高速公路服務樓空調形式設計分析及選用

陳月妮 （廣東省交通規劃設計研究院集團股份有限公司建筑設計分公司，廣東 中山 528400）

項目氣候區為夏熱冬暖地區，夏季空調室外干球計算溫度33.9℃，空調室外濕球計算溫度28.1℃，相對濕度70%；冬季空調室外干球計算溫度7.5℃，相對濕度81%。高速公路服務區位于偏遠的郊區，無市政能源，從經濟性和實用性角度對空調系統的構建和優化提出相應思路。

1 服務樓空調系統特點分析

1.1 空調系統分析

高速公路服務區一般有較多小型單體建筑，包括服務樓、宿舍、設備用房、綜合辦公樓等等，各單體建筑分散而獨立，且無法考慮市政能源，因此從經濟性和可實施性方面不考慮集中冷熱源系統，各單體建筑設置獨立的空調系統是最可取的方式。分散冷熱源系統有直接膨脹式空調機組（分體空調，特種空調等）、水環式熱泵空調系統和多聯式空調系統。從高速公路服務區的建筑特點分析，小型辦公樓、宿舍和設備房主要設置分體空調，由于系統簡單，這里不做贅述；服務樓的空調系統主要考慮風冷熱泵的水機和變頻多聯式空調系統這兩種形式。

1.2 服務樓空調系統選用

風冷熱泵空調系統由室外機、風機盤管或空氣處理機組、供回水水管、水泵、各種水閥、比例積分閥、補水箱、清洗預留網、水表等配件組成，具有節能的熱回收功能，可按需要分期實施等優點。風冷熱泵空調系統需要設計水泵及水路系統，包括水泵揚程流量的計算，各段供回水管路的管徑計算，閥門的選型等。因附屬設備多，工藝要求高而施工復雜，施工周期相對較長。該系統的節能控制是通過各式閥門進行控制，精度較低，長時間運行時水管中的水垢、閥門的老化均會增加系統的能耗，且該系統部分室內末端運行時，室外機組可以部分運行，但是水泵是滿負荷運行的，其耗電量大。因此對于宿舍或者酒店住宿類有熱回收需求的建筑類型，考慮采用該類型空調系統。

變頻式多聯機由室外機、各式室內機通過銅管連接分支器組成，系統構成簡單，具有系統部分負荷能效比高、系統布置靈活、使用范圍廣等特點。變頻式多聯機空調系統形式簡單，不需要空調機房及附屬設備，安裝方便，施工周期相對風冷熱泵空調系統短。該系統僅有室內機、室外機通過銅管連接，安裝完畢調試完成后，再無需進行維護。變頻室外機組連接多臺室內機，各室外機互相獨立，即使只開一臺室內機，單個室外機通過全變頻控制，壓縮機低負荷運行，僅輸出該室內機需要的冷、熱負荷，按需輸出，隨用隨開的靈活運行控制特點。因此對于服務樓的特殊使用性質，除節假日人流量暴增，絕大部分時間處于部分負荷運行狀態，采用多聯式空調系統會更節能更經濟。

1.3 實際項目應用

本次設計高速公路區的服務樓一棟2層建筑，總建筑面積3248.24㎡，建筑高度12.5m，房間包括超市、開放式商鋪、休息區、衛生間等。建筑主外立面為玻璃幕墻，天面為斜坡屋面。

綜合上述空調系統對比，結合本項目服務樓的建筑特點，室外機的位置受限制，業主的裝修需求，室內機要求多樣化，運行需靈活多變，故該項目選用變頻多聯式空調系統，室外機布置于首層衛生間側的綠化帶，不影響外立面和屋頂造型。

2 室內空調系統設計

2.1 室內空調負荷

空調負荷是指空調房間冷（熱）負荷和濕負荷。空調區的夏季空調房間冷（熱）負荷、濕負荷是確定空調系統送風量及空調設備容量的基本依據。室內冷（熱）負荷、濕負荷的計算以室外氣象參數和室內要求保持的空氣參數為依據，其主要計算內容包括空調的室內、外計算參數、空調室內空氣的設計參數、室內空氣品質與新風量、冷負荷、新風負荷和濕負荷。

這里以服務樓一樓的超市為例進行計算分析。超市面積184m，層高5.4m，兩面外墻為玻璃幕墻。查《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》湛江夏季空調室外干球計算溫度33.9℃，空調室外濕球計算溫度28.1℃，相對濕度70%，舒適性空調室內設計溫度26℃，相對濕度40～60%。采用冷負荷系數法進行冷負荷計算。

