杭州某大型商業綜合體空調設計

潘尤貴 高 晴 林 鑫

(中國聯合工程有限公司,杭州)

1 工程介紹

該項目位于浙江省杭州市錢江世紀城,為大型地鐵上蓋商業綜合體,是為2023年杭州亞運會技術官員提供住宿、餐飲及商業服務的場所。項目總建筑面積為26.4萬m2,業態為酒店(南向)、辦公(北向)和商業(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。根據物業權屬及物業管理權屬,該項目酒店單獨設置冷熱源,商業(除影院)和辦公合用冷熱源。本文著重介紹商業部分的空調與通風系統設計。

2 空調冷熱源設計

2.1 冷熱負荷的計算

采用全年負荷計算軟件,根據表1[1]所示的室內設計參數,進行全年逐項、逐時空調冷、熱負荷計算,結果見圖2。商業總冷負荷為13 584 kW,單位空調面積冷負荷指標為194 W/m2;總熱負荷為6 226 kW,單位空調面積熱負荷指標為89 W/m2(40%店鋪面積為餐飲功能,對其中30%廚房排油煙補風進行冷熱預處理,夏季處理到26 ℃,冬季處理到10 ℃)。辦公總冷負荷為4 411 kW,單位空調面積冷負荷指標為123.0 W/m2;總熱負荷為2 240 kW,單位空調面積熱負荷指標為62.5 W/m2。因冷熱源同時服務于商業及辦公2種業態,其空調的同時使用系數取0.9[2],同時綜合考慮冷水管網的輸送冷損失,冷源總冷負荷為17 095 kW,熱源總熱負荷為8 042 kW。

表1 室內設計參數[1]

注:負值為熱負荷。圖2 全年逐時冷熱負荷

2.2 冷熱源選型

根據總冷負荷及制冷站全年冷負荷分布情況(見圖3),以及業主提供的集采品牌機型、對應的參數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 ℃。根據綠建二星的相關要求[3],選擇一級能效的冷水機組。熱源采用燃氣真空熱水機組,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 空調水系統設計

3.1 水系統設計

空調冷水系統采用一級泵變水量兩管制系統,過渡季及冬季有供冷需要的內區采用加大新風量的自然冷卻方式。商業地下室空調冷水系統主管采用異程設計,根據平面布置及每根立管的服務半徑不超過40 m的原則,整個商業平面共分為9個立管區域,且空調機組(新風機組)與風機盤管的水立管分開設置。地下2層立管附近商業區域的新風機組(空調機組)及風機盤管的水管就近從各立管接出,避免直接從主管上接出,利于各環路之間的水力平衡。為防止風機盤管水系統出現大流量小溫差的情況,在其回水立管上設置控制供回水溫差的電動調節閥,各立管回水主管設置靜態平衡閥以平衡各立管之間的阻力。

制冷機房系統參照高效機房設計[4-5],除冷水機組的能效比選擇一級能效以外,其冷凝器及蒸發器的阻力控制在60 kPa以內,且冷凝器自帶端蓋式膠球清洗裝置;機房內管道布置采用順水三通,水系統選用低阻力閥門,水管路比摩阻控制在100 Pa/m左右,并做好環路之間的水力平衡設計;水泵揚程為32 m, 效率≥80%,以降低水泵的運行能耗。

3.2 水系統控制設計原則

1) 總體原則是群控系統通過對各傳感器采集的數據進行綜合計算,確定冷水機組、冷卻塔、冷水泵及冷卻水泵的運行模式、狀態,以及合適的冷水及冷卻水供回水溫度,使制冷機房系統能效比(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) 根據負荷需求和開機策略控制冷水機組開機數量,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,最不利環路(選取兩處)設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,在部分冷負荷率工況下,隨著室外濕球溫度逐步降低,可結合冷水機組的性能,增大供回水溫差運行,以降低冷卻水泵的運行能耗。

6) 冷卻塔風機采用變頻運行,結合冷水機組性能,在部分負荷率工況下及過渡季降頻節能運行。

7) 部分負荷率工況下,可實現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置能量表,對制冷站的運行效率進行監控。

