宜家购物中心暖通空调设计

刘经纬

【摘 要】宜家购物中心是集购物、餐饮、休闲、娱乐于一体的大型建筑,其规模大,功能多,要求高.本文介绍了该项目的暖通空调系统设计,重点叙述了冰蓄冷冷源系统、空调通风系统等,分析了工程设计的特点. 【期刊名称】《建筑热能通风空调》 【年(卷),期】2017(036)004 【总页数】5页(P79-83)

【关键词】冰蓄冷系统;空调通风系统;节能设计;商业设计 【作 者】刘经纬

【作者单位】中国建筑科学研究院 【正文语种】中 文

本项目位于北京市大兴区西红门镇，地铁大兴4号线西红门站以西。本项目为超大型购物中心，总建筑面积约508486 m2，其中地上建筑面积251186 m2，地下建筑面积257300 m2。地上建筑主体为3层，局部为4层，建筑高度23.95 m，电影院局部为30 m；地下建筑为3层。本项目目前为北京市单体最大的购物中心，建筑物南北向约500 m，东西向约250 m，在超级庞大的体量中汇集了商业，餐饮，超市，电影院，美食广场，精品街等各具特色丰富的商业业态，在建筑设计上秉承欧洲购物中心的模式，室内商业街贯穿建筑内部，商业街顶部为玻璃采光顶屋面，为室内提供充足的阳光，创造四季如春的室内商业空间。地下三层，全部为汽

车库，可提供4750多辆车位，被吉尼斯评为全世界最大的单体地下车库。 2.1 室内设计计算参数

本工程由外方投资和管理，对相关的室内设计参数较为严格，在设计的取值上既要尊重外方的要求，也要符合国家的规范和节能设计的标准。夏季，外方对室内计算参数中主要房间的室内温度要求为25℃，根据国内外有关研究结果，夏季室内设计温度每上升1℃，空调系统平均节能约10%，从节能角度及国内节能设计标准，按26℃取值；冬季，若设置加湿，能耗会增加，供热工况时室内设计相对湿度越大，能耗越高，相对湿度每提高10%，供热能耗约增加6%，结合本项目的特点为大型商业中心，考虑到大多数店铺对相对湿度没有严格的要求，而且商场有一定的人员散湿量等，冬季空调不考虑加湿系统，这样可减少冬季的供热能耗。表1为本工程室内设计计算参数[1]。600RT的冷水机组，白天最高负荷时全部运行供冷，夜间非营业时间只有一台机组部分负荷运行，其他12台闲置。因此，本项目采用了部分负荷蓄冰系统，设置三台每台1866 RT双工况10 kV高压冷水机组，制冷主机和蓄冰设备为串联方式，双工况（制冷-）主机位于蓄冰设备的上游，同时设置一台450 RT基载主机，在夜间低负荷使用及作为系统备用和补充。制冷机配置容量较常规冷源机组减少了1750 RT，经测算，约不到四年时间可回收增加的蓄冰投入。 2.2 冷热负荷

宜家购物中心空调区域的建筑面积为18.5万m2（不含地下室和屋顶机房）。冷热负荷计算不包括超市、影院和电器卖场。夏季总空调冷负荷为26.83 MW，冷负荷指标约为145 W/m2。冬季总空调热负荷为19.27 MW（出于安全考虑，供热量计算未扣除人体及灯光设备发热量），热负荷指标约为104 W/m2。（指标说明：由于本项目餐饮店铺数量较多，餐饮总面积占地上出租店铺面积的31%，在设计中考虑到本项目国际化标准档次较高，为所有餐饮厨房预留了补风加热及冷

却预处理冷热量，此部分冷负荷所占指标为19 W/m2，热负荷所占指标为31 W/m2，占冷热负荷的比重较大，不含此部分补风预处理负荷时，该项目夏季空调冷负荷指标为126 W/m2，冬季空调热负荷指标为73 W/m2。） 3.1 空调冷源系统设计

本项目为大型商业建筑，营业时间为早9∶00到晚23∶00，集中空调系统的使用具有明显的时段性，夜间仅物业加班等需要少部分负荷，结合北京地区的分时电价，采用了冰蓄冷作为本工程的空调冷源。采用冰蓄冷的空调冷源方式，可减少本工程的空调配电容量，转移和削减空调系统的用电高峰，缓解夏季用电紧张，平衡城市电网峰谷供电。在节省工程空调系统运行费用的同时，实现社会效益。 根据设计日逐时冷负荷图（图1），分析设计日空调冷负荷性质如下： 1）设计日峰值冷负荷（13∶00）：26830 kW 2）夜间峰值冷负荷：1582 kW 3）设计日总冷负荷：3336 kWh 4）设计日连续空调总冷负荷：15820 kWh 5）设计日总蓄冰冷负荷：338516 kWh 如果采用常规空调冷源，需要设置约13台

