大型商业综合体暖通空调节能设计探讨

贝正其 宁波方太厨具有限公司集团工程总监，高级工程师

孙国丰 慈溪市国丰家电有限公司总经理，高级工程师

郑益锋 宁波方太厨具有限公司合约造价部经理，工程师

谢晓飞 宁波方太厨具有限公司工程主管，工程师

在当前我国城市化建设和发展中，大型商业综合体的规模和数量已成为一座城市繁荣与否的重要标志，各地政府对其重视程度较高，政策支持力度较大，为其开发、建设提供了良好的条件。由于大型商业综合体具有建筑体量大、空间分区多、人流量密集、能源消耗大等特点，因此在大规模开发、建设的同时，一定要注重内部环境的营造，而这一点与暖通空调系统的节能设计息息相关。

1 大型商业综合体概述

大型商业综合体是城市商业活动的重要组成部分，集娱乐休闲、餐饮、购物、住宿以及办公等功能于一体，功能多样、结构复杂，具有鲜明的综合性特点。对大型商业综合体内部特征而言，通道交通体系复杂，空间尺度较大，并且有很多科技集成设备和现代景观设计。外部特征方面，具有高密度性、集约性、功能复合型特点[1]。

2 暖通空调节能设计原则和要求

2.1 节能设计原则

2.1.1 节能减排原则

在当前低碳经济和可持续发展背景下，减少能耗、保护生态环境已成为社会共识。暖通空调在建筑物中的能耗占比较大（50%以上），但以往暖通空调设计忽视了节能环保要求，不符合可持续发展要求。因此，为了顺应时代发展趋势，应积极推动暖通空调系统的优化设计，在减少污染物排放量的同时，优先选择清洁、无污染的能源，采用高效低耗设备，提升资源利用率，为社会的可持续发展做出更大的贡献[2]。

2.1.2 自然通风原则

在暖通空调设计中，应充分调查区域实际情况，结合当地的气候条件和地理条件，选择最佳的建筑形式，尽可能利用自然通风来满足室内制冷需要，以减少能耗[3]。

2.1.3 余热回收原则

以往的商业建筑多选择集中供热方式，内部建设换热站，可以满足室内二次供热需要，冷源多是配备专门的吸收式制冷机或电制冷空调机组，以此来获取冷冻水。空调房间的冷负荷（热量）通过蒸发器进入制冷剂循环，变成冷凝排热的一部分，再通过冷却水（风扇）循环排到大气中去。对于常规空调制冷机而言，其主要作用是空气调节，将空调系统的余热未加以利用而直接排放到大气中。空气处理机组在空调工况下运行时向大气环境排放大量的余热，通常可达制冷量的1.05 ～1.15 倍。大量的余热直接排入大气，既造成能源浪费，又使周围环境温度升高，造成严重的环境热污染。若想要回收利用室内的余热，可在办公区域和公共区域设置单风道变风量VRV 系统，将新风引入到室内，并设置热气体回收热能交换器，处理后的新风输入到各个功能区域。这样不但可以减少余热对环境造成的污染，还是一种变废为宝的节能方法。

2.1.4 智能控制原则

在暖通空调设计中，应充分应用最新的智能化控制设备和软件系统，将楼宇自控、建筑信息模型、增强现实、物联网、大数据、云计算以及人工智能等技术应用于设计研究和分析的各个阶段，并指导建设、施工与运维各方尽可能采用智能化集成技术，实现大型商业综合体的智能化建设、运行及管理，为实现“双碳”目标奠定基础。

3 大型商业综合体暖通空调节能设计要点

3.1 合理选配冷热源设备

节能设计是一项专业性较强的工作，不是简单地以降低设备功率为目标，需要同时考虑到多方面的问题。暖通空调节能设计中，设计人员要增强节能意识，进行实地调查和分析，充分了解当地气候条件与地质条件等情况，并积极推动设计创新[4]。大型商业综合体内部分区众多、业态复杂，包括餐饮、休闲娱乐、购物以及电影院等，空间体积大，导致空调运行负荷较大，为保证大型商业综合体空调系统稳定，加强暖通空调的节能设计十分必要[5]。

从目前大型商业综合体实际情况来看，越来越多商业建筑的空调系统冷源选择采用冷水机组。一般情况下，遵循节能要求优化配置制冷方案，建议选择定频机组与变频机组组合的方式，可以提升空调系统的运行效率。在冷负荷较小的情况下，空调系统可以采用变频冷水机组作为主要冷源，依据实际情况动态调整空调运行功率，减少不必要的能耗。

基于此种方式，可以实现空调运行状态的有效调节，避免资源浪费。水冷机组优势明显，具有较高的稳定性和运行效率，为空调的节能设计提供了有利条件，可以同步运行多台冷水设备。通常配备3 台以上机组，并配备多个备用泵，这样即便1台设备出现故障，也不会影响到整个空调系统的正常运行[6]。

