商业建筑中央空调系统设计探讨

孙义平

摘要：在各类商业建筑中，空调采暖系统是耗能大户，其中空调冷热源机组能耗是空调中的重要组成，占据了采暖系统的大部分。本文根据工程实例，对商场中央空调冷热源设计进行阐述。

关键词：暖通空调；冷热源；设计

Abstract: in all kinds of commercial buildings, air conditioning system of heating of energy consumption is large, cold and heat source of energy consumption of the air conditioning unit is an important component, accounting for most of the heating system. According to the practical engineering, the mall central air conditioning cooling and heat sources design in this paper.

Keywords: hvac; The cold and heat sources; design

中图分类号： TU831.3+5文献标识码：A文章编号：

引言

随着人们生活水平和对生活质量要求的不断提高，现在的办公楼、商场、酒店、医院等公共场所，空调设备在建筑中占能耗份额较大之一。因此，空调系统设计合理与直接影响到其系统的正常使用及经济效益。

一、工程概况

项目占地面积约6．4万m2，总建筑面积约60余万m，其中商业建筑面积约13万m。项目南区商业面积约为8万m，分为商业主楼、商业副楼两部分。商业主楼地下2层，地上5层裙房，商业副楼地上4层。商业主副楼之间部分为商业步行街，主副楼之间2层以上有连廊连通。商业主楼地下1层为超市，地上1～4层为品牌百货，5层为影院和餐饮等。商业副楼l～2层邻步行街分隔为独立店铺，其它地方均为商业租赁区。

二、冷热源的设计分析

（1）冷热源的选择

商业冬季空调采用市政换热站供暖即为最合理经济的方式。在此基础上，空调冷源一般有以下几种方式：(1)电制冷离心机组、螺杆制冷机组：(2)冰蓄冷、水蓄冷制冷机组系统：(3)高温冷冻水机组，温湿度独立控制空调系统。

（2）系统设计分析

高温冷水机组也已在市场上出现，温湿度独立控制空调系统是由电制冷机组制备180C左右冷冻水来消除室内显热，用溶液调湿空调机组来消除室内的余湿量从而达到空调目的的空调系统。

现有的热湿联合处理的空调方式存在如下问题：①热湿联合处理的能源浪费。②难以适应热湿比的变化。③室内空气品质不佳。④室内末端装置吹风感。⑤输配能耗的问题。然而上述问题是基于对湿度有一定要求的情况下，而在实际工程中，舒适性空调常常不对湿度有较高要求而且人员也对湿度的变化感觉较为迟钝，并不因为湿度的稍微增大而产生较强的闷热感，此种情况下就应根据工程实际综合分析来评估此种系统的适用性。比如，空调季的平均室外空气含湿量、人员新风量大小、湿负荷所占空调总负荷的比重、溶液调湿空调机组的选型与控制等因素均应具体分析，实际工程的应用也对新系统的应用具有很大借鉴意义。

分析该系统应用于本工程尚有以下几点疑问：①温湿度独立控制空调系统相对于常规空调露点送风是否有明显的节能优势。②室内温湿度变化，露点温度也随之变化，现有经济的自控水平如何保证所有末端始终维持干工况运行。③在低负荷时段或室外空气湿度较小时，系统是否还具有同样的节能优势。任何新型空调系统都并非能适用任何类型的工程，每个空调系统都有与其它空调系统不同的基因，只有全面把握深刻认识每一个问题才能作出正确的选择。

（3）节能设计分析

中央空调制冷，是一个按照热力学第二定律进行的“热量逆向传递”过程。该过程涉及到空调末端装置、冷水机蒸发器、冷水机组冷凝器以及冷却塔装置等四个热交换设备中的传热过程，涉及到室内空气循环、冷冻水循环、冷水机组制冷剂循环、冷却水循环和室外空气循环等5个流体循环，还涉及到系统的负荷及实际工况的变化，运行情况复杂，制约因素很多，使得中央空调系统具有时滞、时变、非线性和大惰性等一系列复杂特征。这种复杂性使得与供热不同，并非越集中越好。虽然商业主、副楼相距很近并且地下室连通，然而其使用单位不同，商业功能不同。若硬要并入同一空调系统，会在物业管理、系统控制及经济运行等方面带来问题。由于商业主副楼营业时间和负荷峰值时间基本相同，最后方案趋向于主副楼各设一个冷源，制冷机组采用离心和螺杆制冷机组。

三、水系统的设计分析

（1）冷冻水系统的设计

空调水系统循环水泵变频调速(以下简称VFD)运行的节能性已在业界得到普遍认可，然而只有选择合适的控制方式才能达到节能最大化的理想效果。水泵运行的控制方式是指：用某种被控参数实现水泵的变频调速运行，通常被控参数取循环水系统中某处的压差／压力或温度等。本文定义了四种控制方式 (其中控制方式4为特例，因为属于非变频调速运行)，它们分别是：①运行控制方式l：恒定系统供／回母管间压差，系统工况点在图1之曲线—1上。②运行控制方式2：恒定系统最不利环路压差，系统工况点在图1之曲线—2上。

③运行控制方式3：在供水温度满足要求的前提下，恒定系统的供、回水温差，系统工况点动作的流量调节阀，管网s值等于常数，为主动变流量运行。此运行控制方式节能效果最显著，但管网动态流量分配的可靠性差，很少采用。

④运行控制方式4：末端变流量，循环水泵工频运行，是一次泵空调水系统 的典型运行方式。此控制方式运行能耗较高。

通过对循环水泵变频调速运行实例的研究说明，控制方式2恒定系统最不利环路或最不利环路组压差的变频调速控制方式是较理想的控制方式。

（2）冷却水系统的设计分析

相对而言，中央空调冷却水泵变频问题业内研究较少，争议也比较多。表1是冷却水泵占主机10％的变频节能分析。

由表中数据可以看出，低负荷率成为冷却水泵能否变频的主要考虑因素，只有在主机低负荷率、冷却水泵功率占主机功率比例较大时，冷却水泵变频才有意义。而大型商业空调通常由2、3台以上主机组成且具备主机群控系统，单台主机负荷率低于50％的几率很小，所以通过机组群控的台数控制已经能对冷却水泵的能耗进行控制，再进行变频控制意义已经不大。

四、风系统的设计分析

由于大型商场基本采用全空气空调系统，而空调箱风机全年运行，因此商场 空调系统中空调箱风机电耗所占比重最大，达到了该商场空调系统总用电的65．4％，浪费最严重、节能潜力最大。因此，大型商场节能的关键环节是空调风系统。

造成大型商场空调箱风机电耗巨大的主要原因是，空调系统采用定风量系统，风机并没有根据商场中的负荷变化而调节。而商场中人流密度的变化较大，因此最有效的节能方案之一就是采用风机变频控制调节策略，将定风量系统改变为变风量系统。采用风机变频控制调节时，在保证送风温度和室内温度不变的前提下，当室内负荷为最大室内负荷的一半时，风机的风量可以降到额定风量的50％，风机电耗可以降到其额定功率的1／8，具有极大的节能潜力。若保证送风温度不变，通过变频器调节风量，可得到定速风机和变频风机的逐时运行功率变化如图2。