某大型购物中心暖通空调设计

某大型购物中心暖通空调设计

1 工程概况

该购物中心位于上海市杨浦区五角场的东北角,总建筑面积137 000m2。地下共3 层,地下3层主要为设备用房和自行车库,地下2 层为机动车库,地下1层主要为商店、机动车库等。地上共9层,1～5 层主要为商场,6 层为商场与餐饮用房,7层为餐饮用房及溜冰场,8,9 层为娱乐、健身用房及电影院等。建筑总高度50 m ,南北向长235 m ,东西向长55 m。

2 冷热源

空调系统夏季设计总冷负荷为17580 kW ,冷负荷指标为128 W/m2;冬季设计总热负荷为9889kW ,热负荷指标为72 W/m2。根据工程使用功能特点以及业主对该工程的定位,空调冷源选用4台制冷性能优越的三级离心式电制冷机组,单台制冷量为4044kW，COP 为5.87。同时考虑到不同功能区负荷特性的差异,辅以1台部分负荷调节性能较好的水冷螺杆式电制冷机组进行调节,制冷量为1407kW , COP 为5.57。供、回水温度为6℃/12℃。空调系统的热源选用3 台制热容量为2500 kW 的热水锅炉,供、回水温度为60 ℃/50 ℃。

3 空调水系统

3.1 水系统配置

空调水系统采用双管异程式,一次泵定流量、二次泵变流量。设于地下3 层的冷热水供、回水总管构成一个水平主环路,供暖热水由一次热水泵送至地下3 层制冷机房,由二次热水泵送至水平主环路。主环路分出6 组立管,供应至建筑各层的新风机组、空调机组和风机盘管等。整个空调水系统为下供下回式,水平总管同程、各层水平分支管异程、竖向异程。空调冷、热水系统采用闭式膨胀水罐定压(见图1) 。

3.2 水系统的平衡

该工程单体面积大、功能复杂,分成6 组立管分区供水,冷、热水阻力差较大,容易产生水力失调。为了使整个水系统达到水力平衡(包括静态平衡和动态平衡) ,设计中采取了以下措施:

1)在冷水机组和热水锅炉的出口管路上设置自动流量平衡阀,确保流经各并联机组的流量恒定。

2)在接入主环路的6 组立管的回水管路上设置静态平衡阀,用于初调试时将各管路流量调节到设计状态。

3)采用分组设置平衡阀解决各层水平主支管的水力平衡(见图2) 。对于各楼层功能差异不大的区域,由于各末端的阻力差异较小,可直接在水平主支管的回水管路上只分一组设置压差平衡阀;而对于功能差异较大的楼层,水平主支管则根据末端阻力特性分多组分别设置动态平衡阀,这样既能基本上保证水力平衡又可以避免在每个末端均设置动态平衡阀所带来的投资增加。

3.3 水管固定支架的受力计算

从能源中心出来的空调冷热水总环管直径大、长度长,局部区域的水平长度达到100m ,故需考虑补偿措施,通过计算,在该直管道上需设置补偿量为70 mm 的波纹补偿器,并在其两端设置固定支架和导向支架。由于总环管均需安装在地下室梁下,所以需详细计算固定支架受力,然后提交给结构专业,对安装固定支架的梁进行校核。固定支架所受水平荷载中,仅内压产生的推力就相当大,该项目中,系统工作压力为1.0 MPa,对于DN600的水平干管,经计算内压所产生的推力为441 026N ,再加上活动支架的摩擦反力、补偿器的弹性反力,固定支架总的受力约为531000 N。

4 空调风系统

4.1 商场

4.1.1 新、排风系统特点

该项目1 层以上外墙均为铝合金幕墙,无法开设进、排风百叶风口,且各层商场运行时间一致,故所有新、排风系统均采用竖向系统。新风由置于屋顶的热回收送风箱集中预处理后送至各层,与室内回风混合并经各层空调箱处理后送入室内。各层排风汇集至排风立管,由置于屋顶的热回收排风箱经热回收后排出室外。

