大型综合体项目空调系统适宜性选择的探讨
华建集团华东建筑设计研究总院 蒋小易
【摘 要】结合工程实例，针对当下大型综合体项目对空调系统适宜性选择的需求，着重对大型综合体项目暖通空调系统设计中的冷热源及输配系统设置、空调末端个性化需求特别是某些区域空调系统的适宜性选择等方面进行了初步探讨，希望能为类似项目的设计工作提供参考。
【关键词】大型综合体 冷热源及输配系统 空调系统 适宜性选择
1 引言
近几年以来，随着城镇化建设和商业地产的快速发展，将城市中商业、办公、酒店、餐饮、会议和文娱等城市生活空间中的三项以上功能进行组合的大型综合体应运而生，虽然业态多样，但各业态之间相互依存、相互获益，从而形成一个多功能、高效率、复杂而统一的综合体。这类项目往往规模较大且系统复杂，因此在保证建筑各项功能的前提下，给人们提供舒适健康的环境，兼顾初期投资、后期维护和运行管理等方面，空调系统形式的适宜性选择是非常重要的。
本文结合某大型综合体项目的空调系统设计，对空调系统冷热源及输配系统选择、空调末端个性化需求特别是某些区域空调系统的适宜性选择等方面进行了初步探讨，希望能为类似项目的设计工作提供参考。
2 大型综合体项目空调系统的适宜性选择
2.1 空调系统关注点
当前，大型综合体项目一般都含有商业、办公、酒店、餐饮、会议和文娱等城市生活功能需求中的三项以上功能，开发商已经从单纯的商业开发到对如何为综合体内各类人员提供更舒适安全的环境、个性化需求和节能等方面提出了更高要求，不同使用功能区域的空调系统选择和对不同区域个性化需求满足与否，直接关系到项目建成后的运营和维护，希望在设计阶段能先行思考，提供适宜性的方案。
2.2 大型综合体项目空调系统适宜性选择的探讨大型综合
体功能复杂，若按传统单功能建筑进行负荷计算，容易造成负荷叠加、资源浪费、投资增大、运行费用高并且运行效率低等一系列问题，需根据大型综合体建筑的要求和特点对空调负荷进行分析，寻求适宜的空调能源系统，实现建筑内冷热需求的合理匹配和自我调配。
现在大型综合体大都通过设置中央能源站来提供冷热源，这样便于运行管理和设备维护，同时也能提高设备效率，节省运行费用，但运营下来发现这样越来越不适应当下灵活多变的物业管理要求，经常会出现在凌晨专门为距中央能源站千米之外的某KTV或是某火锅店提供冷热源的不合理情况。同时，在现代大型综合体中，一般都会有超高层塔楼，为解决这些区域的空调水系统的承压问题，低区、中区和次高区一般采用板式换热器进行压力分割，但势必带来投资增加、运行维护不便并且引起温度损失等系列问题，现在越来越多的超高层高区采用水环分离式热泵水系统或多联机空调系统，既有效减少了冷冻水在输送过程中的能量损失，又克服了采用常规风冷多联机空调时室外机不好协调位置和室外机放置在设备层时通风不畅的问题，对于300米以上的超高层建筑，笔者认为采用这种设计方法是比较合理的。
在大型综合体项目设计过程中，诸如大堂空调效果、内外区冷热舒适性不佳等老生常谈问题，需要针对具体项目，通过选择适宜性方案来解决。笔者参与了一些这类项目的暖通空调设计，根据项目建成运营后的实地考察和反馈，特别是项目物业公司集中反映的情况来看，合理的冷热源选择、简洁有效的节能措施是当下大型综合体项目空调系统设计最需要关注的，另外，当下的大型综合体项目需要满足越来越多使用者诸如使用时间和空调通风形式等个性化需求，个性化的空调和通风系统末端也越来越受物业公司和使用者青睐。实用有效的空调通风节能措施一直是建造方和运营方关注的问题，现在更关注这方面的投资效益。今年初爆发的新冠肺炎疫情，让越来越多使用者更加关注大型综合体项目环境的健康安全，也对当下大型综合体项目空调通风系统的适宜性设计提出了更高要求。
3 应用实例
3.1 项目概况
某项目位于福建省福州市中心，项目为集办公、酒店、公寓、商业、娱乐、餐饮和地下停车等的建筑综合体，主要由位于基地北部的“超高层酒店+办公+公寓”的1号楼塔楼和位于基地南部的“商业+娱乐”的2号楼裙楼组成，两部分之间用多层架空连廊连接，两部分都是高层建筑，其中，北部1号楼塔楼主体高达245.35m，最高部位玻璃幕墙屋顶为273.88m；南部2号楼裙楼高36.2m，连廊高35.5m。该项目作为当地超高层地标性建筑，对福州市的整体城市空间环境与城市轮廓线产生了较大的影响，为更好体现建筑的社会价值，在暖通设计中更多地融入节能、绿色和环保等各方面的理念。
