超高层商业综合体空调系统设计实例探讨
白立春
筑博设计股份有限公司佛山分公司 528000
摘要：超高商业综合体建筑的空调系统设计是一个复杂的工程，涉及到建筑结构、电气、给排水以及消防等多个方面，通常集中了办公、百货、零售、超市、餐饮、娱乐等多种商业形态，空调设计在满足使用需要的同时，更需要重视节能效果，才满足可持续发展的需要。基于此，本文以节能为核心，介绍了一类超高层商业综合体的空调、通风及防排烟系统设计，在满足相关规范和使用要求的前提下，实现节能的目标。
关健词：超高层；商业综合体；变流量；防排烟；节能
引言
节能是当前我国发展的中心主题，在我国建筑领域中，空调使用时会产生较为严重的能源损耗问题，这完全不符合目前我国建筑行业所追求的目标。空调的节能设计工作必须要遵守相应的设计原则，总结基本设计的要求，尽可能的提升资源能源的使用效率，借助节能新技术来最大限度的减小能耗程度，以此来满足节能减排的需求，切实的保护好自然资源能源，促进自然以及社会的发展，创建出一个更为舒适的生活环境，将“低碳”理念贯彻并落实到节能设计工作中，顺应时代发展的趋势。
1、工程概况
该超高层商业综合体工程建筑总面积约17.7万m2。负四层、负三层为车库，负二层、负一层为商业用房和设备房及车库；裙房主要功能为商业用房、餐饮、电影院，共6层，裙房建筑总高31.9m；北边塔楼为A栋住宅，住宅楼A1栋有45层，建筑总高151.3m，住宅楼A2栋有51层，建筑总高169.3m；南边为B栋住宅和C栋住宅，都是40层，建筑总高136.3m。
空调系统设计为夏季制冷，过渡季节通风模式。地下负一、负二层、一~五层商场及六层餐厅设计为舒适性中央空调系统。电影院空调系统设计为夏季制冷冬季供暖，过渡季节通风模式。
2、商业、餐饮空调系统设计
2.1冷源系统设计
本工程地下负一、负二层、一~五层商场及六层餐厅，夏季制冷，过渡季节进行通风换气。设计室外计算干球温度34.2℃，相对湿度68%；设计室内计算干球温度26℃，相对湿度40~65%。经计算，夏季空调最大冷负荷为12306KW（3500RT），选用3台3164KW（900RT）高效离心式冷水机组，选用2台1407KW（400RT）水冷螺杆式冷水机组做为冷源。
2.2空调水系统
空调系统冷冻水供回水温度为7℃/12℃，采用闭式两管制系统，对应3台离心式冷水机组设置4台（三用一备）冷冻水泵，对应螺杆式冷水机组设置3台（两用一备）冷冻水泵，7台冷冻水泵及5台空调主机分别并联后串接，每台空调主机冷冻水出水管安装静态平衡阀，以平衡各台主机水流量。与之配套的空调循环冷冻水泵设变频调速装置，依据建筑物实际负荷需求，在部分符合运行工况下，冷冻水泵依据供回水温度变频调速运行，可以有效降低冷冻水泵的运行能耗。（见图1）
冷冻水系统冷水管为同层水平设置，采用异程式方式。为使各空调水系统达到水力平衡，并实现水流量的可测控，在各并联之路上加设平衡阀。同时，由于空调冷冻水系统采用变频调节模式，运行过程中，各分支管路的流量随外界负荷的变化而变化，通过在空调机组等设备及支路上设置动态平衡阀来减少末端空调设备之间的相互干扰。
2.3空调风系统
地下负一、负二层、一~五层商场及六层餐厅等大空间均采用吊顶式空调机组，回风经回风口接至回风静压箱，再经风柜过滤、降焓除湿后，通过送风管送至空调区域。
对于小单元用房采用采用风机盘管加独立新风系统。新风经新风机过滤、降焓除湿后送至风机盘管送风管，随风机盘管送风一起送至空调区域，气流组织采用风机盘管天花上散流器（条型风口）顶送或双层百叶风口侧送，风机盘管门铰式单层百叶风口（带滤网）回风。
图1空调水系统图
