南坪中心交通樞紐工程空調通風及防排煙系統設計

李鵬程

（林同棪國際工程（中國）咨詢有限公司重慶401121）

南坪中心交通樞紐工程空調通風及防排煙系統設計

李鵬程

（林同棪國際工程（中國）咨詢有限公司重慶401121）

介紹了南坪中心交通樞紐工程的空調通風及防排煙系統設計。采用了多項空調節能措施:冷凍水一次泵變頻系統；過渡季節全新風設計并采用新風通風降溫的焓值控制；主機采用蒸發器變流量機組等。防排煙系統和平時通風相結合。

大型地下公共建筑；集中空調系統；通風系統；防排煙系統設計；新風焓差控制

1 工程概況

南坪中心交通樞紐工程全長約1060m，寬約35～60m，成南北向狹長型布置，總建筑面積約為11．8萬平方米（不包括3號線車站段則約為9．6萬平方米），除去軌道區間和下穿車道之后的可利用面積約為6萬平方米。從上至下依次為：地面車行交通，地下一層人行交通和商業開發，地下二層辦公及設備用房和軌道交通，地下三層備品庫房層，最下層為地下車行交通。如圖1所示。

整個工程從南到北，依次劃分為3個主要部分（以下簡稱一標段、二標段、三標段）。一、二標段之間被輕軌三號線南坪站隔斷，通過通道連接。二、三標段之間被下沉式露天廣場隔斷。其中一、三標段主要功能為過街人行通道和大空間商業建筑，二標段主要為小型商業店鋪和人行交通。一標段長約130m，空調面積約5400㎡；二標段長約250m，空調面積約14000㎡；三標段長約320m，空調面積約14500㎡。如圖2所示。

圖1 交通樞紐簡圖

（注：本工程一、三標段建筑形式和功能相似，暖通系統基本相同。為避免重復，本文主要對二、三標段的空調通風及防排煙系統進行介紹。）

圖2 南坪中心交通樞紐工程分區示意圖

2 設計參數

室內空調設計參數如表1。

表1

3 冷熱源

本工程需要設置空調的區域主要包括負一層商業及人行通道，負二層少量物業辦公用房。整個空調系統以負一層商業開發和人行交通為主。

設計前期，項目組及相關專家也對本工程中央空調的冷源形式作了多方面的比選論證。既有大型商業建筑常見的中央空調系統：離心式制冷機、螺桿式制冷機、風冷熱泵機等，也包括近年來新興的地源熱泵、水環熱泵、水源熱泵等。

針對本工程的特點：（1）整個建筑由南至北，呈狹長布置，長達1km。分別被3號線車站、下沉露天廣場分割為3個獨立的標段。各標段的功能和定位各不相同，承租方式、使用時間也不同。且每個標段的夏季冷負荷相對較小。（2）不能提供燃氣供給，只能采用電制冷機組。（3）地面層為車行道和人行道，不能大量放置室外機。（4）本工程商業開發和人行交通均位于地下一層，即使在冬季，受建筑圍護結構的影響小，商場使用的各種照明設備較多且發熱值高，經負荷計算，人員負荷和照明、設備負荷使其熱負荷很小，甚至可能是冷負荷。（5）工程位于商業中心，地下管網復雜，且多為城市干管，最底層又是下穿車行隧道，地源熱泵的埋管施工難度大，對市民的生產生活影響大。（6）各標段地下二層均有較為富裕的設備用房空間。

經過多方論證，結合以上所述本工程的實際情況，最終系統冷源選擇了水冷螺桿式制冷機（蒸發器具有變流量技術）。冬季不采用集中供熱。

本項目一、二、三標段相對獨立，故本工程各標段在負二層，分別獨立設置制冷機房。

本項目一標段計算總冷負荷：920kW，夏季冷負荷指標為170W/㎡(空調使用面積)。

二標段計算總冷負荷：2300kW，夏季冷負荷指標為164W/m2(空調使用面積)。

三標段計算總冷負荷：2623kW，夏季冷負荷指標為180W/㎡(空調使用面積)。

一、二、三標段制冷主機均選雙壓縮機水冷螺桿機組，供、回水溫度為7°C/12°C。蒸發器側可變流量。一標段空調冷源選用兩臺制冷量為482kW的機組，二標段選用兩臺冷量為1290kW的機組，三標段選用兩臺制冷量為1410kW的機組。

