嚴寒地區某商業綜合體空調與供暖系統設計

李軍 劉曉燕

中信建筑設計研究總院有限公司

0 引言

烏魯木齊經開萬達廣場（圖 1）位 于烏魯木齊市沙依巴克區，建 筑功能為商業及公寓，地 上五層，地 下二層。商業地上建筑面積約10.079 萬m2，公 寓地上建筑面積8.59 萬m2。商 業區域主要包括：臨 街商鋪、室 內步行街、百 貨、次 主力店、電 玩、K TV、影 城等功能。地下建筑面積約5.573 萬m2，主 要是：地 下超市，停 車庫，設備用房和商業輔助用房等。本 工程于2014 年6 月完成施工圖設計，20 16 年7 月竣工并投入使用。

圖1 烏魯木齊經開萬達廣場實景

1 主要設計特點

本項目地處嚴寒地區，冬 季供暖與防凍是設計過程中首先要考慮的問題，設 計上綜合采用了散熱器供暖，低 溫熱水地板輻射供暖，暖 風機供暖以及空調供暖等多種末端方式，并 針對重點區域位置，采 取防凍技術措施，以 保證冬季供熱效果。本工程商業區域業態種類較多，各 業態區域對于空調、供 暖系統的要求不盡相同，因 而在暖通空調設計中須結合使用功能與運營要求，合 理劃分空調、供 暖系統，采 用適當的冷、熱 系統末端形式，解 決不同區域冷、熱 需求。本項目建筑采用室內步行街大中庭方案，中 庭區域面積大、跨 越樓層多，故 其風量平衡也是需要考慮的問題。本項目在中庭穹頂設置排風系統，針 對不同工況采取不同運行控制策略，保 證中庭空調環境的風量平衡。

2 冷熱源系統

2.1 冷熱負荷

空氣調節系統的夏季冷負荷根據各空氣調節區的同時使用情況及調節方式，按 各空氣調節區逐時冷負荷的綜合最大值確定。經過專業計算軟件熱負荷和逐時逐項冷負荷計算，本 項目主要業態區域冷、熱 負荷見表1：

表1 各業態區域冷熱負荷值

2.2 冷、熱源系統形式與劃分

結合本項目建筑功能特點，使 用需求以及周邊可資利用熱源條件，進 行冷熱源方案比選之后，確 定采用常規電制冷冷水機組+市政熱源的方案。依據本項目分時電價政策，對水蓄冷方案進行了論證分析，因 其投資回收期過長，故 未采用蓄冷方案。

本項目按照各業態分區獨立設置冷、熱源系統，實現各業態區域獨立運行、控 制與計量。大 商業，超 市，百貨，公 寓及外鋪分別設置獨立的冷熱源系統，冷 水機組、換 熱設備等均設置于地下室專用機房內，冷 卻塔設置于裙房屋面。

各系統冷、熱 媒參數分別為：空 調冷凍水供回水溫度 6 ℃/12 ℃，空 調熱水供回水溫度 60/45 ℃，地 板輻射供暖系統供回水溫度55/45 ℃，散熱器系統供回水溫度 80/60 ℃，新 風預熱及風幕供回水溫度 80/60 ℃。

2.3 末端供冷、供熱形式

依據各業態區域功能特點與使用需求，選 擇合適的末端冷、熱 系統形式，以 達到較好的空調、供 暖效果，滿足業主使用需求。各區域末端空調、供熱方式詳見圖2 與表2。

圖2 一層空調、供暖區域示意

表2 各業態區域空調、供熱方式統計

2.4 免費冷源

烏魯木齊夏季空氣調節室外計算濕球溫度較低（18.2 ℃），室 外空氣焓值很低，是 實施免費冷源極佳的外部條件，本 項目設置有免費冷源系統。在地下室機房設置一組水--水板式換熱器，利 用大商業冷卻塔及配套循環水泵組為空調系統供冷。本項目采用中庭+連廊的步行街建筑形式，雖 然單層面積較大，卻 沒有真正意義上的內區（冬季需要供冷的區域）。故免費冷源系統主要用在空調季節前、后 期或過渡季節，為 商業區域提供輔助冷源，盡 量減少冷水機組的開啟時間，以 實現全年運行費用的降低。

