大型商業(yè)綜合體暖通空調(diào)節(jié)能設計探討

貝正其 寧波方太廚具有限公司集團工程總監(jiān)，高級工程師

孫國豐 慈溪市國豐家電有限公司總經(jīng)理，高級工程師

鄭益鋒 寧波方太廚具有限公司合約造價部經(jīng)理，工程師

謝曉飛 寧波方太廚具有限公司工程主管，工程師

在當前我國城市化建設和發(fā)展中，大型商業(yè)綜合體的規(guī)模和數(shù)量已成為一座城市繁榮與否的重要標志，各地政府對其重視程度較高，政策支持力度較大，為其開發(fā)、建設提供了良好的條件。由于大型商業(yè)綜合體具有建筑體量大、空間分區(qū)多、人流量密集、能源消耗大等特點，因此在大規(guī)模開發(fā)、建設的同時，一定要注重內(nèi)部環(huán)境的營造，而這一點與暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設計息息相關。

1 大型商業(yè)綜合體概述

大型商業(yè)綜合體是城市商業(yè)活動的重要組成部分，集娛樂休閑、餐飲、購物、住宿以及辦公等功能于一體，功能多樣、結構復雜，具有鮮明的綜合性特點。對大型商業(yè)綜合體內(nèi)部特征而言，通道交通體系復雜，空間尺度較大，并且有很多科技集成設備和現(xiàn)代景觀設計。外部特征方面，具有高密度性、集約性、功能復合型特點[1]。

2 暖通空調(diào)節(jié)能設計原則和要求

2.1 節(jié)能設計原則

2.1.1 節(jié)能減排原則

在當前低碳經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展背景下，減少能耗、保護生態(tài)環(huán)境已成為社會共識。暖通空調(diào)在建筑物中的能耗占比較大（50%以上），但以往暖通空調(diào)設計忽視了節(jié)能環(huán)保要求，不符合可持續(xù)發(fā)展要求。因此，為了順應時代發(fā)展趨勢，應積極推動暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設計，在減少污染物排放量的同時，優(yōu)先選擇清潔、無污染的能源，采用高效低耗設備，提升資源利用率，為社會的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻[2]。

2.1.2 自然通風原則

在暖通空調(diào)設計中，應充分調(diào)查區(qū)域實際情況，結合當?shù)氐臍夂驐l件和地理條件，選擇最佳的建筑形式，盡可能利用自然通風來滿足室內(nèi)制冷需要，以減少能耗[3]。

2.1.3 余熱回收原則

以往的商業(yè)建筑多選擇集中供熱方式，內(nèi)部建設換熱站，可以滿足室內(nèi)二次供熱需要，冷源多是配備專門的吸收式制冷機或電制冷空調(diào)機組，以此來獲取冷凍水?？照{(diào)房間的冷負荷（熱量）通過蒸發(fā)器進入制冷劑循環(huán)，變成冷凝排熱的一部分，再通過冷卻水（風扇）循環(huán)排到大氣中去。對于常規(guī)空調(diào)制冷機而言，其主要作用是空氣調(diào)節(jié)，將空調(diào)系統(tǒng)的余熱未加以利用而直接排放到大氣中。空氣處理機組在空調(diào)工況下運行時向大氣環(huán)境排放大量的余熱，通?？蛇_制冷量的1.05 ～1.15 倍。大量的余熱直接排入大氣，既造成能源浪費，又使周圍環(huán)境溫度升高，造成嚴重的環(huán)境熱污染。若想要回收利用室內(nèi)的余熱，可在辦公區(qū)域和公共區(qū)域設置單風道變風量VRV 系統(tǒng)，將新風引入到室內(nèi)，并設置熱氣體回收熱能交換器，處理后的新風輸入到各個功能區(qū)域。這樣不但可以減少余熱對環(huán)境造成的污染，還是一種變廢為寶的節(jié)能方法。

2.1.4 智能控制原則

在暖通空調(diào)設計中，應充分應用最新的智能化控制設備和軟件系統(tǒng)，將樓宇自控、建筑信息模型、增強現(xiàn)實、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算以及人工智能等技術應用于設計研究和分析的各個階段，并指導建設、施工與運維各方盡可能采用智能化集成技術，實現(xiàn)大型商業(yè)綜合體的智能化建設、運行及管理，為實現(xiàn)“雙碳”目標奠定基礎。

