某商业综合体空调系统分析与节能设计的探讨

　　佛山某商业综合体坐落于广东省佛山市南海区金融高新区中央大街以南，属夏热冬暖地区，建筑面积约116635m²，建筑高度为123.5m，属于一类高层建筑。负1至负3层为汽车库，负1层设有超市库房、商业和设备房；负1至地上7层为商业（其中5至7层为小商业）；塔楼5至9层为商业，地上11至21层为办公用房，地上23至27层为酒店，其中10层和22层为避难层。

一、空调设计

　　01.冷热源方案分析

　　据建筑图与负荷计算得冷热负荷如下表1：

　　针对本项目空调系统的使用特点，按商业办公、酒店分别独立设置空调为原则，每个区域分别考虑冷热源比选方案。

　　1)商业、超市空调系统设计

　　对于夏热冬暖地区，商业应优选水冷机组，商场在各个时间段空调需求差异较大或区域冷负荷需求差异较大。不在建筑总负荷10%——100%范围时，采用N大一小或N大两小配置，定频机组与变频机组组合的方式，机组运行效率较高。对于高能效冷水机组的选型，其换热器越大，蒸发器、冷凝器阻力越低。

　　商业、超市可考虑分设水冷中央空调方案与合设水冷中央空调方案。

　　当商业、超市分设空调系统时，超市选用两台制冷量415kW变频螺杆式冷水机组，总制冷量为830kW，冷水机组及水泵设于负1层制冷机房;商业选用一台制冷量2461kW定频、一台制冷量2461kW变频和一台制冷量1231kW变频离心式冷水机组，总制冷量为6153kW，可实现独立运行及维修管理，达到商业、超市价值利益的最大化。

　　当商业、超市合设空调系统时，选用一台制冷量2813kW定频、一台制冷量2813kw变频和一台制冷量1406kW变频离心式冷水机组，总制冷量为7032kW。在一定程度上避免了重复设置独立的制冷机房、控制室等增加建筑物的使用面积的问题。

　　考虑到超市营业时间为9:00-22:00，商场营业时间为10:00--22:00。商业、超市分设系统可独立控制及计费，方便管理;可分步投资，超市系统可由运营单位自主安装;故而采用商业、超市分设水冷中央空调方案。塔楼5至9层商业采用多联机空调系统，总制冷量为2075kW，室外机设于10层避难层。

　　2）办公、酒店空调系统设计

　　塔楼11至21层为办公室，工作时间为8:30-17:30。冷热源方案一为水冷多联机，方案二为风冷多联机。水冷多联机每两个房间设一套25.2kW多联机承担室内负荷，每层共设8套；另外每层设两套45kW多联机承担新风负荷，总制冷量为3207.6kW。多联制冷主机设于新风机房，设3台循环水量300m³/h闭式冷却塔及3台流量300m³/h，扬程20mH₂O的冷却水泵放置在塔楼屋面。风冷多联机每层设两套101.5kW多联室外机承担室内负荷，另外每层设两套45kW多联室外机承担新风机负荷，总制冷量为3223kW。室外机设于10层、22层避难层。

　　塔楼23至27层酒店24小时运营;冷热源方案一为风冷热泵模块机组，方案二为风冷多联机。方案一采用8台制冷量130kw，制热量142kW风冷热泵模块机组，总制冷量为1040kW，总制热量为1136kW;设4台流量45m³/h，扬程24mH₂O冷冻水泵放置在塔楼屋面。方案二每层设两套73.5kW多联机承担室内负荷，设两套45kW多联机承担新风负荷，总制冷量为1040kW，总制热量为1136kW。室外机放置于屋面。

　　各方案主机设备运行耗电量按10%——100%不同负荷率出现时间统计，其中年运行负荷比率:100%的负荷情况占10%;75%的负荷情况占50%;50%的负荷情况占30%;25%的负荷情况占10%。供冷期按180天，供热期按90天，空调同时使用率按80%，电费按1.0元/kWh算。现对办公楼、酒店的两种方案分别进行经济分析比较如下表2、表3:

　　由上表2可看出水冷多联机相对风冷多联机的初投资高，而运行维修费用低。方案一需设水源侧冷却塔和循环水系统，循环水源需充足、清洁且需要定期清洗水过滤器从而增加运行成本。方案二系统可兼顾夏季供冷及冬季供暖；智能控制程度高，总投资较低，因此办公推荐使用风冷多联机。

　　由上表3可看出风冷热泵相对风冷多联机的初投资低，而运行维修费用高。多联机室外机采用压缩机变频调节且室内侧采用直接蒸发式，部分负荷时综合能效系数IPLV值较高，使用更省电。多联机空调系统的季节能效比随时间的变化相对比较小。风冷热泵机组部分负荷时，系统调节性较差，系统综合能效与智能控制程度较低，因此酒店推荐使用多联机空调系统。

