大型商業(yè)綜合體暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)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(dāng)前我國城市化建設(shè)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(biāo)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(shè)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(shè)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(shè)計息息相關(guān)。

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(jié)構(gòu)復(fù)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(fù)雜，空間尺度較大，并且有很多科技集成設(shè)備和現(xiàn)代景觀設(shè)計。外部特征方面，具有高密度性、集約性、功能復(fù)合型特點[1]。

2 暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計原則和要求

2.1 節(jié)能設(shè)計原則

2.1.1 節(jié)能減排原則

在當(dāng)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(shè)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(yīng)時代發(fā)展趨勢，應(yīng)積極推動暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)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(shè)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(xiàn)[2]。

2.1.2 自然通風(fēng)原則

在暖通空調(diào)設(shè)計中，應(yīng)充分調(diào)查區(qū)域?qū)嶋H情況，結(jié)合當(dāng)?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(fēng)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(shè)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。空調(diào)房間的冷負(fù)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(fēng)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?？諝馓幚頇C組在空調(diào)工況下運行時向大氣環(huán)境排放大量的余熱，通常可達(dá)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(yán)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(shè)置單風(fēng)道變風(fēng)量VRV 系統(tǒng)，將新風(fēng)引入到室內(nèi)，并設(shè)置熱氣體回收熱能交換器，處理后的新風(fēng)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(shè)計中，應(yīng)充分應(yīng)用最新的智能化控制設(shè)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(shù)應(yīng)用于設(shè)計研究和分析的各個階段，并指導(dǎo)建設(shè)、施工與運維各方盡可能采用智能化集成技術(shù)，實現(xiàn)大型商業(yè)綜合體的智能化建設(shè)、運行及管理，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

3 大型商業(yè)綜合體暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計要點

3.1 合理選配冷熱源設(shè)備

節(jié)能設(shè)計是一項專業(yè)性較強的工作，不是簡單地以降低設(shè)備功率為目標(biāo)，需要同時考慮到多方面的問題。暖通空調(diào)節(jié)能設(shè)計中，設(shè)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(dāng)?shù)貧夂驐l件與地質(zhì)條件等情況，并積極推動設(shè)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(fù)雜，包括餐飲、休閑娛樂、購物以及電影院等，空間體積大，導(dǎo)致空調(diào)運行負(fù)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(shè)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(fù)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(shè)計提供了有利條件，可以同步運行多臺冷水設(shè)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(shè)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(shè)管理，根據(jù)上面的設(shè)計原則，對方太理想城1#樓暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計進行了優(yōu)化設(shè)備安裝布置如圖1 所示。設(shè)計優(yōu)化后，系統(tǒng)模塊選用風(fēng)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(shè)備的部分負(fù)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(zhǔn)控制，達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。

控制系統(tǒng)具備負(fù)荷分配自動調(diào)節(jié)功能，可根據(jù)負(fù)荷自動控制多臺壓縮機輪轉(zhuǎn)運行，提高機組設(shè)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(dǎo)，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(fù)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(shè)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(yuǎn)程啟停以及遠(yuǎn)程報警等控制功能。

3.2 優(yōu)化通風(fēng)設(shè)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(shè)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(xué)選擇組合式空調(diào)箱、風(fēng)機盤管、超薄型吊頂式空調(diào)器等部件?？照{(diào)箱、風(fēng)機透管的設(shè)計比較簡單，需要設(shè)置專門的空調(diào)箱運行空間，并在設(shè)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(fēng)系統(tǒng)的排風(fēng)功能。大型商業(yè)綜合體的新風(fēng)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(fēng)量也更大，這就需要配置專門的新風(fēng)送風(fēng)裝置，以保證新風(fēng)流通良好，并進入到商場內(nèi)。綜合體所排出的風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)可以將內(nèi)部風(fēng)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(fēng)量而達(dá)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(fēng)系統(tǒng)，具備新風(fēng)置換、空氣凈化功能，通風(fēng)、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(fēng)換氣一步到位。

該機組內(nèi)設(shè)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(fù)離子等空氣凈化技術(shù)，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(xì)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(fēng)機自帶電動風(fēng)閥，排風(fēng)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(dá)到60%，大幅度提高了設(shè)備的COP值。當(dāng)室外溫度適宜時，獨立的溫感系統(tǒng)會默認(rèn)全部打開新風(fēng)風(fēng)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(shù)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(yīng)當(dāng)積極引入自動化技術(shù)，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(guān)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(fēng)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(cè)采用定流量的冷水機組系統(tǒng)，而在負(fù)荷側(cè)通過調(diào)節(jié)電動閥的開度改變流經(jīng)末端設(shè)備的冷水流量，以適應(yīng)末端用戶空調(diào)負(fù)荷變化的一次泵負(fù)荷側(cè)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(fēng)管、新風(fēng)管上安裝溫濕度傳感器[8]。

在自動控制系統(tǒng)前期設(shè)計中，要注重收集相關(guān)參數(shù)信息，與建筑結(jié)構(gòu)、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(shù)，將現(xiàn)代傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，從整體角度優(yōu)化設(shè)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(shù)要求

一般而言，比較理想的制冷機組制冷量工況為進風(fēng)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(jié)構(gòu)配置和安裝應(yīng)當(dāng)滿足以下要求。一是通過冷卻盤管的風(fēng)面風(fēng)速＜2.5 m/s。二是機組應(yīng)設(shè)排水口，且排水應(yīng)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(dǎo)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(jié)露。此外，框架采用鋁合金、塑鋼或同類材質(zhì)，所有空調(diào)機組設(shè)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(yīng)有足夠的強度，在運輸、啟動、運行、停止后不應(yīng)出現(xiàn)變形。五是機組橫斷面上的氣流不應(yīng)產(chǎn)生短路。換熱器銅管排數(shù)應(yīng)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(zhì)量瑕疵）率應(yīng)＜1%，片距均勻，無裂紋、毛剌?？照{(diào)機組和風(fēng)機盤管等末端設(shè)備的凝結(jié)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(yīng)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(yīng)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(yīng)根據(jù)不同空間內(nèi)部供應(yīng)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(shè)長度，但如果敷設(shè)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(dāng)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(shè)計中，除了要關(guān)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(fēng)能以及地?zé)崮艿取?/p>

其中，太陽能取暖和光伏發(fā)電較為常用，且技術(shù)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(shù)可以實現(xiàn)地?zé)崮艿母咝占?，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(shù)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?qū)⒍嘤酂崃课蛰斔徒o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(zhì)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(shè)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(shè)計優(yōu)化、設(shè)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(fēng)扇通風(fēng)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(zhuǎn)動部件在運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生熱量，如果通風(fēng)不暢或者散熱不及時則會導(dǎo)致大量熱量堆積，加速設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計工作，確保商業(yè)綜合體暖通設(shè)計滿足要求。

4 結(jié)語

大型商業(yè)綜合體是當(dāng)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(shè)計、采購、施工與運維過程中，順應(yīng)“雙碳”政策，遵循節(jié)能、環(huán)保設(shè)計理念，結(jié)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(shù)、新設(shè)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(shè)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(yīng)當(dāng)努力追求的目標(biāo)。