3 空調系統設計

3.1 空調風系統

地下超市賣場、百 貨賣場、電 器賣場、電 玩、次 主力店、兒 童娛樂、影 院觀眾廳、影 院大堂、主 題餐廳等開敞區域，均 采用低速單風管全空氣系統，并 設置一定的機械排風設施，空氣處理機組設置于空調機房內。室內步行街商鋪、K TV 區域、影院放映夾層、影院觀眾走廊、影 院辦公區域、商 管員工餐廳、百 貨員工餐廳等空間采用風機盤管 +新風系統。室內步行街公共區域、中庭以及公寓大堂采用吊頂式空氣處理機組，室 內步行街公共衛生間設風機盤管。

3.2 空調水系統設計

超市，百 貨及大商業的空調冷凍水系統采用兩管制一次泵變流量系統，冷 凍水泵根據負荷變化自動變頻變流量運行。大商業，百 貨冷卻塔及冷卻水泵為變頻運行，根 據冷卻水供水溫度控制冷卻塔風機頻率及風機運行臺數，根 據冷卻水溫差與設定值的偏差調節循環水泵流量。超市冷卻水系統不設變頻，根 據冷卻水供水溫度控制冷卻塔風機運行臺數。制冷主機和空調冷凍泵、冷 卻泵采用一對一的連接方式，并 在各組設備連接管道中間設置互為備用的手動轉換閥。空調系統采用開式膨脹水箱定壓。大商業免費供冷服務區域為 KTV 區域，二 層及三層步行街靠近百貨、娛 樂樓的商鋪。

4 供熱系統設計

烏魯木齊全年供暖時間長達 180 天，冬 季供暖室外計算溫度低至-19.7 ℃，故凸顯了供熱系統的重要性。本項目采用的供熱方式包括：空 調供暖，散 熱器供暖，熱 風供暖，地 板輻射供暖以及熱風幕供暖。

集中商業區域（大商業、超 市、百 貨等）均 以空調供暖為主，其 熱源分別來自對應換熱站。地下設備用房，樓梯間以及外街銷售外鋪設置散熱器供暖系統，熱源分別來自大商業換熱站、外 街商鋪換熱站。

地下車庫采用暖風機供暖，設 備采用熱水型暖風機，熱 源來自商管物業的高溫熱水系統。

室內步行街1AF 層出入口附近公共區域、1BF 層公共區域設置地板輻射供暖系統，熱 源來自商管物業換熱站地板供暖熱水系統。百貨首層主出入口及中庭區域，設 低溫熱水地板輻射供暖系統，熱 源來自百貨換熱站空調熱水系統。

公寓標準層采用低溫熱水地板輻射供暖系統，劃分為高低兩個區（5F～15F 為低區，15F 以上為高區），熱源來自公寓換熱站低溫熱水系統。首層大堂區域及設備轉換層設置散熱器供暖，熱 源來自公寓低區熱水系統。

