杭州某大型商業(yè)綜合體空調(diào)設(shè)計

潘尤貴 高 晴 林 鑫

(中國聯(lián)合工程有限公司,杭州)

1 工程介紹

該項目位于浙江省杭州市錢江世紀(jì)城,為大型地鐵上蓋商業(yè)綜合體,是為2023年杭州亞運會技術(shù)官員提供住宿、餐飲及商業(yè)服務(wù)的場所。項目總建筑面積為26.4萬m2,業(yè)態(tài)為酒店(南向)、辦公(北向)和商業(yè)(中間),如圖1所示。其中酒店面積為5.00 萬m2,地上31層,建筑高度為141.5 m;辦公面積為4.65萬m2,地上29層,建筑高度為131.4 m;商業(yè)總建筑面積為9.67萬m2,地下3層(地下2層局部及地下1層為商業(yè)功能,層高分別為5.6、6.8 m,其余為配套用房及車庫),地上5層(1層層高為6.0 m,其他樓層層高為5.6 m),建筑高度為28.4 m。根據(jù)物業(yè)權(quán)屬及物業(yè)管理權(quán)屬,該項目酒店單獨設(shè)置冷熱源,商業(yè)(除影院)和辦公合用冷熱源。本文著重介紹商業(yè)部分的空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計。

2 空調(diào)冷熱源設(shè)計

2.1 冷熱負(fù)荷的計算

采用全年負(fù)荷計算軟件,根據(jù)表1[1]所示的室內(nèi)設(shè)計參數(shù),進行全年逐項、逐時空調(diào)冷、熱負(fù)荷計算,結(jié)果見圖2。商業(yè)總冷負(fù)荷為13 584 kW,單位空調(diào)面積冷負(fù)荷指標(biāo)為194 W/m2;總熱負(fù)荷為6 226 kW,單位空調(diào)面積熱負(fù)荷指標(biāo)為89 W/m2(40%店鋪面積為餐飲功能,對其中30%廚房排油煙補風(fēng)進行冷熱預(yù)處理,夏季處理到26 ℃,冬季處理到10 ℃)。辦公總冷負(fù)荷為4 411 kW,單位空調(diào)面積冷負(fù)荷指標(biāo)為123.0 W/m2;總熱負(fù)荷為2 240 kW,單位空調(diào)面積熱負(fù)荷指標(biāo)為62.5 W/m2。因冷熱源同時服務(wù)于商業(yè)及辦公2種業(yè)態(tài),其空調(diào)的同時使用系數(shù)取0.9[2],同時綜合考慮冷水管網(wǎng)的輸送冷損失,冷源總冷負(fù)荷為17 095 kW,熱源總熱負(fù)荷為8 042 kW。

表1 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)[1]

注:負(fù)值為熱負(fù)荷。圖2 全年逐時冷熱負(fù)荷

2.2 冷熱源選型

根據(jù)總冷負(fù)荷及制冷站全年冷負(fù)荷分布情況(見圖3),以及業(yè)主提供的集采品牌機型、對應(yīng)的參數(shù)與價格對冷水機組的選型進行了3種方案的比選,如表2所示。根據(jù)總投資及模擬運行能耗綜合比較,選擇方案2,即冷水機組選擇4臺單臺制冷量為3 868 kW的定頻離心機組及1臺制冷量為2 110 kW的變頻離心機組(機組的性能曲線見圖4),以確保低負(fù)荷時冷水機組依然高效運行,冷水機組額定供/回水溫度為7 ℃/13 ℃。冷水泵及冷卻水泵分別選擇5臺雙吸泵(四用一備)與定頻離心冷水機組匹配,另選2臺端吸泵(一用一備)與變頻離心冷水機組匹配,變頻運行。冷卻塔選擇鋼制低噪聲橫流塔,其出水溫度按逼近溫度3.1 ℃選型,冷卻水的供/回水溫度為31 ℃/36 ℃。根據(jù)綠建二星的相關(guān)要求[3],選擇一級能效的冷水機組。熱源采用燃?xì)庹婵諢崴畽C組,選擇3臺單臺制熱量為2 800 kW的熱水機組,總制熱量為8 400 kW,供/回水溫度為60 ℃/50 ℃。

