夏涼冬冷地區商業綜合體供暖、空調與通風系統設計分析

曾向斌

（深圳市華陽國際工程設計股份有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510000）

1 項目信息

1.1 工程概況

本工程位于貴州省威寧彝族回族苗族自治縣，坐落于威寧草海自然保護區北側。本工程為多層商業綜合體，總建筑面積約為46 200 m2，建筑總高度23.85 m；地上共4 層，地下1 層，具體業態及功能分區如下：首層為商業區、二層為超市及商鋪、三層為主力店及商鋪、四層為餐飲商鋪及兩層通高的電影院，地下室一層為車庫及設備用房。項目定位為高端多功能的商業綜合體，可以營造良好的商業氛圍和居住環境，打造威寧縣亮麗的城市名片。

1.2 設計參數

畢節市平均海拔1510.6 m，冬季室外大氣壓力為776.6 hPa，冬季室外平均風速為0.4 m/s。其中，威寧縣最熱月平均氣溫為17.7 ℃，最冷月平均氣溫為1.9 ℃，冬季供暖室外計算溫度為-3.0 ℃，冬季通風室外計算溫度為-7.0 ℃，年均采暖天數為123 d，年均空調天數為0 d。按照《貴州建筑熱工設計分圖》的劃分標準，該地區劃分為夏涼冬冷地區。

根據相關節能設計規范，結合業主方的設計管理要求，對比其他項目，確定本商業綜合體室內設計參數，如表1所示。

表1 商業綜合體室內設計參數

2 冷熱源系統及其分區設計

2.1 冷熱負荷計算及其分區

本項目為大型集中商業綜合體，基于業主方的產權及管理需求，為實現各功能分區的獨立運行、控制、計費等，超市、電影院、商業區等各功能分區的空調系統冷熱源分開設置。同時，基于項目所在地的氣候特點、平面業態功能，對冷熱源系統進行內外分區設計[1]。

根據以上設計原則，對本項目進行冷熱負荷計算，得出以下結論：①商業外區供暖區域采用穩定傳熱計算，各分區總熱負荷為2652 kW。②商業外區+內區空調區域采用全年逐時逐項負荷計算，各分區總冷負荷為2490 kW。③超市與電影院采用單獨冷熱源系統，按空調冷熱負荷分別計算。④其他銷售商鋪采用分體空調，按照指標法預留分體空調室外機位。具體各分區詳細負荷如表2所示。

表2 空調冷熱負荷計算

2.2 冷熱源選型

結合本項目建筑的業態功能以及業主方的使用要求，進行冷熱源方案比選后，確定具體的冷熱源方案。

2.2.1 選型修正系數

（1）風冷熱泵機組選型基于計算負荷，考慮除霜系數為0.85，溫度修正系數為（-7 ℃）0.70，高原修正系數為0.95，按熱負荷選型。

（2）燃氣真空鍋爐選型基于計算負荷，燃燒器型考慮風量和風壓的修正系數為1.31，按照熱負荷選型[2]。

2.2.2 超市區域

超市采用風冷熱泵模塊機組，夏季供冷，冬季供熱。選取4 臺風冷熱泵模塊機組，分兩組運行，保證任意一臺機組維修時，其余機組滿足80%空調負荷的需求。冷卻水塔設置在商業區屋面，冷凍水供回水溫度設為7 ℃/12 ℃，供暖供回水溫度設為45 ℃/40 ℃。

2.2.3 電影院區域

電影院采用風冷熱泵機組，夏季供冷，冬季供熱。選取6 臺風冷熱泵模塊機組，分兩組運行，保證任意一臺機組維修時，其余機組滿足80%空調負荷的需求。冷卻水塔設置在商業屋面，冷凍水供回水溫度設為7 ℃/12 ℃，供暖供回水溫度設為45 ℃/40 ℃。