4 空調水系統

本工程單層面積大，建筑呈狹長型布置，供水點較多，容易產生水力失調。為使整個水系統達到水力平衡，設計中主要采取了以下措施：在各分區回水立管上分別設置靜態平衡閥，用于初調試時將各管路流量調節到設計狀態；根據末端阻力特性，在三標段組合式空調器末端設置動態平衡閥；用冷凍水管路，采用雙管同程式布置。

本工程冷卻塔和制冷主機一一匹配。冷卻塔分別設在靠近該標段制冷機房的道路上方。冷卻塔采用方型低噪聲橫流式冷卻塔。

二標段中央空調水系統原理圖見圖3。

圖3 二標段中央空調水系統原理圖

三標段中央空調水系統原理圖見圖4。

圖4 三標段中央空調水系統原理圖

5 空調風系統

5.1 二標段

本標段負一層主要為商鋪和人行通道。人行通道位于中間，通道兩側分別布置獨立商鋪。

受本標段室內凈高較低的影響，為保證人活動的空間，本標段空調送風系統采用吊頂式空調結合風機盤管送風。送風組織為上送上回式。新風系統和排風系統均單獨設置在風機房內，并分別兼做消防補風和排煙系統。

圖5 二標段空調平面圖（局部）

圖6二標段排煙及通風平面圖（局部）

圖5 為二標段空調平面圖（局部），圖6為二標段排煙及通風平面圖（局部）。

5．2三標段

本標段的人行交通功能通過獨立設置的室內人行天橋實現，使室內的使用空間能最大化利用。負一層主要為大型商場。在空調送風組織上，設計采用組合式空調器集中送風。由于空間較高，送風口采用直片式圓形散流器下送風，回風口集中設置在室內中下部。根據新風焓差控制空調通風系統的新回風比例，并實現全新風換氣。根據本標段的實際情況，有部分組合式空調器兼做消防補風。單獨設置排煙系統（兼做平時排風）。圖7為三標段空調平面圖（局部），圖8為三標段排煙及通風平面圖（局部）。

圖7 三標段空調平面圖（局部）

圖8 三標段排煙及通風平面圖（局部）

6 防排煙設計

本工程結合了車行交通、軌道交通、人行交通、商業開發等功能，且均位于地下，一旦發生火災，整體又是狹長型建筑，煙氣蔓延迅速，人員疏散困難。防排煙系統在火災發生時，對室內人員的安全疏散起著極其重要的作用。在防排煙系統設計上，遵循阻止煙氣蔓延，迅速排除煙氣，保證人員疏散的原則。本工程防排煙設計的主要依據是：《建筑設計防火規范》（GB 50016—2006）和《重慶市大型商業建筑設計防火規范》（DBJ50-054-2006）。

6．1防煙設計

本工程防煙樓梯間及前室均設置正壓送風系統，為防止超壓，在樓梯間和前室之間設置余壓閥。

避難走道設置正壓送風系統，機械加壓送風量按避難走道面積X30 m3/h計算。

6．2排煙設計

本工程按同一時間一個防火分區失火考慮。防火分區內劃分防煙分區，每個防煙分區面積控制在400～500㎡范圍內。這樣設計的目的一是為了控制煙氣擴散，二是保證足夠的排煙量（排煙量：按負擔最大防煙分區地面積X120m3/h計算）。排煙系統需兼做平時排風，排煙口均采用電動排煙口，帶輸入輸出信號和電動執行機構。在設置機械排煙的同時設有消防部分系統，補風量按＞排煙量的50%設計。二標段利用平時新風風機兼做消防補風。三標段則用空調器兼做消防補風。圖9為空調器兼做消防補風時轉換模式：空調系統的新、回風總管上設置聯動的電信號和手動切換風閥，實現火災發生時，新風總管風閥全開，回風總管風閥全關。