圖3 制冷站全年冷負(fù)荷分布

圖4 2 110 kW離心機組COP曲線

表2 冷水機組配置方案對比

3 空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計

3.1 水系統(tǒng)設(shè)計

空調(diào)冷水系統(tǒng)采用一級泵變水量兩管制系統(tǒng),過渡季及冬季有供冷需要的內(nèi)區(qū)采用加大新風(fēng)量的自然冷卻方式。商業(yè)地下室空調(diào)冷水系統(tǒng)主管采用異程設(shè)計,根據(jù)平面布置及每根立管的服務(wù)半徑不超過40 m的原則,整個商業(yè)平面共分為9個立管區(qū)域,且空調(diào)機組(新風(fēng)機組)與風(fēng)機盤管的水立管分開設(shè)置。地下2層立管附近商業(yè)區(qū)域的新風(fēng)機組(空調(diào)機組)及風(fēng)機盤管的水管就近從各立管接出,避免直接從主管上接出,利于各環(huán)路之間的水力平衡。為防止風(fēng)機盤管水系統(tǒng)出現(xiàn)大流量小溫差的情況,在其回水立管上設(shè)置控制供回水溫差的電動調(diào)節(jié)閥,各立管回水主管設(shè)置靜態(tài)平衡閥以平衡各立管之間的阻力。

制冷機房系統(tǒng)參照高效機房設(shè)計[4-5],除冷水機組的能效比選擇一級能效以外,其冷凝器及蒸發(fā)器的阻力控制在60 kPa以內(nèi),且冷凝器自帶端蓋式膠球清洗裝置;機房內(nèi)管道布置采用順?biāo)?水系統(tǒng)選用低阻力閥門,水管路比摩阻控制在100 Pa/m左右,并做好環(huán)路之間的水力平衡設(shè)計;水泵揚程為32 m, 效率≥80%,以降低水泵的運行能耗。

3.2 水系統(tǒng)控制設(shè)計原則

1) 總體原則是群控系統(tǒng)通過對各傳感器采集的數(shù)據(jù)進行綜合計算,確定冷水機組、冷卻塔、冷水泵及冷卻水泵的運行模式、狀態(tài),以及合適的冷水及冷卻水供回水溫度,使制冷機房系統(tǒng)能效比(總制冷量÷(冷水機組用電量+冷水泵用電量+冷卻水泵用電量+冷卻塔用電量))為最大值。

2) 根據(jù)負(fù)荷需求和開機策略控制冷水機組開機數(shù)量,保證冷水機組在最高效率運行,其運行策略見表3。

表3 冷水機組開啟策略

3) 不同容量冷水機組的冷水泵和冷卻水泵分別獨立配置,采用2套流量傳感器,分別對應(yīng)不同容量冷水機組的最小流量。

4) 冷水采用一級泵變流量系統(tǒng),最不利環(huán)路(選取兩處)設(shè)置壓差傳感器控制冷水泵運行頻率。

5) 冷卻水泵采用變頻控制,在部分冷負(fù)荷率工況下,隨著室外濕球溫度逐步降低,可結(jié)合冷水機組的性能,增大供回水溫差運行,以降低冷卻水泵的運行能耗。