　　02.空调系统设计

　　商场、超市空调水系统采用设计温度为7/12℃的供回水系统，设计温度为32/37℃的冷却水系统，采用一次泵末端变流量两管制系统。空调风系统中超市、大堂等大空间采用全空气处理机组，过渡季节实现全新风运行。商业区域采用风机盘管或吊顶式空气处理机组。塔办公及酒店区域采用风管式或四面出风式多联室内机。

二、通风与防烟排烟系统设计

　　01.通风系统设计

　　1)汽车库、超市库房设平时通风兼消防排烟系统，制冷机房设平时通风兼事故后通风系统，通风量按规范换气次数设计。

　　2)配电房等设平时通风兼气灭后排风系统。

　　3)电梯机房、水泵房均设机械通风系统，垃圾房设独立带除异味装置的排风系统。

　　4)裙楼预留餐饮功能的商铺按换气次数预留土建竖井，竖井内设不锈钢风管。

　　02.防烟排烟系统设计

　　1）首层大堂、入口中庭和5-7层小商业单体均采用可开启外窗自然排烟。裙楼其余商业、走道或回廊及中庭均设机械排烟设施，每层商业外墙均设固定窗。塔楼办公用房及内走道，采用机械排烟、自然补风，排烟风机风量按规范规定选取。风机置于夹层机房内、避难层或屋面机房内。

　　2）各防烟楼梯间、独立前室、合用前室、消防电梯前室均分别设机械加压送风系统。避难层均设置机械加压送风系统，并在外墙设可开启外窗。风机置于夹层机房内、避难层或屋面机房内。

图片来源：IESPlaza综合能源服务网

三、空调系统自动控制及节能设计

　　01.空调系统自动控制

　　机房群控系统是对整个系统进行监测和控制的智能化系统集成，能自动判断末端负荷的变化，自动控制设备的启停、加减运行台数来实现制冷机房的自动化高效运行。

　　02.节能设计

　　1)优化冷却塔选型与设计。冷却塔尽可能靠近机房放置，减短冷却水管的长度，有助于降低冷却水泵扬程;同时尽可能选用扬程小的冷却塔。冷却塔风机采用变频运行增大换热面积与采用变流量喷洒技术和不对称型布孔方式实现均今布水，有利于降低冷却塔进出水温度。

　　2)优化空调水系统设备选型减少水系统输送能耗。选用效率大于80%的高效双吸水泵，电机能效等级满足二级及以上，并设变频调速装置。空调系统处于部分负荷时冷冻水泵依据供回水温度变频调速运行，大幅度减少空调系统输送能耗。采用变频技术的节能率越高，投资回收期越短。

　　3)选择定频机组与变频机组组合的方式,可以提升空调系统的运行效率。在冷负荷较小的情况下，空调系统可以采用变频冷水机组作为主要冷源，依据实际情况动态调整空调运行功率，减少不必要的能耗。

　　4)优化空调水系统管网设计减少水系统输送能耗。水系统设计最优路由，选用低水阻空调末端、低阻力阀件和避免重复设置阀，对每个环路进行水力平衡校核;空调回水管上电动比例积分阀接入自控系统，避免部分负荷时出现“大流量、小温差”现象。

　　5)空调风系统末端设计根据功能区进行合理布置。通过室内温湿度模块传感器监测参数，调节送风温度、水阀开度及风机频率;吊柜、风机盘管易实现对系统进行分区控制，末端装置可独立启停的主要功能区比例达90%以上。

　　6)大空间全空气处理机组在过渡季节时控制器可根据室内外焓差，自动调节新回风比例，以达到节能效果。

　　7)设备选型时选用高效冷水机组，名义工的参数值高于《公共建筑节能设计标准》和《绿色建筑评价标准》要求，按绿建要求制冷性能系数比现行国家标准规定值提高一定幅度。

　　8)选用高效节能的通风空调设备，地下车库设一氧化碳检测装置，与排风设备联动，根据检测值启闭通风系统。

四、结语

　　空调系统多种多样，针对不同类型的项目，从空调系统节能及可靠性的角度出发，合理地设置不同的冷热源系统和空调末端系统从而减少对初投资、空调系统运行、系统维护等费用的影响，对建筑的能耗尤为重要。在系统设计中，采取相关节能措施和节能设备、对系统管网计算和设计精细化并通过自动控制系统对其进行有效的控制，可实现系统的高效运行，提高能效，为碳达峰、碳中和出一份力。（文/张有华）