2.2.4 自持商業區域

自持商業區域集中空調系統的冷熱源采用水冷螺桿機組+燃氣真空熱水鍋爐的設計。

（1）夏季供冷：空調冷源采用2 臺螺桿機組，冷水機組設置在地下一層，冷卻水塔設置在商業區屋面。冷凍水供回水溫度設為7 ℃/12 ℃，冷卻水供回水溫度為25 ℃/30 ℃。保證任意一臺制冷機組維修時，剩余制冷機組仍可負擔75%高峰負荷。

（2）冬季供暖：熱源采用3 臺燃氣真空熱水鍋爐，鍋爐設置在地下一層，供回水溫度設為40 ℃/55 ℃。根據《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》（GB 50736—2012）規定，參考寒冷地區，保證任意一臺鍋爐停止工作時，剩余鍋爐仍可負擔65%高峰負荷[3]。

（3）免費冷源：冬季冷卻塔免費供冷，在制冷機房設置一臺板式換熱器，為了延長冷卻水塔供冷時間及匹配已有設備，設計工況下冷卻水塔側供回水溫度設為8 ℃/10 ℃，冬季冷凍水供回水溫度設為9.5 ℃/12.5 ℃，主要應用在過渡季節與供暖期間的商業內區，為商業區域提供輔助冷源。

（4）末端冷、熱內外分區：依據平面分布以及功能分區，末端選擇合適的冷、熱系統，形成內外分區，達到冬季供暖時更舒適的空調、供暖效果。通過繪制冷、熱內外分區示意圖，用于指導項目設計、施工、運行[4]。

3 空調系統設計

3.1 空調風系統

超市空調氣流組織形式均為上送風，上回風方式。采用獨立新風+吊頂風柜系統，采用變頻吊頂式新風處理機組，吊裝在超市內；排風機采用變頻控制，根據室外的空氣焓值控制新風機、排風機的運行，新、排風管道設置滿足風機變頻的要求[1]。

電影院空調氣流組織形式均為上送風，上回風方式。電影院的各觀眾廳采用全空氣機組處理機組，新風百葉、風管滿足最大新風量的要求，通過變頻控制排風機的風量來實現過渡季節最大新風量的需求。電影院放映機房采用風機盤管系統，設獨立排風系統和新風系統?？諝馓幚頇C組設于專用空調機房內。

自持商業區的營業廳、主力店等較大空間區域，均采用獨立新風+吊頂風柜系統。小型商鋪采用獨立新風+風機盤管系統。新風機組采用吊頂式新風處理機組，吊裝于公共區域走道。

所有新風機組只設置加熱盤管，夏季不供冷水，采用夏季通風降溫的方式進行代替空調運行，減少夏季空調運行能耗；冬季室外空氣經過加熱后送進室內空間[5]。

畢節市威寧縣年均采暖天數為123 d，年均空調天數為0 d，設計過程需要考慮供暖的可靠性。本項目的供暖形式采用分體空調供暖、空調供暖以及熱風幕供暖。

可銷售商鋪統一采用分體空調形式，由租戶自行采購安裝分體空調，滿足冬季供暖需求。

超市、電影院以及自持商業區域均以空調供暖為主，其熱源為燃氣真空熱水鍋爐。餐飲業態的廚房補風系統考慮預留單獨預熱環路，其熱源為燃氣真空熱水鍋爐，此環路直接從鍋爐房接出，室外空氣經預加熱處理后再進行補風。商業區域主要出入口處設置門斗與熱風幕，阻隔室外冷風侵入。地下車庫出入口處設置熱風幕機。

3.2 空調冷凍水系統

超市、電影院的空調水系統采用主機定流量、一級泵定流量系統，冷凍水供、回水主管之間設壓差旁通控制裝置，根據設定壓差以調節末端機組的供水量，同時設置輔熱，保證在冬季極端天氣下熱泵依然能穩定運行。

商業區空調冷凍水系統采用一級泵變流量系統，冷凍水供、回水主管之間設置壓差旁通控制裝置，根據負荷需求、設定壓差控制或溫差控制水泵變頻以節能運行，并通過流量計控制調節旁通電動閥，以滿足單臺最大制冷機組蒸發器的最小流量需求。

