云棲小鎮國際會展中心空調系統設計

陳金花 樓平 張力

浙江省建筑設計研究院

1 工程概況

該會展中心（圖 1）地上一層，局部三層，地下二層，總建筑面積66200 m2，其中地上27071 m2，地下 39129 m2，建筑總高度12.3 m。地下一二層為機動車庫及設備用房。地上一層為室內展館，局部三層為辦公、會議及其附屬配套用房。其中地面一層會展層高 9.3 m（低于室外地面 3.0 m）、其他部分層高 6.3 m（高于室外地面 0.1 m），局部二層區域地上二層，層高 4.5m”，地下室層高3.8 m，建筑屋頂為浙江省首個擁有立體跑道的空中立體公園。項目自2017 年建成已連續三年作為國際“云棲大會”的主會場之一，四次展會總共接待參展人數超50 萬人以上，是杭州市·之江板塊的地標性建筑。該建筑展會外時間均對市民開放，填補該區域配套服務設施，是產業交流的樂園/全體居民的體育運動健身場所以及居民靜心休憩的美好城市空間。

圖1 云棲小鎮國際會展中心鳥瞰實景

2 冷熱源及末端系統形式

經負荷計算，展廳區塊夏季空調峰值冷負荷 2280 kW，冬季空調峰值熱負荷1500 kW。配套商業辦公等夏季空調峰值冷負荷 1056 kW，冬季空調峰值熱負荷795 kW。單位空調面積冷負荷指標123.2 W/m2。單位空調面積熱負荷指標84.8 W/m2。根據業主對使用功能的不同需求，一層通高展館主要用于展會和平時的健身休閑，局部三層的商業餐廳、辦公附屬用房同時具備工作人員的日常辦公功能，本案將展廳和附屬配套劃分為兩個空調系統：其中展廳區域采用中央空調水系統，辦公等附屬配套用房采用VRF 多聯式變制冷劑流量空調系統。

2.1 冷熱源側選用

浙江省是綠色建筑節能技術先行示范地，為貫徹執行節約資源和保護環境的國家技術政策，本地塊規劃用地要求實現綠建二星級要求，具體主機要求如表 1（與現行國家標準 GB50189《公共建筑節能設計標準》 相比）所示。

表1 綠建二星級主機具體要求

展館區空調面積 12000 m2，空調峰值負荷 2280 kW，結合本項目功能特征，考慮到整個系統的節能性和使用合理性同時相應國家節能減排號召，展館區采用蒸發式冷凝螺桿熱泵機組[1]三臺，額定制冷制熱量分別為710 kW/570 kW。冷凍水供回水7/12 ℃。循環熱水供回水 45/40 ℃。設備放置于本案北面非人員主入口區，側面由綠化遮掩。辦公附屬配套區域總裝機容量 504HP,VRF 多聯機空調室外機放置于地下一層和二層設備夾層，無任何室外設備裸露在人眼可見區域。同時消控室，機房等特殊使用性場所預留商用分體機。

由于本案體量并不大，最遠管線輸送距離 258 m，空調冷熱水系統采用一級泵變流量水系統[2]，循環水泵與主機一一對應，集中設置于室外設備平臺。空調水系統采用兩管制系統，冷熱合用管道。在回水總管設置靜態流量平衡閥，以平衡各路水量，空調冷熱水采用真空脫氣閉式定壓補水方式，系統定壓點壓力為 0.55 MPa，補水泵起泵壓力為0.50 MPa，停泵壓力為 0.60 MPa。空調水系統最大工作壓力為0.92 MPa，水系統內各設備及所有管件、閥門、設備承壓均按 1.0 MPa 選用。具體原理圖如圖2 所示。

圖2 中央空調水系統原理圖

2.2 空調末端形式選用

展廳為 9.3 m 層高大開間單層建筑，展館面積 12000 m2，一次回風，夏季送風干濕球溫度分別為 12.9 ℃/12.6 ℃，冬季送風干濕球溫度分比為 21.2 ℃/14.0 ℃，設計采用總風量 384000 m3/h，空氣處理機組機位成為一個較為關鍵的問題，綜合多年設計經驗，設計擬采用三種方案，對比如圖2 所示。

表2 三種空氣處理機方案對比

在考慮全國首個空中跑道的高標準地標性建設需求以及業主對展館面積的精準計量，經過各方面綜合比較，即使承擔較大的噪聲和舒適性風險，設計愿意做出讓步和創新，同時借鑒相關高大空間的送風做法[3]，最終確定第三方案為實施方案。

本案設計采用風量為8000CMH 吊裝組合式空氣處理機組共 48 臺，溫感球形噴口送風，組合式空調箱 配置回風，靜電除塵+板式初效，盤管，送風機，均流段以及消聲段等六個功能段保證送風空氣溫濕度潔凈度以及噪聲控制。新風獨立設置，新風采用 3 臺 12000 m3/h 和 4 臺 8000 m3/h 熱泵熱回收型溶液調濕新風機組球形噴口送風。

底層會議室、辦公室、餐廳等根據精裝修要求提供VRF 空調室內機為空調區域提供冷卻去濕加熱供熱需求，配套新風回風全熱交換器節能。二、三層辦公采用單向嵌入式 VRF 室內機為房間提供冷卻去濕空氣處理，配套一臺風量為 8000 m3/h 轉輪熱回收全新風屋頂式風冷熱泵機組為辦公會議提供處理新風。多功能廳采用落地內藏式 VRF 空調室內機為空調區域提供冷卻去濕加熱供熱需求，配套新風回風全熱交換器節能。