9) 過渡季,提高冷水供水溫度(如9～11 ℃)運行。

4 空調風系統設計

4.1 中庭及連廊空調風系統

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

4.2 店鋪空調風系統

除主力店鋪采用全空氣系統以外,其他店鋪均采用新風+風機盤管系統。新風采用豎向系統,豎向分為2個區:地下2層～2層、3～5層,空調季的新風經集中凈化及冷熱處理后送入空間。過渡季內區餐飲等人員密度較大的店鋪采用加大新風量的方式自然冷卻,每層的新風百葉及新風主管水平布置,每間商鋪預留新風支管接駁口,新風量按店鋪空調季所需的新風量計算,新風凈化及動力設備由店鋪自理。

4.3 門斗空調風系統

文獻[7]通過對一商業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 ℃,除外門處設置熱水風幕以外,在門斗內增加熱水風幕,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,在門斗內門兩側(門斗側及商場側)均設置獨立的空調機組,采用條縫型風口進行送風,兩道熱空氣幕能有效減少門斗處的冷風侵入量,確保商場出入口處冬季的溫度達到設計值,門斗處送風量按表4確定[8]。

圖5 門斗處空調設置

表4 門斗處送風量確定原則[8] m3/h

5 通風與風量平衡設計

5.1 餐飲廚房通風設計

餐飲店鋪的最終招商落位往往與施工圖設計時有較大出入,導致后期眾多管井、管線及屋面設備的調改。施工圖設計時該項目餐飲店鋪的招商比例確定為40%,經與業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%的店鋪比例預留餐飲業態的土建及機電條件,靈活應對最終40%的招商比例。

餐飲排油煙風量的計算原則: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的店鋪單獨設置排油煙系統,排油煙風量按廚房換氣次數60 h-1計算;小于200 m2的店鋪可合用排油煙系統,排油煙風量按廚房換氣次數80 h-1計算,合用戶數不大于3戶,系統風量按不大于40 000 m3/h控制。油煙經靜電油煙凈化器及紫外線光解除味裝置處理后排入大氣,單店鋪獨立設置排油煙系統的凈化器、光解除味裝置及排油煙風機設于裙房屋面;多店鋪合用的排油煙系統設兩級凈化器、除味裝置及風機,第一級設置于廚房內,第二級設置于裙房屋面。排油煙補風量按排油煙風量的85%計算,且排油煙風機、補風機均設置樓宇控制(BA)接口,實現聯動控制。

5.2 整體風量平衡計算

商業的排風一般是通過中庭的排煙兼排風機的運行數量及單獨排風機的變頻來控制排風量,排風量應進行整體的風量平衡計算。進風包括:中庭及連廊新風、非餐飲店鋪新風、餐飲店鋪新風、餐飲排油煙補風。排風包括:餐飲廚房排油煙風、衛生間排風、維持室內正壓排風、中庭排風(總新風量與總排風量的差值)。且應根據冬、夏空調季與過渡季的餐飲與非餐飲時段分別計算,表5為空調季餐飲時段的風量平衡計算結果。

表5 空調季餐飲時段商場風量平衡計算結果 m3/h

在風量平衡計算中,排油煙補風機的運行狀態和實際風量對計算結果的影響較大,為了規范餐飲租戶的運行行為,在商鋪進行油煙補風系統安裝時,物業應校核其設備的選型與排油煙風量是否匹配,在運行時將排油煙風機及其補風機均納入BA監控范圍,當補風機未與排油煙風機聯動啟動時發出報警信號,防止商鋪不開補風機,導致整個商場處于負壓狀態,無法控制出入口的冷風侵入及出入口處的溫度場。

6 屋頂設備的規劃

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

圖6 屋頂設備的規劃

為了盡量把設備集中在某個區域,排風、油煙處理等設備采用多層布置,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 設備布置剖面示意圖

7 結束語

本文以杭州某大型商業綜合體為例,對商場入口處冬季溫度偏低、中庭存在豎向溫度梯度、餐飲招商調整、室內風量不平衡、屋頂設備對人員的影響等幾個商業綜合體項目空調設計的痛點提出了相應的解決方案。待項目運營后將實測相關運營數據,驗證實際效果。