3 大型商業(yè)綜合體暖通空調(diào)節(jié)能設計要點

3.1 合理選配冷熱源設備

節(jié)能設計是一項專業(yè)性較強的工作，不是簡單地以降低設備功率為目標，需要同時考慮到多方面的問題。暖通空調(diào)節(jié)能設計中，設計人員要增強節(jié)能意識，進行實地調(diào)查和分析，充分了解當?shù)貧夂驐l件與地質條件等情況，并積極推動設計創(chuàng)新[4]。大型商業(yè)綜合體內(nèi)部分區(qū)眾多、業(yè)態(tài)復雜，包括餐飲、休閑娛樂、購物以及電影院等，空間體積大，導致空調(diào)運行負荷較大，為保證大型商業(yè)綜合體空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定，加強暖通空調(diào)的節(jié)能設計十分必要[5]。

從目前大型商業(yè)綜合體實際情況來看，越來越多商業(yè)建筑的空調(diào)系統(tǒng)冷源選擇采用冷水機組。一般情況下，遵循節(jié)能要求優(yōu)化配置制冷方案，建議選擇定頻機組與變頻機組組合的方式，可以提升空調(diào)系統(tǒng)的運行效率。在冷負荷較小的情況下，空調(diào)系統(tǒng)可以采用變頻冷水機組作為主要冷源，依據(jù)實際情況動態(tài)調(diào)整空調(diào)運行功率，減少不必要的能耗。

基于此種方式，可以實現(xiàn)空調(diào)運行狀態(tài)的有效調(diào)節(jié)，避免資源浪費。水冷機組優(yōu)勢明顯，具有較高的穩(wěn)定性和運行效率，為空調(diào)的節(jié)能設計提供了有利條件，可以同步運行多臺冷水設備。通常配備3 臺以上機組，并配備多個備用泵，這樣即便1臺設備出現(xiàn)故障，也不會影響到整個空調(diào)系統(tǒng)的正常運行[6]。

筆者直接參與了浙江省寧波市杭州灣新區(qū)方太理想城的建設管理，根據(jù)上面的設計原則，對方太理想城1#樓暖通空調(diào)系統(tǒng)設計進行了優(yōu)化設備安裝布置如圖1 所示。設計優(yōu)化后，系統(tǒng)模塊選用風冷熱泵機組組合，不區(qū)分主、子模塊控制方式，任何1臺機組均可以作為主模塊控制。模塊采用并聯(lián)方式，可以自由組合運行，靈活性較強。

圖1 方太理想城1#樓空調(diào)機組安裝平面圖

這種組合方式中，設備的部分負荷能效比高，IPLV 在4.34 以上，能效等級為1級。機組具有智能除霜功能，除霜期間機組不需要停機，在-15 ℃環(huán)境下仍可保證制熱穩(wěn)定。主機制冷系統(tǒng)冷媒選用R410A 環(huán)保型制冷劑，壓縮機為全封閉式渦旋壓縮機，換熱器為高效釬焊板式換熱器。機組采用雙電子膨脹閥自動調(diào)節(jié)制冷劑流量，調(diào)節(jié)步數(shù)在480 步以上，可實現(xiàn)精準控制，達到節(jié)能目標。

控制系統(tǒng)具備負荷分配自動調(diào)節(jié)功能，可根據(jù)負荷自動控制多臺壓縮機輪轉運行，提高機組設備運行效率，且壓縮機先開先停，能有效延長壓縮機使用壽命。熱交換器表面采用親水材料制作，有利于冷凝水疏導，避免形成水橋，可提高散熱效果。控制系統(tǒng)具備斷電記憶功能，安裝了具有斷電記憶功能的溫控器和控制器，在突然斷電情況下，控制系統(tǒng)能保持掉電前的運行參數(shù)和模式，恢復供電后可繼續(xù)斷電前的運行狀態(tài)，且該項功能可根據(jù)實際需要選擇是否啟用。

機組配備具有高低壓力傳感器，可保證設備運行過程的可靠性和控制精確性，且該系統(tǒng)相對開放，配備RS485 和MODBUS通信協(xié)議接口，也可提供Bacnet 協(xié)議，同時連接兩個控制器，滿足不同管理方的需要，并可與不同的控制系統(tǒng)兼容，實現(xiàn)機組與末端的聯(lián)鎖控制、遠程啟停以及遠程報警等控制功能。

3.2 優(yōu)化通風設計

首先，綜合利用分層空調(diào)以及散流器。在商業(yè)綜合體中，暖通空調(diào)的效果在很大程度上取決于空調(diào)末端系統(tǒng)的布置和末端設備的選型，因此選擇合適的末端空調(diào)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能作用，這就需要科學選擇組合式空調(diào)箱、風機盤管、超薄型吊頂式空調(diào)器等部件?？照{(diào)箱、風機透管的設計比較簡單，需要設置專門的空調(diào)箱運行空間，并在設計時規(guī)避噴淋管以及電纜等部位。在有空間凈高要求的場合，末端空調(diào)系統(tǒng)一般選用超薄型吊頂式空調(diào)器，若空調(diào)區(qū)域較大，則需要使用分層空調(diào)系統(tǒng)布局，以保障建筑內(nèi)環(huán)境適宜，進而節(jié)約資源。