2.1.1 空調負荷計算

①外墻的傳熱冷負荷

Qwq

=KF(tτ-ε+Δ-tn)=4.5*55.6(37-26)+4.5*103.7(37-26)=7885.4W

②外窗的太陽輻射冷負荷

Qc

=FXgXdJwτ=55.6*0.59*226+103.7*0.59*158=17080.6W

③人體顯熱冷負荷

Qrt

=φnq1Xτ-T=0.89*184*58/3

=3166W

④燈具冷負荷

Qdj

=nNXτ-T=0.7*12*184*0.93

=1437.4W

⑤設備顯熱冷負荷

Qsb

=qsXτ-T=13*184*0.97

=2320.2W

⑥滲透空氣顯熱冷負荷

通過外門開啟進入室內的空氣量

G

1=n1V1ρ0=600*4.75*1.129

=3217.7kg/h

門窗縫隙滲入的空氣量

G

2=n2V2ρ0=0.7*184*5.4*1.129

=785.2kg/h

滲入空氣顯熱形成的冷負荷

Q

=0.28G(tw-tn)

=0.28（3217.7+785.2）（33.9-26）

=8854.4W

⑦人體散濕量與潛熱冷負荷

滲透空氣帶入室內的濕量

D

=0.001G（dw-dn）=0.001（3217.7+785.2）（23.7-10.5）=52.8kg/h

滲透空氣形成的潛熱冷負荷

Q

=0.28G(hw-hn)

=0.28*52.8*（94.9-53.1）

=618.0W

綜合上述超市空調房間冷負荷為

Q

=7885.4+17080.6+3166+

1437.4+2320.2+8854.4+618

=41362W

2.1.2 空氣的熱濕平衡及送風量計算

設計送風溫差8℃，查焓濕圖計算得：

空調房間送風量

L

=Q/(hn-h0)=41362/（53.1-45）=5044.1m3/h

按空調房間換氣次數確定的送風量為：

L

=nV=6*184*5.4

=5961.6m3/h＞5044.1m3/h

因此確定該空調房間最小送風量為5961.6m3/h。

該房間室內空調設計為4臺12.5kW的四面出風嵌入式天花機，空調負荷和送風量均滿足設計要求。

2.2 新風系統設計

服務區是人員繁雜的場所，特別是近年來新冠病毒的影響，人們更為關注室內空氣的品質。新風的引入，可以排除室內的有毒有害氣體，稀釋病毒的濃度，選擇帶有過濾器和殺菌的新風機組，更能過濾掉空氣中的氣溶膠，所以新風系統可以有效地防止病毒傳播。

服務區僅在節假日為人流高峰期，但是新風設計的選型均按額定人流量來計算，所以平時使用時新風量就會過大，因此新風系統的設計應分時運行調節。

新風系統有直接送風形式和間接送風形式。直接送風形式為新風系統直接向空調房間送風，室內顯熱負荷主要由空調設備負擔，潛熱負荷則由新風負擔，該系統的優點是保證房間新風量的要求，易于系統的風量平衡。間接送風形式為新風系統接入空調末端，與空調回風混合后再送入房間，該系統的優點是房間的溫度均勻性好。

考慮到服務區對新風系統的要求更為嚴格，新風路徑越短，污染越少，本次設計為獨立的直接送風形式的新風系統。

該高速公路服務區采用變頻多聯機系統，室外機設置于首層地面，設計冷量650kW，設計冷指標200kW/㎡。超市等高密人員房間設置獨立的新風系統，設置新風調節裝置，新風根據室內CO濃度調節新風量，實現節能目的，每個空間設置不少于1個CO采集點。超市和休息區采用四面出風嵌入式天花機，氣流均勻，中空的門廳設置內藏式風管機，空調分層布置，減少損失。

3 總結

高速公路服務區空調設置的主要目的是提高服務區整體業務質量，營造符合受眾感官需求的舒適環境，合理地進行空調配置不僅可以提升區域內溫度控制效果，也能夠實現資源的高效利用，從而控制服務區經營成本。綜上所述，服務區空調形式設計和選用，主要應當考慮服務區所在地理位置下的能源、氣候等環境因素，依靠設備配置和技術分析和應用調整空調系統的整體性能，這樣才能保證空調系統的構建趨近于預期效果。