高速公路服務樓空調形式設計分析及選用

陳月妮 （廣東省交通規(guī)劃設計研究院集團股份有限公司建筑設計分公司，廣東 中山 528400）

項目氣候區(qū)為夏熱冬暖地區(qū)，夏季空調室外干球計算溫度33.9℃，空調室外濕球計算溫度28.1℃，相對濕度70%；冬季空調室外干球計算溫度7.5℃，相對濕度81%。高速公路服務區(qū)位于偏遠的郊區(qū)，無市政能源，從經濟性和實用性角度對空調系統(tǒng)的構建和優(yōu)化提出相應思路。

1 服務樓空調系統(tǒng)特點分析

1.1 空調系統(tǒng)分析

高速公路服務區(qū)一般有較多小型單體建筑，包括服務樓、宿舍、設備用房、綜合辦公樓等等，各單體建筑分散而獨立，且無法考慮市政能源，因此從經濟性和可實施性方面不考慮集中冷熱源系統(tǒng)，各單體建筑設置獨立的空調系統(tǒng)是最可取的方式。分散冷熱源系統(tǒng)有直接膨脹式空調機組（分體空調，特種空調等）、水環(huán)式熱泵空調系統(tǒng)和多聯式空調系統(tǒng)。從高速公路服務區(qū)的建筑特點分析，小型辦公樓、宿舍和設備房主要設置分體空調，由于系統(tǒng)簡單，這里不做贅述；服務樓的空調系統(tǒng)主要考慮風冷熱泵的水機和變頻多聯式空調系統(tǒng)這兩種形式。

1.2 服務樓空調系統(tǒng)選用

風冷熱泵空調系統(tǒng)由室外機、風機盤管或空氣處理機組、供回水水管、水泵、各種水閥、比例積分閥、補水箱、清洗預留網、水表等配件組成，具有節(jié)能的熱回收功能，可按需要分期實施等優(yōu)點。風冷熱泵空調系統(tǒng)需要設計水泵及水路系統(tǒng)，包括水泵揚程流量的計算，各段供回水管路的管徑計算，閥門的選型等。因附屬設備多，工藝要求高而施工復雜，施工周期相對較長。該系統(tǒng)的節(jié)能控制是通過各式閥門進行控制，精度較低，長時間運行時水管中的水垢、閥門的老化均會增加系統(tǒng)的能耗，且該系統(tǒng)部分室內末端運行時，室外機組可以部分運行，但是水泵是滿負荷運行的，其耗電量大。因此對于宿舍或者酒店住宿類有熱回收需求的建筑類型，考慮采用該類型空調系統(tǒng)。

變頻式多聯機由室外機、各式室內機通過銅管連接分支器組成，系統(tǒng)構成簡單，具有系統(tǒng)部分負荷能效比高、系統(tǒng)布置靈活、使用范圍廣等特點。變頻式多聯機空調系統(tǒng)形式簡單，不需要空調機房及附屬設備，安裝方便，施工周期相對風冷熱泵空調系統(tǒng)短。該系統(tǒng)僅有室內機、室外機通過銅管連接，安裝完畢調試完成后，再無需進行維護。變頻室外機組連接多臺室內機，各室外機互相獨立，即使只開一臺室內機，單個室外機通過全變頻控制，壓縮機低負荷運行，僅輸出該室內機需要的冷、熱負荷，按需輸出，隨用隨開的靈活運行控制特點。因此對于服務樓的特殊使用性質，除節(jié)假日人流量暴增，絕大部分時間處于部分負荷運行狀態(tài)，采用多聯式空調系統(tǒng)會更節(jié)能更經濟。

1.3 實際項目應用

本次設計高速公路區(qū)的服務樓一棟2層建筑，總建筑面積3248.24㎡，建筑高度12.5m，房間包括超市、開放式商鋪、休息區(qū)、衛(wèi)生間等。建筑主外立面為玻璃幕墻，天面為斜坡屋面。

綜合上述空調系統(tǒng)對比，結合本項目服務樓的建筑特點，室外機的位置受限制，業(yè)主的裝修需求，室內機要求多樣化，運行需靈活多變，故該項目選用變頻多聯式空調系統(tǒng)，室外機布置于首層衛(wèi)生間側的綠化帶，不影響外立面和屋頂造型。

2 室內空調系統(tǒng)設計

2.1 室內空調負荷

空調負荷是指空調房間冷（熱）負荷和濕負荷?？照{區(qū)的夏季空調房間冷（熱）負荷、濕負荷是確定空調系統(tǒng)送風量及空調設備容量的基本依據。室內冷（熱）負荷、濕負荷的計算以室外氣象參數和室內要求保持的空氣參數為依據，其主要計算內容包括空調的室內、外計算參數、空調室內空氣的設計參數、室內空氣品質與新風量、冷負荷、新風負荷和濕負荷。