3.3 空調熱水系統設計

商業區冬季采用燃氣真空熱水鍋爐進行供暖，采用一級泵變流量系統?？照{冷凍水及供暖系統于商業屋面分別設置全自動定壓排氣補水裝置，機房設置自動加藥裝置。

3.4 空調水系統環路設計

自持商業區域分3 個環路，即內區環路、外區環路、補風預熱環路。為節省管材，冷凍水（含冬季免費供冷）及空調熱水均并入地下一層車庫集分水器機房后分內外區環路運行。補風預留環路則直接從鍋爐房接出?？照{冷凍及供暖水系統采用分區兩管制異程式水系統。在空調水系統各區域水平支干管的回水管上設靜態平衡閥，以調節各環路空調末端的水力平衡。

3.5 空調冷卻水系統設計

冷卻水系統采用方形橫流冷卻塔，設在商業區屋面。每個冷卻水塔均為獨立單元，進出水管上均設電動蝶閥，冷卻水塔單元之間設平衡管。根據冷卻水水溫控制冷卻水塔風扇的運行臺數。為滿足冬季免費供冷需求，其中一臺設置電輔熱，防止冬季供冷期結冰，同時出屋面冷卻水管設置電伴熱及保溫設備。冷卻水塔免費供冷，水系統均采用原有設備，通過水溫差控制及適當變頻調節，滿足商業內區冬季供冷需求，節省造價。

4 風量平衡設計

根據餐飲業態分布進行排油煙系統、廚房補風系統設計，廚房補風量按排油煙系統的90%考慮，結合商業的新風系統、衛生間排風系統，針對餐飲時間段與非餐飲時間段的運行工況，分別進行風量平衡設計，從而設計中庭集中排風、新風變頻的運行策略。

4.1 風量平衡計算方法

按照滿足室內人員最小新風量要求并維持空調區域微正壓的條件，為改善內區冬季過熱及整棟建筑排油煙工況風量平衡問題，加大空調新風內區新風量，同時變頻運行。

式中：QYD——廚房排油煙風量，按換氣次數計算，m3/h；QCF——廚房平時排風量，按換氣次數計算，m3/h；QWP——衛生間平時排風量，按換氣次數計算，m3/h；QXF——滿足人員需求最小新風量，按人均新風量計算，m3/h；QCB——廚房區域及餐飲補風量，按（QYD+QCP）的90%計算，m3/h；QZP——中庭集中排風量，按（QXF+QTX）的70%～90%計算，m3/h。

4.2 風量平衡設計及控制

本項目在每層中庭公共走道設置吊頂式新風處理機組，變頻運行；在四層設置2 臺集中排風風機，與中庭排煙系統共用風管。廚房平時排風量、衛生間平時排風量、人員最小新風量比較穩定，因此針對餐飲時間段與非餐飲時間段，通過排油風機、補風風機、變頻新風機采用合適的運行控制，以實現商業整體的風量平衡。

本項目中庭排風采用手動開啟方式，新風處理機組采用變頻控制，根據餐飲工作時間段，排油煙風機考慮同時使用系數（80%、50%、30%），分別計算得出總體排油煙風量，得出新風系統在30%～80%同時使用系數的可調整新風量區間。新風機組設在各層公共區，根據排油煙風機啟停以及室內空氣質量要求（CO2含量等），調整新風機組的開啟數量，適當加大內區新風量，改善排油煙工況風量平衡及內區冬季過熱的問題。

5 結語

商業綜合體在暖通空調設計過程當中，需要綜合考慮項目所在的地理位置、氣候特別、項目需求。畢節市威寧縣地處高海拔的夏涼冬冷地區，根據業態分布、功能需求多樣的特點，對空調、供暖、通風系統進行整體統籌設計，保障夏季空調的舒適性、冬季供暖的可靠性。合理進行冷、熱系統內外分區，結合地理條件，采用免費冷源系統，減少熱量消耗，減少冷水機組的運行時間，同時改善內區舒適度。通過風量平衡設計，根據衛生、品質、節能等多方要求，結合空調、供暖、通風系統的設計風量與全年空調系統運行策略，降低整體空調、供暖、通風的綜合運行能耗，以降低全年運行費用。