该项目总建筑面积159473 m2，其中，1号塔楼建筑面积为109661 m2，一至七层为酒店公共区，九至十八层为办公，二十到三十三层为酒店客房，三十五到五十三层为普通公寓式办公，五十四到五十八层为豪华公寓，八、十九、三十四和四十七层为避难层；2号裙楼建筑面积为18400 m2，共七层，为商业和娱乐功能；地下室建筑面积为39355 m2，共三层，为停车库、设备用房及酒店后勤用房等。
3.2 空调系统的适宜性选择
3.2.1 冷热源系统配置
1）酒店：空调总冷负荷为6059kW，总热负荷为3082KW，酒店远期冷负荷规划1315kW，设置3台2110kW离心式冷水机组和1台1044kW螺杆式冷水机组，夏季向低区提供6~12°C的冷冻水，高区在八层设置2台960kW的水-水板式换热器提供7~13°C的冷冻水；冬季采用2台4t/h蒸汽锅炉，通过设置在不同区域的汽-水换热器进行空调供热，高区2台550kW换热量，低区2台1074kW换热量，冬季提供60~50°C的热水。冷水机组及其配套水泵等低区设备设在地下室冷冻机房内。
2）商业：空调总冷负荷为3987kW，总热负荷为1193kW，设置2台2110kW离心式冷水机组，夏季提供6~12°C的冷冻水，冬季因福州地区白天气温通常不低，且商场实际供热负荷需求较低，通过当地调研分析后，采用电热水锅炉夜间（22：00~8：30）平段内蓄热后，白天通过热水换热器提供60~50°C的空调热水，选用1台810kW的常压电热锅炉，蓄热量为5100kWh。
3）办公：福州当地全年平均气温较高，标准办公层的面积较大，其中内区面积也较大，过渡季节的时间较长，因此内外分区，为满足办公人员过渡季和冬季的个性化需求，且根据业主对当地出租型办公计费的要求，经分析比选，办公区域采用水环热泵空调系统尤为适合，内外区的冷热交换可以大大减少冷却塔和锅炉的开启时间。
办公空调总冷负荷为2322kW，总热负荷为710kW，采用水环热泵系统，设置2台板式换热器，每台换热量1800kW，通过与冷却塔换热，夏季提供33~38°C的冷却水，配用3台变频水泵（2用1备）；冬季设置2台465kW的真空热水锅炉，通过板式换热器，得到换热量900kW，冬季提供15~20°C的水，热水泵与冷水泵合用。换热器及配套水泵等设备均设在八层热交换机房内。
水环热泵形式的适宜性选择：根据建筑平面等实际情况的深入分析研究，在分离式、整体式和水-水热泵式水环热泵形式之中，经比选采用了分离式水环热泵机组（详见表1）。
表1 办公区域水环热泵系统分析比较
注明：A和B分别为市场上的两家水环热泵生产厂家。
4）公寓式办公：对于出售型公寓式办公的空调方式进行了多次论证，其中对于设置VRF系统进行了充分的比选，但因最终小户型设VRF系统虽然也能解决独立计费问题，但是要求每户室内机必须处于待机状态，这个要求对于每户人家电源就有较大限制，因此还是采用了分离式水环热泵的方案，均能解决计费及独立使用的要求。
公寓式办公空调总冷负荷为2411KW，总热负荷为1020KW，采用水环热泵系统，设置2台板式换热器，每台换热量2000KW，通过与冷却塔换热，夏季提供33~38°C的冷却水，配用3台变频水泵（2用1备）；冬季设置1台4t/h蒸汽锅炉，通过汽水换热器，得到换热量1200KW，冬季提供15~20°C的水，热水泵与冷水泵合用。换热器、水泵等设备均设在八层热交换机房内。
5）豪华公寓：豪华公寓位于塔楼最高五层，为出售型业态，每户为大平层设计一层最多两户，面积较大，根据业主对出售型公寓独立系统的要求，选择采用变制冷剂流量的多联分体空调系统更为合适，室外机可设在塔楼屋面，室内外机间的冷媒管较短，对冷热量衰减无影响。
3.2.2 空调水系统
1）酒店区域根据负荷特性和个性化需求，采用四管制水系统，可同时供冷供热；
2）商业区域根据福州当地气候条件，采用两管制水系统；
3）办公及公寓式办公区域水环热泵采用两管制水系统，夏季冷却水，冬季为热水。
图1 标准层办公分离式水环热泵室外机组走道布置的剖面图（方案一）
3.2.3 分离式水环热泵的设置
为保证办公室内的噪声要求，必须对于室外机噪声进行隔声处理，对于标准层办公，室外机的放置进行了两种方案的比选，一种放在走道内，详见图1；另一种将室外机放置在办公室内进门处吊顶空间里，并在周围做隔声板围挡从而保证办公室内的噪声要求，详见图2。
图2 标准层办公分离式水环热泵室外机组室内布置的剖面图（方案二）