3 主要技術特色

3.1 蒸發式冷凝螺桿熱泵機組在民用項目上的應用

常規體量不大的建筑在夏熱冬冷地區多采用風冷熱泵機組實現室內溫濕度控制，本案采用了性能系數較高的蒸發式冷凝螺桿熱泵機組作為冷熱源。蒸發式冷凝螺桿熱泵機組一體化設計，內置冷卻水泵，將水冷凝器的換熱器部件置于冷卻塔內直接散熱，將兩個設備合二為一，省去從冷凝器到冷卻塔傳遞用的冷卻水泵，轉變單相冷卻流體用顯熱溫升來冷卻物料的方法，主要通過水的潛熱帶走熱量。該機組循環水量為傳統冷卻塔方式的50%～70%，有效地降低了冷卻水泵的輸出功率。同時，冷凝溫度比冷卻塔方式降低 3～11 ℃，從而節約能耗25%～40%。再者，減少設備安裝體積，整體裝配式結構使得安裝維護十分方便，美化建筑外觀。本項目采用了三臺蒸發式冷凝螺桿熱泵機組提供夏季冷負荷和冬季熱負荷，設備布置在下凹室外平臺，底標高-3.8 m，一側為石墻，另一側為汽車坡道入口，設備散熱和吸熱的可行性在設計時均做過一比一的通風模擬，保證機組吸散熱順暢不受阻礙，同時對立面不造成任何影響和破壞。項目已度過兩個制冷季和兩個供暖季，選用的蒸發式冷凝螺桿熱泵機組實測COP＞4.0，比傳統風冷熱泵機組高出至少1.0，高效節能，設備實際運行噪聲在 68-75dB(A)的可控范圍。夏季工況下，實際運行蒸發冷水機組冷凝溫度 36.5 ℃，供回水溫度9.1/13.6 ℃，室內舒適無吹風感。

3.2 吊裝組合式空氣處理機組在大空間區域的應用

常規的設計做法一般將組合式空調箱均放置在空調機房內，本案展廳單層層高 9.3 m，為節約空調機房面積且保證布展的高大空間和通透性（未來可作為體育運動場所的規劃），室內組合式空調箱均沿柱邊做吊裝處理，每臺空調箱負責空調區域面積為 27 m×9 m，每臺空調箱設 4 個球形感溫噴口送風，噴口射程 27 m。在設計和施工階段通過制定每臺空調箱的吊裝方案，減震措施及機組風機葉輪風壓選型等方法控制機組噪聲和震動。室內美觀整齊，大大節約了機房安裝空間并且在展廳內幾乎不見任何風管，梁高1 m，室內凈空8 m。

夏季工況下，實際運行中48 臺空調箱分3 批陸續開啟，室內預冷時間約為40 分鐘，室內噪聲62dB(A)，室內溫度 25.8 ℃，氣流穩定。旋流球形溫控風口可通過紅外傳感自動調節風口朝向[4]，冬季噴口向下 15° 角。設計階段為每個風口做CFD 流線模擬，實際運行中射程范圍27 m，室內實測各個點風速較為均勻，人員活動區最不利點風速不超過1.5 m/s。室內空調箱布置與室內裝修完美結合，毫無違和感。

3.3 熱泵熱回收型溶液調濕新風機組的應用

常規的組合式空調箱均配置新風回風口，新風不做熱回收處理。本案屬于政府投資且面積超過2 萬m2，按照浙江省綠色建筑標注要求，本案需達到綠建二星。展館新風均設置了溶液熱回收，設計采用熱泵熱回收型溶液調濕新風機組[5]，機組尺寸高大魁梧 3.1 m(L)×1.5 m(W)×2.5 m(H)，原設計利用樓梯間的電梯廳夾層作為新風機房，安裝控件緊湊局促，在實際施工安裝階段，為設備搬運和安裝制作了專門的吊裝施工方案，保證了日后機組的正常穩定運行。實際運行中新風機組出風溫度18 ℃，相對濕度69%，出風均勻，制冷良好。

3.4 設備平臺設置的合理隱蔽

不論風冷熱泵，冷卻塔，VRF 外機以及鍋爐房都需要占用較多的室外空間或者室內的設備用房。本項目三臺蒸發式冷凝螺桿熱泵機組位于建筑用地北側，毗鄰汽車坡道，設備平臺下凹-3.8 m，平臺尺寸 27 m (L)×7.0 m(W)×3.8(H)。機組尺寸：7 m(L)×2.3 m(W)×3.2 (H)，平臺頂設置可上人鋁合金方格地面，三側由綠化遮擋，既達到通風效果又相對隱蔽不容易被人發現。VRF 外機充分利用屋頂的立體跑道高差，將其設置在夾層內，側面開啟送排風百葉，VRF 各模塊由導風管接至外墻百葉處，下側進風，上部排風，氣流組織合理有效。同時，部分不常用VRF 外機（如會議區，多功能區）布置于地下二層和地下一層的汽車庫，利用汽車庫冬暖夏涼的恒定室內環境溫度有效提高 VRF 的性能系數，實測 COP 高達4.5，節能效果明顯。

4 結論

本文對高大空間如展覽等有特殊功能場所的空調系統設計提供了一種新的設計思路。首先在冷熱源選擇方面，為蒸發式冷凝螺桿熱泵機組在民用建筑中的應用提供較為成熟的案例和參考性，同時對于組合式空氣處理機組吊裝于室內空間的做法也有了針對性的措施和方案，可供大家借鑒。