系统夜间电价低谷时系统将冰蓄满，白天电价高峰时融冰供冷，融冰量通过改变进入冰盘管水量而控制，各工况转换通过电动阀门开关切换。主机入口冷冻液温度为10℃，主机出口冷冻液温度为5℃，蓄冰槽出口冷冻液温度为3.3℃。蓄冰装置采用了内融冰蓄冰钢盘管，钢盘管安装在现场设置的钢制保温水槽内（图2），总潜热蓄冰冷量为30400 RTH。采用保温水槽，避免了常规采用土建槽体防水未做好引起漏水而难以检修的隐患，同时也没有了采用土建槽体过大对结构承受水压破坏的风险；钢盘管采用上下双层布置，有效节省了蓄冰设备占用的设备机房面积。 由于本工程采用了冰蓄冷技术，按照《北京市电力需求侧管理城市综合试点工作财

政奖励资金管理办法》，作为电力需求侧管理财政奖励项目进行了申报，获得了财政奖励资金。 3.2 空调热源系统设计

冬季空调计算热负荷为19.27 MW，生活热水需要热负荷2.8 MW。由于当地市政热网不能提供本项目冬季空调采暖热源，故在贴临主体室外地下一层设锅炉房。选用4台，每台额定输出功率为5.6 MW钢制承压燃气热水锅炉，提供95/70℃一次水用于空调热水及提供生活热水换热用一次热媒水。 4.1 空调冷冻水系统

空调冷冻水由位于地下三层的制冷机房及地下一层的制冷分站提供，空调冷冻水供回水设计温度为6/12℃。空调冷冻水系统为变水量系统，基载机组对应的水泵为定流量泵，融冰系统循环泵采用变水量泵。冷冻水循环水泵及分集水器分设在南北两个子站中。水系统采用分区两管制，外区冬夏切换提供冷热水，内区常年供冷。4.2空调热水系统

空调热水来自燃气锅炉房，其采用二次泵变流量的系统形式[2]。一次泵为定流量水泵，一次泵与锅炉一一对应控制，为定水量系统；二次泵采用变流量泵，以水力均压器来保证一二次水系统彼此运行。锅炉供水温度为95℃，锅炉一次水侧供回水间设旁通水泵保持回水温度70℃；二次水侧供回水间设旁通三通阀保持空调供回水温度为60/50℃。空调热水循环泵分设在地下一层的南北两个子站中，冷热水管冬夏切换供水。 4.3 冷却水系统

本工程冷水机组的冷却水侧采用定流量水泵，所有冷却水循环泵均设置在地下三层的制冷机房内。冷却塔采用闭式冷却塔，设置在南岛屋面上。冷却塔风机采用双速风机控制风量，调节冷却塔风量控制出水温度，同时冷却水供回水管上设置旁通阀，保持在过渡季节进入冷水机组的温度。冷却水夏季供回水设计温度为37～32℃。

4.4 空调冷凝水回收

由于项目空调系统庞大，空调冷凝水总量较为可观，因此项目设置了空调冷凝水回收系统，将风机盘管与空调机房内冷凝水通过立管集中引至地下车库，统一回收至中水机房内作为中水再生水，满足节能节水的要求。 4.5 空调冷热计量

相比于其他常规项目，本项目将空调冷/热计量更加深化具体。所有店铺的空调冷热水管上均设置了带远传功能的冷热计量装置[3]，计量表设在后勤走道的店铺入户附近，便于物业管理及检修。 5.1 商业街空调风系统

本工程是通过室内商业街和连桥将各建筑联系起来，各层沿店铺侧的宽大步行街之间是通高到屋顶的中庭，屋顶环绕着玻璃采光顶（图3）。经过前期调研和分析，很多类似这样布局的商场都存在夏季顶层温度过高的问题，这主要是由于夏季屋顶天窗辐射热量较大，同时结合热气上浮效应，造成热空气在顶部堆积，对整个公共区域尤其是顶层和次顶层产生大量的辐射热，直接导致人员活动区温度超过设计要求，影响人体活动的舒适度。针对此问题，本项目在设计中从以下角度着手：前期和建筑设计沟通屋顶的天窗做法，屋顶天窗的面积，采用传热系数低的玻璃构造，采用点釉玻璃的遮阳设计；在负荷计算时考虑天窗辐射热，并按照合理比例附加在顶层和次顶层步行街的空调负荷中；空调风仅送至各层人员活动区域，其它如中庭上空不考虑空调，顶部天窗设置了可电动开启的外窗，这样可以在夏季顶部过热时自动开启，通过自然通风排热。这些设计措施较好的解决了商业街夏季顶层过热的现象。

为保证商业街的空间宽大感，提高顾客的购物体验，建筑设计师不允许在商业街吊顶内设置空调风管，以免占用商业街的高度，为此在精装设计方案中采用了给商业街侧送的方式，建筑设计在商业街内侧的高位设置了通长的百叶，送风支管采用带

均流、调节、测压功能的成品风口静压箱的形式（图4），避免了常规做法中，送风效果不佳、不便灵活调节及送风噪音大的问题。

商业街采用了可变新风量的全空气空调系统形式，在过渡季节根据室内外焓值的比较，实现增大新风比的控制，尽可能地增加新风量，最大新风比超过70%，以充分利用室外空气来消除室内余热。在提高室内空气品质的同时，可以部分地通过室外新风直接消除室内的空调负荷，减少了冷水机组的负荷消耗。 5.2 餐饮厨房通风系统