圖9 空調器作為消防補風控制原理圖

本工程按防火分區及房間使用功能的不同,設置了多個機械排煙或排風(兼排煙)及相應的機械進風系統。所有排煙風機入口均設有280℃關閉的防煙防火閥,當其熔斷時聯動風機停止運行。通風、空調風管穿越空調機房的隔墻、樓板及防火分區的隔墻處，均設置與風機聯鎖的防火閥(70℃關閉)。

7 空調通風系統的優化設計

針對本工程體量大，地下人流量大，使用周期長，地面情況復雜等特點，在空調通風系統的設計中著重從提高室內空氣品質和運行節能等方面進行優化設計。主要采取了以下措施：

7．1提高室內空氣質量，提供清潔的空氣

本工程作為南坪中心商圈最主要的地下人行交通，人流量大，內部還有各種類型的商業店鋪。從室內空氣質量分析，主要具有以下不利因素：建筑結構相對封閉，需提供有組織的新風；內部污染源多，空氣質量差；長時間處于地下的人群易產生悶熱，壓抑，煩躁等不良感覺。室外為車行道和人行道，室外空氣質量差。

為提高地下空間的空氣環境品質，本工程采取了以下措施進行空氣質量的提高：

新風口設置在綠化帶內，風口距地高度＞1m，提高進入室內的空氣質量。

新風機和組合式空調器均加裝初效過濾器，并在風管上設置了靜電空氣處理器。靜電空氣處理器具有風阻小、靜音、除塵效率高、除塵粒徑范圍廣、無需更換材料等優點，利用高壓靜電原理吸附灰塵、滅菌。平均吸塵效率：60%～80%，能捕殺大約80%真菌和病毒、70%的細菌、60%的塵螨。

通風稀釋措施：設置有全新風系統和排風系統。不僅在初期營運時，可通過稀釋作用降低室內的污染物濃度，而且可在過渡季節運營時實現節能運行。

通過上述措施，可有效提高本工程的室內空氣質量。

7．2中央空調及通風系統的節能措施

相關數據表明，目前國內空調能耗占公共建筑能耗的30%～45%。中央空調系統中，冷水機組的能耗約占33%，水泵能耗約占22%，風機能耗約占43%，冷卻塔能耗約占2%。本工程主機采用雙壓縮機水冷螺桿機，能夠根據末端負荷的變化，在12．5～100%范圍內進行精確調節。但是水冷螺桿機屬于技術成熟的產品，對整個工程的節能提升作用小。因此，在節能設計時，將重點放在了冷水管網和送風系統的優化上。

7．2．1冷凍水管網采用一次泵變頻系統

盡管水泵功率較小，但水泵的能耗卻占到制冷機房能耗的2/3。可見，如果水系統采用變流量技術，具有很大的節能空間。空調水系統的發展經歷了定流量、一次泵定流量/二次變流量，隨著制冷機組控制技術的發展，近年來一次泵變流量系統也不斷得到應用。

工程實踐表明，導致集中空調電耗高的主要原因是目前我國大型建筑空調冷水系統多為定流量系統，運行中普遍存在“大流量，小溫差”的問題。本工程設計采用一次泵變流量系統，通過末端負荷的要求而改變輸送管網內的冷水流量，從而降低輸送系統的能耗。

本工程采用的空調冷水一次泵變流量系統與傳統的一次泵定流量系統以及二次泵變流量系統相比，主要具有以下優點：

（1）取消了二次泵系統中的二級泵及相應的配套設備，減少了機房面積和初投資。

（2）降低了系統中循環水泵的能耗。二次泵系統中，一級泵通常是大流量，低揚程，其固有效率低。

（3）消除一次泵定流量和二次泵系統中的“低溫差”綜合癥，使冷水機組始終處于高效運行的狀態。

冷水泵的選擇，為保證水泵在高效區變頻運行，設計中選擇Q-H曲線陡峭的水泵。同時每臺水泵均配置一臺變頻器，避免一變多定。

同時一次泵變流量系統應采用蒸發器可變流量的冷水機組，優先選擇蒸發器允許流量變化率大、變流量時出水溫度波動小的機型。本工程選用的螺桿機冷水的流量變化范圍在45%～120%。