其次，合理利用通風系統(tǒng)的排風功能。大型商業(yè)綜合體的新風量由人員實際數(shù)量決定，若內(nèi)部人員密度大，則所需新風量也更大，這就需要配置專門的新風送風裝置，以保證新風流通良好，并進入到商場內(nèi)。綜合體所排出的風量氣溫會影響節(jié)能效果，利用這些排氣溫度能夠節(jié)約能源。通過補風系統(tǒng)可以將內(nèi)部風量排出到其他空間中，進而有效利用排氣溫度，并使房間由于接收風量而達到所需溫度，確保配電系統(tǒng)安全運行，實現(xiàn)節(jié)能目的。

以方太理想城一期報告廳空調(diào)系統(tǒng)為例，其末端采用的是組合式熱回收機組。該機組是一種雙向流新風系統(tǒng)，具備新風置換、空氣凈化功能，通風、換氣同時進行，能快速把室內(nèi)的污濁空氣經(jīng)過濾后排出，并及時補充已過濾的新鮮空氣，形成全方位循環(huán)空氣對流，新風換氣一步到位。

該機組內(nèi)設置初效、中效、高效3 道過濾器，采用納米級活性炭、紫外線殺菌、負離子等空氣凈化技術，不僅能阻止大氣中10 μm 以上花粉、塵土等的侵入，過濾空氣中的病毒、細菌、螨蟲等有害微生物以及50%的PM2.5，而且還可以根據(jù)要求增加電子除塵、加濕等功能。此外，新風機自帶電動風閥，排風機采用變頻控制，更加容易控制氣體的輸入及回收，熱回收率可達到60%，大幅度提高了設備的COP值。當室外溫度適宜時，獨立的溫感系統(tǒng)會默認全部打開新風風閥而不啟動冷熱源，直接對室外空氣過濾處理后送入室內(nèi)。

3.3 采用自動化技術和智能控制系統(tǒng)

為了動態(tài)調(diào)整大型商業(yè)綜合體的暖通空調(diào)系統(tǒng)運行工況，實現(xiàn)最佳運行狀態(tài)，應當積極引入自動化技術，推行自動化智能控制模式。依據(jù)建筑內(nèi)部采暖和制冷需要，自動化調(diào)整冷熱系統(tǒng)參數(shù)，并收集相關信息來調(diào)整暖通空調(diào)系統(tǒng)溫度、水量以及運行功率等，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、節(jié)能運行。自動控制系統(tǒng)運行中，基于多工況自動控制模式，實時調(diào)節(jié)風機、自動閥門，可減少系統(tǒng)整體能耗，顯著提升系統(tǒng)運行效率[7]。例如，可以選擇在冷源側采用定流量的冷水機組系統(tǒng)，而在負荷側通過調(diào)節(jié)電動閥的開度改變流經(jīng)末端設備的冷水流量，以適應末端用戶空調(diào)負荷變化的一次泵負荷側變流量系統(tǒng)。也可在供回水縱管中配備專門的壓差旁通裝置，在回水管上安裝電動二通閥，在排風管、新風管上安裝溫濕度傳感器[8]。

在自動控制系統(tǒng)前期設計中，要注重收集相關參數(shù)信息，與建筑結構、室內(nèi)裝修、照明電氣以及智能化專業(yè)進行數(shù)據(jù)共享，盡量采用集成技術，將現(xiàn)代傳感技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)與人工智能技術相結合，從整體角度優(yōu)化設計，實現(xiàn)建筑及機電系統(tǒng)的整體智能化運行。

3.4 合理確定機組參數(shù)和安裝技術要求

一般而言，比較理想的制冷機組制冷量工況為進風干球溫度27 ℃，濕球溫度19.5 ℃，進水溫度7 ℃，出水溫度12 ℃，空調(diào)機組的工作壓力不低于0.8 MPa。機組的結構配置和安裝應當滿足以下要求。一是通過冷卻盤管的風面風速＜2.5 m/s。二是機組應設排水口，且排水應暢通，避免出現(xiàn)滲漏情況。三是機組箱體壁板的雙層金屬板厚度≥0.5mm，保溫材料厚度不小于20 mm，導熱系數(shù)≤0.018 W/（m·K），同時需采用有效的防冷橋措施，確保壁板不結露。此外，框架采用鋁合金、塑鋼或同類材質，所有空調(diào)機組設若干層28 mm厚的SD 減震墊，每層減振墊中間夾0.58 mm厚鋼板。四是箱體應有足夠的強度，在運輸、啟動、運行、停止后不應出現(xiàn)變形。五是機組橫斷面上的氣流不應產(chǎn)生短路。換熱器銅管排數(shù)應根據(jù)所要求的冷量確定，采用脫氧銅管，壁厚≥0.35 mm，鋁箔需經(jīng)親水性處理，翅片倒片（質量瑕疵）率應＜1%，片距均勻，無裂紋、毛剌?？照{(diào)機組和風機盤管等末端設備的凝結水盤表面采用磷化、噴塑處理，且水盤外襯厚度不小于0.5 mm 的保溫材料，配套的電機功率因數(shù)≥0.8。