笔者直接参与了浙江省宁波市杭州湾新区方太理想城的建设管理，根据上面的设计原则，对方太理想城1#楼暖通空调系统设计进行了优化设备安装布置如图1 所示。设计优化后，系统模块选用风冷热泵机组组合，不区分主、子模块控制方式，任何1台机组均可以作为主模块控制。模块采用并联方式，可以自由组合运行，灵活性较强。

图1 方太理想城1#楼空调机组安装平面图

这种组合方式中，设备的部分负荷能效比高，IPLV 在4.34 以上，能效等级为1级。机组具有智能除霜功能，除霜期间机组不需要停机，在-15 ℃环境下仍可保证制热稳定。主机制冷系统冷媒选用R410A 环保型制冷剂，压缩机为全封闭式涡旋压缩机，换热器为高效钎焊板式换热器。机组采用双电子膨胀阀自动调节制冷剂流量，调节步数在480 步以上，可实现精准控制，达到节能目标。

控制系统具备负荷分配自动调节功能，可根据负荷自动控制多台压缩机轮转运行，提高机组设备运行效率，且压缩机先开先停，能有效延长压缩机使用寿命。热交换器表面采用亲水材料制作，有利于冷凝水疏导，避免形成水桥，可提高散热效果。控制系统具备断电记忆功能，安装了具有断电记忆功能的温控器和控制器，在突然断电情况下，控制系统能保持掉电前的运行参数和模式，恢复供电后可继续断电前的运行状态，且该项功能可根据实际需要选择是否启用。

机组配备具有高低压力传感器，可保证设备运行过程的可靠性和控制精确性，且该系统相对开放，配备RS485 和MODBUS通信协议接口，也可提供Bacnet 协议，同时连接两个控制器，满足不同管理方的需要，并可与不同的控制系统兼容，实现机组与末端的联锁控制、远程启停以及远程报警等控制功能。

3.2 优化通风设计

首先，综合利用分层空调以及散流器。在商业综合体中，暖通空调的效果在很大程度上取决于空调末端系统的布置和末端设备的选型，因此选择合适的末端空调系统具有良好的节能作用，这就需要科学选择组合式空调箱、风机盘管、超薄型吊顶式空调器等部件。空调箱、风机透管的设计比较简单，需要设置专门的空调箱运行空间，并在设计时规避喷淋管以及电缆等部位。在有空间净高要求的场合，末端空调系统一般选用超薄型吊顶式空调器，若空调区域较大，则需要使用分层空调系统布局，以保障建筑内环境适宜，进而节约资源。

其次，合理利用通风系统的排风功能。大型商业综合体的新风量由人员实际数量决定，若内部人员密度大，则所需新风量也更大，这就需要配置专门的新风送风装置，以保证新风流通良好，并进入到商场内。综合体所排出的风量气温会影响节能效果，利用这些排气温度能够节约能源。通过补风系统可以将内部风量排出到其他空间中，进而有效利用排气温度，并使房间由于接收风量而达到所需温度，确保配电系统安全运行，实现节能目的。

以方太理想城一期报告厅空调系统为例，其末端采用的是组合式热回收机组。该机组是一种双向流新风系统，具备新风置换、空气净化功能，通风、换气同时进行，能快速把室内的污浊空气经过滤后排出，并及时补充已过滤的新鲜空气，形成全方位循环空气对流，新风换气一步到位。

该机组内设置初效、中效、高效3 道过滤器，采用纳米级活性炭、紫外线杀菌、负离子等空气净化技术，不仅能阻止大气中10 μm 以上花粉、尘土等的侵入，过滤空气中的病毒、细菌、螨虫等有害微生物以及50%的PM2.5，而且还可以根据要求增加电子除尘、加湿等功能。此外，新风机自带电动风阀，排风机采用变频控制，更加容易控制气体的输入及回收，热回收率可达到60%，大幅度提高了设备的COP值。当室外温度适宜时，独立的温感系统会默认全部打开新风风阀而不启动冷热源，直接对室外空气过滤处理后送入室内。

3.3 采用自动化技术和智能控制系统

为了动态调整大型商业综合体的暖通空调系统运行工况，实现最佳运行状态，应当积极引入自动化技术，推行自动化智能控制模式。依据建筑内部采暖和制冷需要，自动化调整冷热系统参数，并收集相关信息来调整暖通空调系统温度、水量以及运行功率等，实现系统稳定、高效、节能运行。自动控制系统运行中，基于多工况自动控制模式，实时调节风机、自动阀门，可减少系统整体能耗，显著提升系统运行效率[7]。例如，可以选择在冷源侧采用定流量的冷水机组系统，而在负荷侧通过调节电动阀的开度改变流经末端设备的冷水流量，以适应末端用户空调负荷变化的一次泵负荷侧变流量系统。也可在供回水纵管中配备专门的压差旁通装置，在回水管上安装电动二通阀，在排风管、新风管上安装温湿度传感器[8]。