6) 冷卻塔風(fēng)機采用變頻運行,結(jié)合冷水機組性能,在部分負(fù)荷率工況下及過渡季降頻節(jié)能運行。

7) 部分負(fù)荷率工況下,可實現(xiàn)單臺冷水機組對多臺冷卻塔運行,降低冷卻水出水溫度[6]。

8) 在每臺冷水機組的冷水出水管、冷卻水供水總管上設(shè)置能量表,對制冷站的運行效率進行監(jiān)控。

9) 過渡季,提高冷水供水溫度(如9～11 ℃)運行。

4 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

4.1 中庭及連廊空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

中庭及連廊采用全空氣系統(tǒng),其中連廊豎向分為4個區(qū):地下2層、地下1層、1層、2～4層、5層。1層及5層獨立設(shè)置空調(diào)風(fēng)系統(tǒng),其中冬季1層出入口處空調(diào)箱的選型需把與中庭連通區(qū)域0.3 h-1的滲透風(fēng)的熱負(fù)荷考慮進去,夏季5層空調(diào)箱的選型需把與中庭連通區(qū)域0.2 h-1的滲透風(fēng)的冷負(fù)荷和天窗冷負(fù)荷一并考慮進去[1]。中間樓層連廊可共用空調(diào)風(fēng)系統(tǒng),每層設(shè)置送、回風(fēng)管,每層的送風(fēng)主管設(shè)置壓力無關(guān)型變風(fēng)量調(diào)節(jié)閥,根據(jù)該層回風(fēng)主管溫度傳感器的數(shù)值來控制閥門的開度,精準(zhǔn)控制每層連廊的溫度。空調(diào)箱風(fēng)機的運行頻率根據(jù)送風(fēng)主管的靜壓值控制,當(dāng)送風(fēng)系統(tǒng)的變風(fēng)量閥開度發(fā)生變化時,風(fēng)道壓力傳感器檢測出風(fēng)道內(nèi)的壓力變化,通過變頻器控制空調(diào)箱送風(fēng)機的轉(zhuǎn)速,來維持送風(fēng)主管的靜壓值,從而確保末端的送風(fēng)量。商場人員出入口20 m范圍內(nèi)通過加密布置空調(diào)送風(fēng)口來加大空調(diào)送風(fēng)量,保持出入口與室外的相對正壓,減少室外冷風(fēng)的侵入,確保出入口處冬季的溫度達(dá)到設(shè)計值。空調(diào)箱在過渡季的新風(fēng)比不小于50%,風(fēng)道水平服務(wù)半徑小于50 m,總長不大于100 m,以控制風(fēng)機的能耗。

4.2 店鋪空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

除主力店鋪采用全空氣系統(tǒng)以外,其他店鋪均采用新風(fēng)+風(fēng)機盤管系統(tǒng)。新風(fēng)采用豎向系統(tǒng),豎向分為2個區(qū):地下2層～2層、3～5層,空調(diào)季的新風(fēng)經(jīng)集中凈化及冷熱處理后送入空間。過渡季內(nèi)區(qū)餐飲等人員密度較大的店鋪采用加大新風(fēng)量的方式自然冷卻,每層的新風(fēng)百葉及新風(fēng)主管水平布置,每間商鋪預(yù)留新風(fēng)支管接駁口,新風(fēng)量按店鋪空調(diào)季所需的新風(fēng)量計算,新風(fēng)凈化及動力設(shè)備由店鋪自理。

4.3 門斗空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

文獻(xiàn)[7]通過對一商業(yè)出入口加裝門斗前后出入口處的溫度測試表明,增加門斗后1層出入口處的溫度提升3～4 ℃,除外門處設(shè)置熱水風(fēng)幕以外,在門斗內(nèi)增加熱水風(fēng)幕,出入口的溫度又提升了0.5～1.0 ℃。該項目所有出入口均設(shè)置門斗,如圖5所示,對于人員頻繁出入的主、次要出入口,在門斗內(nèi)門兩側(cè)(門斗側(cè)及商場側(cè))均設(shè)置獨立的空調(diào)機組,采用條縫型風(fēng)口進行送風(fēng),兩道熱空氣幕能有效減少門斗處的冷風(fēng)侵入量,確保商場出入口處冬季的溫度達(dá)到設(shè)計值,門斗處送風(fēng)量按表4確定[8]。

圖5 門斗處空調(diào)設(shè)置

表4 門斗處送風(fēng)量確定原則[8] m3/h

5 通風(fēng)與風(fēng)量平衡設(shè)計

5.1 餐飲廚房通風(fēng)設(shè)計

餐飲店鋪的最終招商落位往往與施工圖設(shè)計時有較大出入,導(dǎo)致后期眾多管井、管線及屋面設(shè)備的調(diào)改。施工圖設(shè)計時該項目餐飲店鋪的招商比例確定為40%,經(jīng)與業(yè)主招商部進行深入溝通并展開餐飲落位分析討論,最終確定60%的店鋪比例預(yù)留餐飲業(yè)態(tài)的土建及機電條件,靈活應(yīng)對最終40%的招商比例。

餐飲排油煙風(fēng)量的計算原則:店鋪面積的1/3為廚房面積,廚房層高按3 m計算,大于200 m2的店鋪單獨設(shè)置排油煙系統(tǒng),排油煙風(fēng)量按廚房換氣次數(shù)60 h-1計算;小于200 m2的店鋪可合用排油煙系統(tǒng),排油煙風(fēng)量按廚房換氣次數(shù)80 h-1計算,合用戶數(shù)不大于3戶,系統(tǒng)風(fēng)量按不大于40 000 m3/h控制。油煙經(jīng)靜電油煙凈化器及紫外線光解除味裝置處理后排入大氣,單店鋪獨立設(shè)置排油煙系統(tǒng)的凈化器、光解除味裝置及排油煙風(fēng)機設(shè)于裙房屋面;多店鋪合用的排油煙系統(tǒng)設(shè)兩級凈化器、除味裝置及風(fēng)機,第一級設(shè)置于廚房內(nèi),第二級設(shè)置于裙房屋面。排油煙補風(fēng)量按排油煙風(fēng)量的85%計算,且排油煙風(fēng)機、補風(fēng)機均設(shè)置樓宇控制(BA)接口,實現(xiàn)聯(lián)動控制。