本工程一次泵變頻系統原理圖見圖10。

7．2．2根據新風焓差控制空調通風系統

在建筑條件允許的范圍內，地下一層均設計采用組合式空調器。組合式空調機組的全空氣系統具有處理熱濕負荷能力較大，過渡季節可實現全新風運行等特點。

通過自控系統，在過渡季節，制冷主機不開啟情況下，調節新、回風閥，全新風運行，降低過渡季節空調系統運行費用。同時，由空調機組送入商場內的均是室外的新鮮空氣，高效率稀釋地下空間內污濁的空氣。

和傳統的全新風系統相比，本工程設計采用新風焓值進行空調通風系統的控制。所謂新風焓差控制，特指空調系統中通過測定新風的焓值進行新、回風比例的調節系統。該系統利用新風和回風的焓值比較來控制新風量，可以最大限度地節約能量。它通過測量元件測得新風和回風的溫度和濕度，在焓值

圖10 一次泵變頻系統原理圖

比較器內進行比較，以確定新風的焓值大于還是小于回風的焓值，并結合新風的干球溫度高于還是低于回風的干球溫度，確定采用全部新風、最小新風或改變新風回量的比例。

焓差控制的主要模式如下：

（1）空調季節小新風工況。當室外空氣焓值大于空調回風焓值時，使用空調新風機和回排風機，由新風機提供最小新風，回風與新風混合后，經空調機組處理后送至室內。

（2）空調季節全新風工況。當室外空氣焓值小于空調回風焓值，但溫度大于空調送風溫度時，采用全新風空調運行，室外空氣經空調機組處理后送至室內，回風系統關閉，同時開啟排風系統將室內混合后的空氣排至室外。

（3）非空調季節工況。設定當室外空氣溫度小于空調送風溫度時，關停空調冷水系統，采用機械通風方式運行，空氣不經冷卻處理，直接送至室內，混合后的空氣全部排至室外。

8 結語

本工程不同于普通的公共建筑，其本身建筑結構就很特殊，而且集合了車行、人行、商業、軌道交通等不同功能。暖通設計者應對所設計的建筑功能、布局了如指掌。在此基礎上，通過多方案的比較，才能找到合適該建筑的空調、通風方案。商場空調應充分考慮各種節能措施。同時應該特別注重地下空間的防排煙設計。除了設置機械排煙系統外，還應設置機械補風系統。此外，中央空調是一個系統工程，在節能設計上，除了對本專業進行優化外，更應著眼于全局，注重控制系統的協調配合，統一考慮，才能真正達到設計要求。最后，在大型公建的設計過程中，要注意各專業的配合與銜接，這點也應得到設計者的重視。

[1]GB 50016—2006，建筑設計防火規范[S].

[2]DBJ50-054-2006，重慶市大型商業建筑設計防火規范[S].

[3]GB 50189-2005，公共建筑節能設計標準[S].

[4]GB 50019-2003，采暖通風與空氣調節設計規范[S].

責任編輯：余詠梅

Air Conditioning,Ventilation and Smoke Control System Design for the Center Transport Project in Nanping,ChongQing

This article introduced the central transportation center Nanping air ventilation and smoke control system designs,which used a number of energy-saving air-conditioning measures such as a chilled water pump conversion system,the transition to design and seasonal fresh air ventilation and cooling with fresh air enthalpy control,host with variable flow unit,evaporators,and smoke ventilation system and the usual combination.

large underground public buildings;central air conditioning system;ventilation system;smoke control system design;fresh enthalpy control

TU233

A

1671-9107（2010）09-0019-05

10．3969／j．issn．1671-9107．2010．9．019

2010-7-28

李鵬程（1979-），工程師，主要從事公共建筑暖通設計，軌道交通(站內)環控設計。