本项目餐饮店铺均各自设置机械通风系统，包括排油烟、厨房补风，以及平时兼事故排风系统，排油烟及排风风机均设置在屋顶，同时对排油烟、补风等设备进行监控，厨房通风系统如图5所示。

此系统的特点：各店铺通风系立设置，便于招商与管理。如采用集中排油烟系统，在招商及换租期只能根据现有条件进行餐饮及普通店铺的招商，而采用通风系统，餐饮店铺与普通租户之间可以灵活转换，给招商及物业管理带来较高的灵活度；对各个餐饮店铺通风设备进行监测，可以及时发现并避免某些餐饮店铺的不规范操作，如仅开排油烟设备而未开启补风设备，导致建筑负压，室外冷/热空气渗入建筑内部，造成能源的浪费，降低室内的空气品质；排风及排油烟风机均设置在屋顶。使得整个排油烟/排风立管均为负压状态，避免了油烟气味的泄露，同时减小了排油烟设备产生的噪声及震动对建筑内部的影响；将厨房排油烟与平时兼事故排风系统分离开，在使用功能上便于操作与控制，同时排油烟风机与防爆风机各司其职，避免了混用两种风机造成的不便；厨房补风采用空调补风，补风机组设置在室内，对厨房补风进行冬季加热、夏季冷却，可有效改善厨房操作人员的舒适度。

5.3 其它通风系统

本工程地下车库的体量巨大，为了在满足设计要求的前提下减少机械通风能耗，车

库采用智能诱导通风系统[4]，可有效降低管线占用的空间；同时配合CO监控系统，智能诱导风机自带CO感测探头，设备有自动、手动工作模式，在每个防火分区设置一集中控制器，可智能化控制诱导风机和主排风机的启停。 5.4 节能措施

相比于常规项目，本项目不仅新风机组采用带热回收功能的装置，而且主要用于步行街区域的全空气系统也采用带热回收功能的空气处理机组[5]。热回收设备采用了全热转轮式回收装置，额定工况下全热回收效率要求不低于80%，远高于国内节能标准要求，大幅度减小了新风损耗。同时本项目的空调机组，送、排风机全部采用了变频风机，可根据室外及室内的不同状态实现变频运行，节省风机的运行能耗。

由于本项目具有体量庞大、占地面积大，空间相互贯通，业态功能多样等特点，其防火设计难以完全依据当时实施的《建筑设计防火规范》GB50014-2006进行设计，对于本项目特殊的消防设计问题，本着安全适用、技术先进的原则，采用了消防性能化评估的理念和方法。通过对消防设计方案的分析和安全评估，实现本项目的消防安全及使用目标；采用计算机模拟分析的技术手段，提出适用于本项目的消防设计策略。

消防性能化报告指出，对于公共空间内设置的火灾荷载高、无疏散条件的区域（如步行街两侧店铺、餐饮等）应采用防火单元的处理方式。采用耐火极限不低于2.0 h的防火隔墙进行防火分隔，将火灾控制在较小空间。针对不同防火单元面积（小于100 m2，100～500 m2，500～2000 m2，以及2000 m2以上）各自设置不同的消防排烟措施，以保证不同火灾烟气条件下的排烟系统能满足逃生要求。 步行街划分为9个逻辑防烟分区（不设挡烟垂壁），每个分区的面积控制在3000 m2以内，每个逻辑防烟分区的排烟量不小于35.3万m3/h并设置单独排烟系统；步行街逻辑防烟分区的排烟系统应可全部同时开启，无需设置机械补风系统，当某

逻辑防烟分区着火时，本逻辑防烟分区和所有贴邻的逻辑防烟分区排烟风机同时开启；步行街屋顶设置自然排烟窗，消防排烟风机失效时，自然排烟窗动作，自动排烟窗按步行街每个逻辑排烟分区投影面积的1%设置，其位置设在步行街采光顶顶部的非透明金属板上。

本项目为超大型购物中心，开发模式上具有欧洲商业购物中心的特征：建筑规模大、占地面积大、地下车库大；店铺多、功能多（集购物、餐饮、休闲、娱乐于一体）；购物环境要求高，空调舒适性要求高，节能环保要求高。因此暖通空调的设计特点：采用了单体建筑超大冰蓄冷系统、全部空调冷热循环水泵及空调送排风机变频技术的运用、严格的空调节水设计如采用空调冷凝水回收、暖通设备小到排气扇的监测（控）设计等等，期间吸取了国内外的先进理念，同时也得到了宝贵的设计经验。

【相关文献】

[1]中华人民共和国建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.采暖通风与空气调节设计规范(GB 50019-2003)[S].北京∶中国计划出版社,2003

[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京∶中国建筑工业出版社,2008

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.公共建筑节能设计标准(GB501-2005 [S].北京∶中国建筑工业出版社,2005

[4]中华人民共和国建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.汽车库、修车库、停车场设计防火规范(GB50067-97 [S].北京∶中国计划出版社,1997

[5]北京市规划委员会,北京是质量技术监督局.公共建筑节能设计标准(DBJ 01/621-2005)[S].2005