图3 标准层办公分离式水环热泵室内外机组的局部布置平面图
因室外机台数较多，考虑到室外机排布在走道吊顶内，检修空间不满足设备的要求，且吊顶净高2.5米不满足业主2.7米的要求，最后采用第二种方案，结合声学顾问的意见，将每个租户内室外机组放在一隔声空腔内，通过测试，可以满足业主的要求，平面图布置见图3。
对于公寓式办公，室外机放置在公寓各自朝向走道的管井内（可以两户合用一管井），检修门开在走道内，这对于物业检修和噪声控制都可以令人满意，管道井内室外机布置见图4和图5。
图4 公寓式办公分离式水环热泵室外机组在管井布置的剖面图
图5 公寓式办公分离式水环热泵室外机组在管井布置的局部平面图
3.2.4 节能健康技术的适宜性选择
1）办公区域房间进深比较大，内区和外区负荷特性相差明显，设计中进行了内外分区，距离外幕墙4米范围内划为外区，其余划为内区。由于采用了水环热泵系统，既保证在内外区各台水 环热泵均能各自供冷或供热，又能在内区冬季供冷时水系统内释放热量提供外区所用，减少了锅炉的用量，既可以满足办公人员的个性化需求也达到了节约能源的目的。
2）酒店宴会厅等区域的全空气空调系统过渡季可采用全新风运行，减少冷机能耗。
3）采用空调新排风热回收系统，进行能量回收：（1）标准办公层新风由设在设备层（八层和十九层）的4台风量为20000m3/h集中式的板式新排风热回收机组提供，通过竖井送至每层平面的办公室内；（2）酒店公区和客房的集中新风，采用12台风量为5000m3/h~15000 m3/h，冷媒为R134A的热管式的新排风显热回收装置，既能回收显热能量，又能避免新排风的交叉可能性，是酒店比较受欢迎的热回收方式；（3）公寓式办公和豪华公寓每个户内均采用小风量的全热回收型的新排风机器，直接吊装在室内。
4）免费供冷系统：（1）水系统方面，酒店和裙房商业采用两台和冷冻机相同冷量的免费冷却板式换热器，通过冷却塔免费制冷，冷却塔进出水温设定为8～13℃，板式换热器二次侧供回水温度为9.5～15.5℃。板式换热器一次侧和二次侧循环水泵均可利用原冷却水泵和冷冻水泵，对于冬季内区较大的酒店公共区和商业来说，既经济，运行管理也简单，仅增设两台板式换热器就可省去冷冻机组的运行，在运营后的回访中，业主和物业部门对免费冷却板换的节能效果比较满意；（2）风系统方面，酒店公共区，特别是宴会厅及前厅，在过渡季节时，因内区较大，当采用全空气系统时，过渡季节加大新风量（保证不小于70%总风机风量），加大新风管径，使过渡季节新风风速在8~9m/s之间；在运营后的回访中，物业部门对于过渡季节加大新风运行非常认可，并建议有可能在做好消声前提下还可以适当再提高风速，增加新风供应。
5） 室内空气品质的提升措施：（1）蒸汽加湿系统：酒店的区域除了餐厅和厨房，空调机组内均设置了蒸汽加湿段，采用带保温涂层狭缝式蒸汽加湿器，由于蒸汽加湿系统不采用循环水，减小了细菌滋生的可能，既节省水耗量和热量，又保证室内的空气品质；（2）为提高办公环境的空气品质，所有空调箱或新风空调箱除采用G4初效和F7袋式中效过滤外，还设置了紫外线杀菌装置，紫外线杀菌装置需通过国际UL或 CE安全认证，可杀灭99.9%的附着在空调盘管上的霉菌等细菌病毒，且自带智能化传感器和控制器，空气过滤和紫外线杀菌装置的设置，大大提升了整栋楼的卫生安全等级。
4 结语
4.1 随着大型综合体项目内使用人员对环境的要求越来越高，对大型综合体的空调系统的运营和维护要求也越来越高，要求设计人员在项目设计各阶段充分调研，针对项目特点对空调系统做适宜性选择的分析研究；
4.2 大型综合体项目空调系统的适宜性选择主要是为了满足用户的个性化需求而更加合理地确定冷热源配置、空调通风末端形式、实用有效的绿色和节能措施等，同时要解决好诸如大堂空调效果、内外区冷热舒适性等常见问题；
4.3 眼下大型综合体项目作为比较普通的项目，设计中通过对空调系统的适宜性选择可以取得很好的社会效益及经济效益，从而提升设计的价值。
参考文献:
［1］陆耀庆. 实用供热空调设计手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007
［2］范存养 杨国荣 叶大法. 高层建筑空调设计及工程实录[M].北京：中国建筑工业出版社，2014
备注：本文收录于《建筑环境与能源》2020年10月刊总第37期（第22届全国暖通空调制冷学术年会文集）。版权归论文作者所有，任何形式转载请联系作者。