在自动控制系统前期设计中，要注重收集相关参数信息，与建筑结构、室内装修、照明电气以及智能化专业进行数据共享，尽量采用集成技术，将现代传感技术、物联网技术、大数据与人工智能技术相结合，从整体角度优化设计，实现建筑及机电系统的整体智能化运行。

3.4 合理确定机组参数和安装技术要求

一般而言，比较理想的制冷机组制冷量工况为进风干球温度27 ℃，湿球温度19.5 ℃，进水温度7 ℃，出水温度12 ℃，空调机组的工作压力不低于0.8 MPa。机组的结构配置和安装应当满足以下要求。一是通过冷却盘管的风面风速＜2.5 m/s。二是机组应设排水口，且排水应畅通，避免出现渗漏情况。三是机组箱体壁板的双层金属板厚度≥0.5mm，保温材料厚度不小于20 mm，导热系数≤0.018 W/（m·K），同时需采用有效的防冷桥措施，确保壁板不结露。此外，框架采用铝合金、塑钢或同类材质，所有空调机组设若干层28 mm厚的SD 减震垫，每层减振垫中间夹0.58 mm厚钢板。四是箱体应有足够的强度，在运输、启动、运行、停止后不应出现变形。五是机组横断面上的气流不应产生短路。换热器铜管排数应根据所要求的冷量确定，采用脱氧铜管，壁厚≥0.35 mm，铝箔需经亲水性处理，翅片倒片（质量瑕疵）率应＜1%，片距均匀，无裂纹、毛剌。空调机组和风机盘管等末端设备的凝结水盘表面采用磷化、喷塑处理，且水盘外衬厚度不小于0.5 mm 的保温材料，配套的电机功率因数≥0.8。

3.5 合理应用分区两管制系统

根据大型商业综合体自身特性，内部不同空间的温度和湿度要求也存在显著差异，部分空间温度已经满足要求时，另一部分空间却可能仍需要继续进行制冷或制热。暖通空调系统中应合理运用分区两管制水系统，为内部各分区提供所需要的冷气，实现能源的合理配置与利用。系统应根据不同空间内部供应水量的实际情况进行调节，满足不同空间分区的冷热量需求，避免过度制冷或制热，降低系统能耗。需要注意的是，要尽量缩短管道敷设长度，但如果敷设管道条件不便，则可以在不影响其他管线布置和整体装饰效果的情况下适当增加管径。

3.6 合理选择使用新能源

大型商业综合体暖通空调节能设计中，除了要关注减少综合体内部能耗，同时还要注重各种新能源的合理运用，如太阳能、风能以及地热能等。

其中，太阳能取暖和光伏发电较为常用，且技术较为成熟，很多建筑顶层均安装了太阳能板，一方面能够减少太阳对建筑物的辐射和传热，减少建筑空调制冷系统的能源消耗，另一方面可以通过收集太阳能来制取热水或者用来发电，而且不产生环境污染。地源热泵技术可以实现地热能的高效收集，不会产生温室气体污染环境，除了水泵用电外不需要燃料消耗，能源需求度相对较小。相较于其他采暖方式而言，地源热泵技术可以收集地表热量来动态调整室内温度，输入少量外部能源，冬季时吸收地下热量输送给建筑物用于供暖，夏季时候将多余热量吸收输送给大地，起到降温的作用。地源热泵类型多样，其中埋管方式较为常见，具体包括埋管与换热器两部分，基于介质循环方式来传热，实现资源的合理化配置和利用。

3.7 做好空调设备的运维保养

空调系统要保持最佳节能工况，除了做好设计优化、设备选购以及安装调试工作以外，还要做好暖通空调装置后期的维护、保养工作，尤其是容易粘积灰尘的风扇通风口，需要定期清理干净，避免灰尘堆积影响到装置的正常运行。系统中的电器和转动部件在运转时会产生热量，如果通风不畅或者散热不及时则会导致大量热量堆积，加速设备老化损耗，不可避免地增加系统故障的发生概率。同时，良好的后期维护和保养可以延长设备使用寿命，为暖通空调系统安全稳定运行提供坚实保障。此外，还需要注意运营调试工作，如果在商业综合体前期运营时出现设计与运营不相符的现象，那么需要及时提出解决措施，并在后续运营期间针对具体问题及时处理，探究原因，整改后续设计工作，确保商业综合体暖通设计满足要求。

4 结语

大型商业综合体是当代都市文化的重要载体，也是现代化城市的重要组成部分，其建筑体量大等固有特点决定了暖通空调系统的重要性。

在大型商业综合体暖通空调系统的设计、采购、施工与运维过程中，顺应“双碳”政策，遵循节能、环保设计理念，结合实际情况，充分利用自然条件，大力发展清洁能源，积极采用绿色建筑新技术、新设备以及新材料，在保证正常稳定运行和满足健康舒适需求的前提下，实现设计最优、低碳节能、生态环保以及可持续发展是人们应当努力追求的目标。