徐啸
清华大学建筑设计研究院有限公司 100012
1、项目概况：
本项目位于无锡市尚贤河湿地公园东侧，南临清晏路，北接震泽路，东边为清舒道，总建筑面积116693平方米，其中地上67882平方米，地下48811平方米。本项目地上5层，主要功能为宴会厅、多功能厅、报告厅、大会堂、会议室，地下1层，主要功能为地下车库及设备用房。
2、空调系统介绍
2.1会议中心夏季空调冷负荷为11048kW，单位空调面积冷指标为211W/m²；冬季空调热负荷为5045kW，单位采暖面积热指标为96W/m².
2.2冷热源系统
2.2.1 冷源：
空调系统夏季集中冷源设置在地下一层制冷机房内，选用3台离心式水冷冷水机组,单台制冷量为3340kW(950RT),1台磁悬浮离心式水冷冷水机组,制冷量为1935kW(550RT)，冷冻水供回水温度为6/12℃。冷冻水采用一次泵变流量系统，水泵变频运行。
会议区存在空调内区，过渡季及冬季，采用冷却塔供冷，制冷机房内设置板式换热器，与冷却水进行换热。
2.2.2 热源
冬季热源为地下一层自建锅炉房。采用3台制热量1750kW的燃气真空热水锅炉，供回水温度为60/50℃，供空调热水系统使用。
2.3 空调系统
2.3.1多功能厅、宴会厅、中央大堂、序厅、大型会议区采用一次回风全空气系统，送风采用侧送、顶送，回风采用下回、顶回，保证室内气流组织均匀合理，满足室内热舒适要求。排风经由排风机排至室外，通过排风机变频实现与新风量变化的匹配。
2.3.2大会堂、报告厅采用二次回风全空气系统，楼座及池座采用座椅送风，回风采用侧回风。排风经由排风机排至室外，通过排风机变频实现与新风量变化的匹配。
楼座及池座以置换通风原理为设计依据，采用座椅下送风、侧回风的空调形式，排风经由排风机排至室外，通过排风机变频实现与新风量变化的匹配。
大会堂舞台采用全空气空调系统，空调机组设置于空调机房内。送风形式为侧送侧回。
2.3.3办公用房、中小型会议区采用风机盘管加热回收式新风机组的空调方式。风机盘管均为卧式暗装，新风机组按照防火分区分层设置，通过送风管道送至空调区域。
2.3.4地面辐射供冷供暖系统（后续重点分析）
本项目在中央大堂设置地面辐射系统，夏季供冷、冬季供暖。采用地面辐射供冷供暖系统，可减小室内温度梯度、提高热舒适性，减少冷热负荷、减小全空气系统容量、降低运行能耗。
2.4空调水系统
空调冷热水系统为一次泵变流量系统，夏季供回水温度6/12°C，冬季供回水温度60/50°C，系统工作压力1.0MPa。冷冻泵为变频泵，冷却水泵为定频泵。冷却塔风机变频运行。
3.本项目技术难点
本项目内部存在中央大堂，连接北侧多功能厅及南侧大会堂，地面面积约5800平方米，高度18.5米，顶部为透明玻璃屋面，东西两侧均为玻璃幕墙。
采用天正暖通T20版本进行空调负荷计算，得出此区域夏季空调冷负荷为1470KW，其中屋面及东西幕墙的冷负荷为1173KW，根据此冷负荷，计算送风量：
室内状态点：干球温度25°C，相对湿度50%，采用8度送风温差，得出送风量480000 m3/h，按照单台空调机组送风量不大于80000 m3/h考虑，需要设置6台全空气空调机组，每台空调机组电功率为75KW，无锡地区2020年商业电价0.67元，夏季空调开启时间暂按6月~9月，每天8:00~18:00，则年运行费用为361800元，单位面积空调电耗93KWh/m2.a。
其区域属于高大空间，空调系统投资大、运行费用高，达到了普通公建的2倍，因此必须要降低其能耗。
4.解决方案
4.1负荷分析
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分析夏季空调负荷组成可以看出，太阳辐射占总负荷的80%，此区域的空调负荷主要来自于太阳辐射，因此减少太阳辐射得热尤为重要。
4.2 技术方案
采用地板辐射供冷+全空气空调系统的组合形式为中央大堂供冷。地面辐射供冷系统供回水由冷水机组提供，经板换后供回水温为16/19°，地板辐射管材采用PB管，管径为DN20，管间距200mm，系统方案如下图：
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此系统优点是：
1）用辐射水系统代替一部分全空气系统，减少了空调机组装机容量，降低了功耗，并提高了输配效率；
2）辐射代替对流换热，减少了换热环节，提高了空调换热效率；
3）采用地板辐射系统，夏季室内温度设定可提高2度，冬季可降低2度，因此室内空调冷热负荷降低，提高了室内热舒适性的同时也降低了空调能耗。
4）中央大堂冬季考虑采暖形式为地板采暖，因此利用此系统进行夏季供冷并未造成投资增加。
下图是地板辐射供冷量统计，从中可以看出太阳直射区域可以达到120W/m²以上，非太阳直射区域可达到50W/m²以上
根据以上条件重新进行风量计算：
室内状态点：干球温度27°C，相对湿度50%，采用10度送风温差，由于提高了室内设计温度，空调室内负荷减少为1180KW，计算得出送风量360000 m3/h，按照单台空调机组送风量不大于60000 m3/h考虑，需要设置6台全空气空调机组，每台空调机组电功率为50KW，无锡地区2020年商业电价0.67元，夏季空调开启时间暂按6月~9月，每天8:00~18:00，则年运行费用为241200元。
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但由于增加了地板辐射系统，需要增设板换及循环水泵，因此需要计算水泵的功耗15KW，循环水泵的年运行费用为12060元。
因此此系统年运行总费用为241200+12060=253260元，单位面积空调电耗65KWh/m2.a。
把以上两种系统形式列表对比如下：
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通过对比可以看出，采用地板辐射供冷后，运行费用比之前节省了30%。
4.3采用此系统也有隐患，需要注意防结露问题，因此需进行防结露验算：
室内设计温度为27°C，相对湿度50%，露点温度为15.5°C
空调送风温度为17°C，地板表面温度为22°C，无结露危险。
实际工程设计中，我发现在中央大堂东西两侧门口附近有结露危险，因此采用以下2项措施：
在门口处设空气幕，阻止室外高温高湿空气侵入室内；
距离门口6~8米处尽量不辐射供冷盘管
5.验证过程
为验证以上设计过程，采用CFD模拟软件对中央大堂的热环境进行模拟计算
模型建立条件如下：
大堂空调机组所承担负荷为1180KW，总送风量360000 m3/h，送风温度19°C，
风口采用球形喷口，直径630mm，风口数量75个，每个风口送风量4800 m3/h，均匀布置
送风口距地6.3米，回风口采用同侧下部回风，距地0.5米。
经模拟计算得出结果可看出，夏季总体温度分布均匀，横向温差基本在2°C左右，结果可以接受。
6.总结
综上所述，中央大堂区域夏季冷负荷中，太阳辐射所占比例较大，采用地板供冷+全空气机组的形式较为合理，不仅节省了投资，同时也减少了运行费用。通过以上分析，希望为类似建筑空调系统的设计提供一些参考，目前工程尚未竣工，我将进一步跟踪该项目空调系统的实施及建成后的能耗统计工作，实际验证效果，为设计工作积累更多的经验，促进暖通空调新技术新思路在实际工程中的推广和应用。