新风系统采用吊顶、落地式新风机组，经风柜过滤、降焓除湿后，经送风管送至空调区域。气流组织采用天花上散流器顶送，回风经过天花上百叶回风口回风。在不开空调的过渡季节，采用小新风运行。
2.4通风系统设计
2.4.1房间通风方式及换气次数见下表。
房间名称 排风换气次数（次/h） 补风方式
公共卫生间 10~15 自然补风
冷冻主机房 6 机械补风
发电机房 12 机械补风
水泵房 4 自然补风
开关房、空调专变、
公变电房 20 机械补风
电信、网络机房 20 自然补风
地下停车库 6 自然补风与机械补风
2.4.2卫生间设机械排风系统排至排风井。
2.4.3凡是几层风管共用风井者，在风管接入风井处均加设风管止回阀和防火阀。
2.4.4地下汽车库及设备房，汽车库采用机械通风方式，平时的排风系统作为火灾时的排烟系统，平时进行机械排风，并设机械送风系统，送风量大于80％的排风量。
2.4.5对于设置气体灭后的房间配电房、发电机房等，做机械通风系统设计，换气次数为12次/h，平时排风机开启进行通风换气，着火时关闭排风机前的70℃防烟防火阀及补风百叶处的防火阀，待灭火后开启排风机进行事故排风。
2.5防排烟系统设计
2.5.1机械加压送风系统
机械加压送风机的选择以能保证防烟楼梯间余压值为40Pa～50Pa，前室、合用前室、消防电梯间前室、封闭避难层（间）余压值为25Pa～30Pa为原则。
防烟楼梯间采用常开型自垂式百叶加压送风口，合用前室采用常闭型电动送风口。防烟楼梯间及合用前室加压送风口底部距地面0.4m设置。
2.5.1排烟系统
本工程地下汽车库，采用机械通风方式。地下汽车库排烟换气次数为6次/h，排烟量按实际净高计算换气体积。平时排风换气次数为6次/h，排风量按3米层高计算换气体积。
排风机选用低噪声双速排烟风机箱，平时排风机开低速挡进行排风，火灾发生时，利用平时排风系统作为排烟系统，排风机开高速挡进行机械排烟。平时送风量不小于80％的排风量，着火时补风量不小于50％的排烟量。
对不满足自然排烟条件的房间设机械排烟系统，排烟风机风量的计算取值为：
（1）担负一个防烟分区排烟或净空高度大于6m的不划防烟分区的房间时，应按每平方米面积不小于60m3/h计算（单台风机最小排烟量不应小于7200m3/h）。
（2）担负两个或两个以上防烟分区排烟时，应按最大防烟分区面积每平方米不小于120m3/h计算。
（3）中庭体积小于或等于17000m3时，其排烟量按其体积的6次/h换气计算；中庭体积大于17000m3时，其排烟量按其体积的4次/h换气计算，但最小排烟量不应小于102000m3/h。
3、电影院空调系统设计
3.1冷热源系统设计
电影院位于裙房五层和六层，共有5个标准影厅和1个VIP影厅，共计座位930个，建筑面积约2700平方米。根据电影院的经营管理及营业时间，电影院采用了独立的小型中央空调冷热源系统，以满足低负荷工况需求。电影院制冷主机选用7台模块式风冷冷水（热泵）机组，总冷负荷为840kw，总热负荷为910kw，能量调节范围为15%~100%，冷冻水泵选用两用一备。空调主机远离观众厅屋顶布置，采用减振防噪措施，减少对观众厅的影响。
3.2空调末端及气流组织系统设计
电影院采用低速全空气系统，气流组织采用顶送上回的方式，送风口采用散流器或者旋流风口，回风口采用单层百叶风口。售票大堂、内走道及6个影厅的空调系统均独立设置。为减少能耗，减少空调主机的运行时间，采用全空气空调系统，在空调季节时进行小新风运行，在过渡季节和冬季时采用全新风运行降温，新风口及回风口支管设置电动调节风阀。根据不同的空调季节设置不同的排风系统。小新风空调工况时仅开启小排风机排风，风量按新风量的80%~90%设计；全新风工况时关闭小排风机开启大排风机，风量按空调器送风量的80%~90%设计。排风口和回风口共用风口。为了保证过渡季节的全新风运行及降低风机噪声，空调箱设置在空调机房内。