3.5 合理應用分區(qū)兩管制系統(tǒng)

根據(jù)大型商業(yè)綜合體自身特性，內(nèi)部不同空間的溫度和濕度要求也存在顯著差異，部分空間溫度已經(jīng)滿足要求時，另一部分空間卻可能仍需要繼續(xù)進行制冷或制熱。暖通空調(diào)系統(tǒng)中應合理運用分區(qū)兩管制水系統(tǒng)，為內(nèi)部各分區(qū)提供所需要的冷氣，實現(xiàn)能源的合理配置與利用。系統(tǒng)應根據(jù)不同空間內(nèi)部供應水量的實際情況進行調(diào)節(jié)，滿足不同空間分區(qū)的冷熱量需求，避免過度制冷或制熱，降低系統(tǒng)能耗。需要注意的是，要盡量縮短管道敷設長度，但如果敷設管道條件不便，則可以在不影響其他管線布置和整體裝飾效果的情況下適當增加管徑。

3.6 合理選擇使用新能源

大型商業(yè)綜合體暖通空調(diào)節(jié)能設計中，除了要關注減少綜合體內(nèi)部能耗，同時還要注重各種新能源的合理運用，如太陽能、風能以及地熱能等。

其中，太陽能取暖和光伏發(fā)電較為常用，且技術較為成熟，很多建筑頂層均安裝了太陽能板，一方面能夠減少太陽對建筑物的輻射和傳熱，減少建筑空調(diào)制冷系統(tǒng)的能源消耗，另一方面可以通過收集太陽能來制取熱水或者用來發(fā)電，而且不產(chǎn)生環(huán)境污染。地源熱泵技術可以實現(xiàn)地熱能的高效收集，不會產(chǎn)生溫室氣體污染環(huán)境，除了水泵用電外不需要燃料消耗，能源需求度相對較小。相較于其他采暖方式而言，地源熱泵技術可以收集地表熱量來動態(tài)調(diào)整室內(nèi)溫度，輸入少量外部能源，冬季時吸收地下熱量輸送給建筑物用于供暖，夏季時候將多余熱量吸收輸送給大地，起到降溫的作用。地源熱泵類型多樣，其中埋管方式較為常見，具體包括埋管與換熱器兩部分，基于介質循環(huán)方式來傳熱，實現(xiàn)資源的合理化配置和利用。

3.7 做好空調(diào)設備的運維保養(yǎng)

空調(diào)系統(tǒng)要保持最佳節(jié)能工況，除了做好設計優(yōu)化、設備選購以及安裝調(diào)試工作以外，還要做好暖通空調(diào)裝置后期的維護、保養(yǎng)工作，尤其是容易粘積灰塵的風扇通風口，需要定期清理干凈，避免灰塵堆積影響到裝置的正常運行。系統(tǒng)中的電器和轉動部件在運轉時會產(chǎn)生熱量，如果通風不暢或者散熱不及時則會導致大量熱量堆積，加速設備老化損耗，不可避免地增加系統(tǒng)故障的發(fā)生概率。同時，良好的后期維護和保養(yǎng)可以延長設備使用壽命，為暖通空調(diào)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行提供堅實保障。此外，還需要注意運營調(diào)試工作，如果在商業(yè)綜合體前期運營時出現(xiàn)設計與運營不相符的現(xiàn)象，那么需要及時提出解決措施，并在后續(xù)運營期間針對具體問題及時處理，探究原因，整改后續(xù)設計工作，確保商業(yè)綜合體暖通設計滿足要求。

4 結語

大型商業(yè)綜合體是當代都市文化的重要載體，也是現(xiàn)代化城市的重要組成部分，其建筑體量大等固有特點決定了暖通空調(diào)系統(tǒng)的重要性。

在大型商業(yè)綜合體暖通空調(diào)系統(tǒng)的設計、采購、施工與運維過程中，順應“雙碳”政策，遵循節(jié)能、環(huán)保設計理念，結合實際情況，充分利用自然條件，大力發(fā)展清潔能源，積極采用綠色建筑新技術、新設備以及新材料，在保證正常穩(wěn)定運行和滿足健康舒適需求的前提下，實現(xiàn)設計最優(yōu)、低碳節(jié)能、生態(tài)環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展是人們應當努力追求的目標。