5.2 整體風(fēng)量平衡計算

商業(yè)的排風(fēng)一般是通過中庭的排煙兼排風(fēng)機的運行數(shù)量及單獨排風(fēng)機的變頻來控制排風(fēng)量,排風(fēng)量應(yīng)進行整體的風(fēng)量平衡計算。進風(fēng)包括:中庭及連廊新風(fēng)、非餐飲店鋪新風(fēng)、餐飲店鋪新風(fēng)、餐飲排油煙補風(fēng)。排風(fēng)包括:餐飲廚房排油煙風(fēng)、衛(wèi)生間排風(fēng)、維持室內(nèi)正壓排風(fēng)、中庭排風(fēng)(總新風(fēng)量與總排風(fēng)量的差值)。且應(yīng)根據(jù)冬、夏空調(diào)季與過渡季的餐飲與非餐飲時段分別計算,表5為空調(diào)季餐飲時段的風(fēng)量平衡計算結(jié)果。

表5 空調(diào)季餐飲時段商場風(fēng)量平衡計算結(jié)果 m3/h

在風(fēng)量平衡計算中,排油煙補風(fēng)機的運行狀態(tài)和實際風(fēng)量對計算結(jié)果的影響較大,為了規(guī)范餐飲租戶的運行行為,在商鋪進行油煙補風(fēng)系統(tǒng)安裝時,物業(yè)應(yīng)校核其設(shè)備的選型與排油煙風(fēng)量是否匹配,在運行時將排油煙風(fēng)機及其補風(fēng)機均納入BA監(jiān)控范圍,當(dāng)補風(fēng)機未與排油煙風(fēng)機聯(lián)動啟動時發(fā)出報警信號,防止商鋪不開補風(fēng)機,導(dǎo)致整個商場處于負(fù)壓狀態(tài),無法控制出入口的冷風(fēng)侵入及出入口處的溫度場。

6 屋頂設(shè)備的規(guī)劃

屋頂作為建筑的第五立面越來越受到關(guān)注,尤其是有屋頂花園的項目,往往要求屋頂設(shè)備及廢氣排放不能對客戶的視覺、聽覺及嗅覺產(chǎn)生負(fù)面影響。屋頂設(shè)備的規(guī)劃一般根據(jù)屋頂?shù)木坝^布置方案,綜合考慮設(shè)備噪聲及使用時段、廢氣對主樓及人員活動區(qū)的影響、不同設(shè)備之間的相應(yīng)影響,對設(shè)備進行分散、集中布置規(guī)劃。如圖6所示,該項目廢氣的排放滿足規(guī)范對排放點與敏感點的間距要求,但噪聲無法滿足要求,因此對排油煙風(fēng)機、排風(fēng)機區(qū)域設(shè)置消聲屏障;屋頂左上角油煙排放點與冷卻塔的間距太近,故在冷卻塔區(qū)域左右兩邊設(shè)置不開孔消聲材料屏障,降低油煙對冷卻塔進風(fēng)的負(fù)面影響及冷卻塔對酒店主樓的噪聲影響。

圖6 屋頂設(shè)備的規(guī)劃

為了盡量把設(shè)備集中在某個區(qū)域,排風(fēng)、油煙處理等設(shè)備采用多層布置,如圖7所示,處理后的油煙進入土建煙道圍擋,集中在7.8 m高度處排放,減少油煙氣味及噪聲對屋頂人員的影響。

注:EP為油煙凈化器;UV為紫外線光解除味裝置;PYY為排油煙機組。圖7 設(shè)備布置剖面示意圖

7 結(jié)束語

本文以杭州某大型商業(yè)綜合體為例,對商場入口處冬季溫度偏低、中庭存在豎向溫度梯度、餐飲招商調(diào)整、室內(nèi)風(fēng)量不平衡、屋頂設(shè)備對人員的影響等幾個商業(yè)綜合體項目空調(diào)設(shè)計的痛點提出了相應(yīng)的解決方案。待項目運營后將實測相關(guān)運營數(shù)據(jù),驗證實際效果。