這里以服務樓一樓的超市為例進行計算分析。超市面積184m，層高5.4m，兩面外墻為玻璃幕墻。查《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》湛江夏季空調室外干球計算溫度33.9℃，空調室外濕球計算溫度28.1℃，相對濕度70%，舒適性空調室內設計溫度26℃，相對濕度40～60%。采用冷負荷系數法進行冷負荷計算。

2.1.1 空調負荷計算

①外墻的傳熱冷負荷

Qwq

=KF(tτ-ε+Δ-tn)=4.5*55.6(37-26)+4.5*103.7(37-26)=7885.4W

②外窗的太陽輻射冷負荷

Qc

=FXgXdJwτ=55.6*0.59*226+103.7*0.59*158=17080.6W

③人體顯熱冷負荷

Qrt

=φnq1Xτ-T=0.89*184*58/3

=3166W

④燈具冷負荷

Qdj

=nNXτ-T=0.7*12*184*0.93

=1437.4W

⑤設備顯熱冷負荷

Qsb

=qsXτ-T=13*184*0.97

=2320.2W

⑥滲透空氣顯熱冷負荷

通過外門開啟進入室內的空氣量

G

1=n1V1ρ0=600*4.75*1.129

=3217.7kg/h

門窗縫隙滲入的空氣量

G

2=n2V2ρ0=0.7*184*5.4*1.129

=785.2kg/h

滲入空氣顯熱形成的冷負荷

Q

=0.28G(tw-tn)

=0.28（3217.7+785.2）（33.9-26）

=8854.4W

⑦人體散濕量與潛熱冷負荷

滲透空氣帶入室內的濕量

D

=0.001G（dw-dn）=0.001（3217.7+785.2）（23.7-10.5）=52.8kg/h

滲透空氣形成的潛熱冷負荷

Q

=0.28G(hw-hn)

=0.28*52.8*（94.9-53.1）

=618.0W

綜合上述超市空調房間冷負荷為

Q

=7885.4+17080.6+3166+

1437.4+2320.2+8854.4+618

=41362W

2.1.2 空氣的熱濕平衡及送風量計算

設計送風溫差8℃，查焓濕圖計算得：

空調房間送風量

L

=Q/(hn-h0)=41362/（53.1-45）=5044.1m3/h

按空調房間換氣次數確定的送風量為：

L

=nV=6*184*5.4

=5961.6m3/h＞5044.1m3/h

因此確定該空調房間最小送風量為5961.6m3/h。

該房間室內空調設計為4臺12.5kW的四面出風嵌入式天花機，空調負荷和送風量均滿足設計要求。

2.2 新風系統(tǒng)設計

服務區(qū)是人員繁雜的場所，特別是近年來新冠病毒的影響，人們更為關注室內空氣的品質。新風的引入，可以排除室內的有毒有害氣體，稀釋病毒的濃度，選擇帶有過濾器和殺菌的新風機組，更能過濾掉空氣中的氣溶膠，所以新風系統(tǒng)可以有效地防止病毒傳播。

服務區(qū)僅在節(jié)假日為人流高峰期，但是新風設計的選型均按額定人流量來計算，所以平時使用時新風量就會過大，因此新風系統(tǒng)的設計應分時運行調節(jié)。

新風系統(tǒng)有直接送風形式和間接送風形式。直接送風形式為新風系統(tǒng)直接向空調房間送風，室內顯熱負荷主要由空調設備負擔，潛熱負荷則由新風負擔，該系統(tǒng)的優(yōu)點是保證房間新風量的要求，易于系統(tǒng)的風量平衡。間接送風形式為新風系統(tǒng)接入空調末端，與空調回風混合后再送入房間，該系統(tǒng)的優(yōu)點是房間的溫度均勻性好。

考慮到服務區(qū)對新風系統(tǒng)的要求更為嚴格，新風路徑越短，污染越少，本次設計為獨立的直接送風形式的新風系統(tǒng)。

該高速公路服務區(qū)采用變頻多聯機系統(tǒng)，室外機設置于首層地面，設計冷量650kW，設計冷指標200kW/㎡。超市等高密人員房間設置獨立的新風系統(tǒng)，設置新風調節(jié)裝置，新風根據室內CO濃度調節(jié)新風量，實現節(jié)能目的，每個空間設置不少于1個CO采集點。超市和休息區(qū)采用四面出風嵌入式天花機，氣流均勻，中空的門廳設置內藏式風管機，空調分層布置，減少損失。

3 總結

高速公路服務區(qū)空調設置的主要目的是提高服務區(qū)整體業(yè)務質量，營造符合受眾感官需求的舒適環(huán)境，合理地進行空調配置不僅可以提升區(qū)域內溫度控制效果，也能夠實現資源的高效利用，從而控制服務區(qū)經營成本。綜上所述，服務區(qū)空調形式設計和選用，主要應當考慮服務區(qū)所在地理位置下的能源、氣候等環(huán)境因素，依靠設備配置和技術分析和應用調整空調系統(tǒng)的整體性能，這樣才能保證空調系統(tǒng)的構建趨近于預期效果。