)中庭的風(fēng)量平衡。

圖3 步行街中庭排風(fēng)示意

本項(xiàng)目排風(fēng)系統(tǒng)采用較為簡(jiǎn)單的手動(dòng)開啟方式，在空調(diào)季按照新風(fēng)、餐飲一定比例的同時(shí)使用系數(shù)（如：80%、50%、30%），分 別計(jì)算出餐飲時(shí)段、非 餐飲時(shí)段穹頂排風(fēng)風(fēng)量，據(jù) 此確定排風(fēng)風(fēng)機(jī)開啟臺(tái)數(shù)。

6.3 關(guān)于穹頂排風(fēng)問題的思考

穹頂排風(fēng)的設(shè)置是為了解決中庭風(fēng)量平衡的問題，使 得系統(tǒng)既獲得了足夠的新風(fēng)量，同 時(shí)又能保持在一個(gè)微正壓的環(huán)境下。除此之外，穹 頂排風(fēng)還具備節(jié)能的作用，例 如在過渡季節(jié)穹頂排風(fēng)系統(tǒng)還可以通過系統(tǒng)調(diào)節(jié)，最 大限度的引入室外新風(fēng)，減 小主機(jī)能耗；另 外在夏季，通 過排風(fēng)系統(tǒng)與制冷主機(jī)連鎖，在 冷機(jī)開啟前根據(jù)穹頂溫度情況自動(dòng)判斷，預(yù) 排穹頂內(nèi)的高溫氣體，降 低空調(diào)初始負(fù)荷。

由于各種原因本項(xiàng)目風(fēng)量平衡采用較為簡(jiǎn)單的手動(dòng)控制策略，按 照幾種預(yù)定工況來匹配穹頂?shù)呐棚L(fēng)量，基 本上可以達(dá)到送、排 風(fēng)的大致平衡。但是在實(shí)際運(yùn)行過程中，餐 飲排風(fēng)與新風(fēng)量是動(dòng)態(tài)變化的，手 動(dòng)控制難以滿足多種工況的排風(fēng)需求。所以在項(xiàng)目條件允許的前提下，穹 頂排風(fēng)最佳的控制方式應(yīng)該是以樓宇控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通 過系統(tǒng)集成整合控制器、傳 感器、執(zhí) 行機(jī)構(gòu)等，對(duì) 排風(fēng)機(jī)實(shí)施優(yōu)化控制。分別針對(duì)夏季空調(diào)，冬 季空調(diào)以及過渡季節(jié)特點(diǎn)，采 取不同的控制策略，綜合調(diào)節(jié)穹頂內(nèi)溫度及步行街室內(nèi) CO2濃度，在滿足室內(nèi)舒適性的基礎(chǔ)上，最 大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

7 結(jié)語

嚴(yán)寒地區(qū)商業(yè)綜合體因其所處地理位置和項(xiàng)目特點(diǎn)，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)有其特別要求。既要解決冬季供暖與防凍的問題，還 要依據(jù)業(yè)態(tài)種類眾多、功 能需求多樣的特點(diǎn)，合 理進(jìn)行系統(tǒng)分區(qū)，采 用適宜的冷、熱 末端設(shè)施。另外商業(yè)化綜合體可以結(jié)合項(xiàng)目條件，采用免費(fèi)冷源系統(tǒng)，利 用室外空氣較低的焓值，為 空調(diào)系統(tǒng)提供輔助冷源，盡 量減少冷水機(jī)組的開啟時(shí)間，以 實(shí)現(xiàn)全年運(yùn)行費(fèi)用的降低。最后對(duì)于室內(nèi)步行街的大中庭類型的商業(yè)綜合體，需 要進(jìn)行中庭風(fēng)量平衡計(jì)算，采 取合理的排風(fēng)控制策略。在項(xiàng)目條件允許的前提下，可將穹頂排風(fēng)控制納入 BA 系統(tǒng)，通過合理的排風(fēng)控制策略降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。