5 防凍技術措施

為了降低室外冷風侵入、減 小冷橋影響、保 證室內設計溫度，在 建筑圍護結構性能達標的基礎上，采 取了以下防凍技術措施：

1）依 據不同區域特點，合 理設置散熱器供暖、地 板輻射供暖、空 調供暖等設施。

2）主 要出入口建筑專業設置兩道門斗，并 設置熱風幕，以 阻隔室外冷風侵入。

3）新 風機組、空 氣處理機組增設預熱盤管段，熱 媒采用 80/60 ℃高溫熱水，冬季室外空氣經過預熱段之后，再 進入加熱盤管段處理。

4）冬 季廚房補風設置預熱，室 外空氣經加熱處理之后再進入廚房補風。

5）新 風管，排 風管與外墻百葉連接處或室外開口處，均 在靠外墻位置設置電動保溫密閉風閥，并 與空調機組或風機聯鎖，需 要調節的電動風閥另外設置。

6）正 壓送風入口設 70° 的 電控常閉防火閥，消 防排煙風機出口處設置重垂式止回閥，以 防止室外冷空氣倒灌進入室內。

7）室 內風管與風井連接處，延 風管長度方向500 mm 范圍內保溫，避 免冷橋。風管與風井連接處做密封處理，各 類風井均設置保溫。

8）屋 面管道上的閥門管件，均 采用防雨遮擋與防凍包裹措施，以 防凍結影響系統功能。

6 中庭風量平衡

本項目建筑最主要的特點之一就是室內步行街的大中庭方案，該 區域面積較大、跨 越樓層較多，且 空調末端方式均為吊式風柜（或風盤）+新風，故 需要考慮步行街中庭風量的平衡問題。中庭風量平衡涉及到空調新風系統、衛 生間排風系統、餐 飲排油煙系統等。而餐飲時段和非餐飲時段，排 油煙系統運行工況又不一樣。故需要針對不同工況特點，分別進行風量平衡計算。

6.1 中庭風量平衡計算

按照餐飲工作時段與非餐飲時段兩種工況，在 滿足室內所需新風量并維持空調區域微正壓的條件下，計算中庭排風量。

（1）餐 飲排油煙設備工作時段：

（2）非 餐飲設備工作時段：

式中：Q排為中庭排風量，m3/ h；Q1為中庭及周邊區域空調總新風量，m3/ h；Q2為空調區域維持正壓所需新風量，m3/ h；Q3為中庭周邊公共衛生間排風量，m3/ h；△Q1為餐飲排油煙風量與補風量差值，m3/ h；△Q2為廚房平時排風與補風量差值，m3/ h。

6.2 中庭風量平衡控制

本項目采用穹頂排風方式（圖 3），利 用中庭穹頂設置的 18 臺排煙風機兼做排風風機。因排煙風機參數是按照排煙工況設計取值，其 與中庭實際需要的排風量并不匹配，且 空調實際排風量是在不同工況下動態變化的，故 需要針對不同工況采取合適的運行控制策略，來 實現中庭的風量平衡。

圖3 步行街中庭排風示意

本項目排風系統采用較為簡單的手動開啟方式，在空調季按照新風、餐飲一定比例的同時使用系數（如：80%、50%、30%），分 別計算出餐飲時段、非 餐飲時段穹頂排風風量，據 此確定排風風機開啟臺數。

6.3 關于穹頂排風問題的思考

穹頂排風的設置是為了解決中庭風量平衡的問題，使 得系統既獲得了足夠的新風量，同 時又能保持在一個微正壓的環境下。除此之外，穹 頂排風還具備節能的作用，例 如在過渡季節穹頂排風系統還可以通過系統調節，最 大限度的引入室外新風，減 小主機能耗；另 外在夏季，通 過排風系統與制冷主機連鎖，在 冷機開啟前根據穹頂溫度情況自動判斷，預 排穹頂內的高溫氣體，降 低空調初始負荷。

由于各種原因本項目風量平衡采用較為簡單的手動控制策略，按 照幾種預定工況來匹配穹頂的排風量，基 本上可以達到送、排 風的大致平衡。但是在實際運行過程中，餐 飲排風與新風量是動態變化的，手 動控制難以滿足多種工況的排風需求。所以在項目條件允許的前提下，穹 頂排風最佳的控制方式應該是以樓宇控制系統為基礎，通 過系統集成整合控制器、傳 感器、執 行機構等，對 排風機實施優化控制。分別針對夏季空調，冬 季空調以及過渡季節特點，采 取不同的控制策略，綜合調節穹頂內溫度及步行街室內 CO2濃度，在滿足室內舒適性的基礎上，最 大限度地實現節能。

7 結語

嚴寒地區商業綜合體因其所處地理位置和項目特點，暖通空調設計有其特別要求。既要解決冬季供暖與防凍的問題，還 要依據業態種類眾多、功 能需求多樣的特點，合 理進行系統分區，采 用適宜的冷、熱 末端設施。另外商業化綜合體可以結合項目條件，采用免費冷源系統，利 用室外空氣較低的焓值，為 空調系統提供輔助冷源，盡 量減少冷水機組的開啟時間，以 實現全年運行費用的降低。最后對于室內步行街的大中庭類型的商業綜合體，需 要進行中庭風量平衡計算，采 取合理的排風控制策略。在項目條件允許的前提下，可將穹頂排風控制納入 BA 系統，通過合理的排風控制策略降低空調系統能耗。