由于放映机工作时会散发毒气，放映机房应有良好的通风系统，毒气应直接排至室外。放映机房的空调系统不应回风，采用直流式空调系统，保持负压，使其不散发进入其他房间，其排风换气次数不应小于15次/h，并应根据毒气散发量校核。放映设备散热量较大，为保证室内环境的舒适度，需送入一定的空调冷风（根据放映设备对环境温湿度的要求确定是否需要设置恒温恒湿机组）。放映夹层的送风量取其两者的最大值，排风量按空调送风量的1.1倍考虑。室外新风通过空调器热湿处理后集中送至放映夹层，排风通过设置在屋顶的排风机承担，在每一台放映机的上方均设置排风口。
3.3防排烟系统设计
售票大堂、内走道、放映夹层等房间设机械排烟系统，排烟风机风量的计算取值为：（1）担负一个防烟分区排烟或净空高度大于6m的不划防烟分区的房间时，应按每平方米面积不小于60m3/h计算（单台风机最小排烟量不应小于7200m3/h）。（2）担负两个或两个以上防烟分区排烟时，应按最大防烟分区面积每平方米不小于120m3/h计算。
影厅的排烟风机风量的计算取值按该房间面积的90m 3/（h.m 2）及13次/h换气标准两者间的最大值计算。
电影院通风和空调系统送、回风总管及穿越防火分区的送回风管在防火墙两侧设置防火阀，风管、消声设备及保温材料采用不燃材料。
4、空调自控系统设计
4.1房间温度控制
（1）安装风柜的房间，风柜设变水量控制，根据回风温度，在风柜的回水管上设比例式电动二通阀（常闭型，关闭压差≥0.3MPa）温控装置。
（2）新风柜设变水量控制，根据送风温度，在风柜的回水管上设比例式电动二通阀（常闭型，关闭压差≥0.3MPa）温控装置。
4.2空调制冷自控系统
空调通风系统纳入楼宇自控系统BAS，能够对通风及防排烟系统、空调系统冷热源、组合式空调机、新风处理机组、风机盘管等末端设备进行自动监测及控制。
冷水机组与冷冻水泵按一机对一泵的原则配置，制冷机组设群控系统，群控系统根据负荷、开机情况及主机效率曲线，合理自动控制冷水机组运行台数。冷冻水系统在总供回水管上设比例式电控压差旁通控制装置。旁通比例式电动二通阀由压差控制器根据供回水总管压差自动调节或由变频控制系统调节，以实现保持冷水机组足够的水量及负荷侧足够的供回水压差。
5、空调系统节能
（1）空调制冷主机选用高效节能产品，额定制冷工况的性能系数大于4.60。
（2）空调系统、通风系统、冷源系统采用直接数字控制系统。
（3）冷冻水泵设变频控制系统，节省了冷冻水的输送能耗。
（4）为了节省运行能耗和提高管理水平，采用变频控制风机转速的冷却塔。变频器根据室外空气湿球温度与冷却水出水温度的差值的变化调节冷却塔风机的转速，始终保证冷却水的出水温度处在合理的最低值，在冷却塔的补水管上设流量计。
（5）空调冷水系统、冷却水系统的输送能效比分别为0.019和0.017。
（6）机械通风风机的单位风量耗功率均小于0.32，空调机组的单位风机耗功率均小于0.52。
6、结束语
通过对超高层商业综合体建筑的空调系统设计分析，由于其功能多样化，负荷波动性大，因此采用了冷冻水变流量运行以及其他相应的节能设计方案，并通过自动控制系统对其进行有效的控制，充分体现了节能的核心设计价值观。在系统设计过程中，尽量采取节能措施，采用节能设备。为今后超高层商业综合体的空调系统的节能设计提供参考依据，具有重要的指导意义。
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