4.1.2 热回收

商场区域的人员密度较大,新风比基本都在60 %以上,而为了维持微正压,排风量也相当大,排风的能量相当可观,若加以回收则可以减少运行能耗。设计采用显热回收方式对各层商场排风集中进行能量回收,即在新风机组和排风机组内分别设

置一组盘管,利用乙二醇溶液充当能量回收介质进行显热能量回收,它具有利于集中热回收、运行管理方便及节省机房面积等优点。为了提高显热回收效率,通常将2 台排风机组与1 台新风机组进行能量交换,热回收流程图如图3 所示。

4.1.3 新、排风系统控制

在空调系统运行时,由于商场内人员密度变化较大(通常在0.1～1.5 人/m2 之间变化),为了使送入室内的新风量随人数而变化,在房间或回风道上设置检测器,根据CO2气体含量自动调节新风阀门。相应地,排风量按新风量的一定比例进行调节。竖向送、排风系统的送、排风量采用定静压控制,风机设变频驱动器,当每层风量变化引起立管系统的静压产生变化时,通过改变置于屋顶的送、排风机电动机的转速来实现对系统总送、排风量的调节,从而维持送、排风系统静压的恒定,静压控制点设于2 层立管的上部。过渡季节根据室内外比焓比较将系统转换为全新风直流系统,此时制冷机关闭(见图4) 。

4.2 电影院

4.2.1 设计标准

该项目共有6 个小型电影院(500 座以下) 和1个VIP 影院,由永乐院线负责运营管理。按照运营方的要求,按照甲级电影院进行设计,对于空调设计来说,甲级电影院最主要的是噪声控制要求较严,按照规范及永乐院线的要求,观众厅稳态噪声不得大于NC30 噪声评价曲线的值。

4.2.2 消声处理

7个电影院的空调系统独立设置,空调箱均设置在电影院附近的空调机房内,其中最大的空调箱风量为10406m3/h ,全压为938Pa。通过消声计算,空调箱送风段和回风段各设两组阻性片式消声器ZP100 即能达到要求。

4.2.3 放映机房的通风

放映机房内易产生高温气体,需要设置机械排风系统加以排除。按照永乐院线提供的数据,每个放映室的排风量为1300m3/h 即可满足要求。

4.3 娱乐性冰场

冰层表面附近的空气温度接近冰的温度,随高度增加迅速接近室温。冰场运行时,冰面附近的空气不断与室内空气混合,混合后空气的状态点很可能处于焓湿图上的雾区,其现象是在冰面上一定区域内起雾。另外冰场顶棚由于受冰层冷辐射的影响,其表面温度低于冰场空气的露点温度,从而引起结露,影响使用。

4.3.1 冰场区域的除雾

冰场位于该项目的7 层,跨越7 ,8 ,9 层至顶层,由专业公司参与经营,并负责完成整个冰场制冰系统的设计建造。对于除雾,一个措施是由该公司购置4 台落地安装的柜式除湿机进行除湿,降低冰场内空气的露点温度;另一个措施为设计时考虑向冰面送风,加强室内空气与冰面附近空气的混合,使混合点远离雾区,选用2台风量为10000m3/h 的空调箱,采用上部侧面喷口送风,回风口设在接近冰场的底部。

4.3.2 冰场顶棚的防结露

为了防止顶棚结露采取了两项措施,其一是选用抛光铝板作为顶棚的表面材料,减少对冰面的热辐射,同时使顶棚表面维持一个较高的温度,使之高于冰场内空气的露点温度;其二是提高顶棚表面温度,在冬季由设于屋顶的锅炉房内的小锅炉提供热水加热空气至26 ℃,通过风管送至顶棚,在顶棚内均匀设置风口送风,以便在顶棚内形成一个热空气层,从而避免顶棚结露。在夏季可以直接将室外空气( ≥26 ℃) 送入顶棚。

5 通风、排烟系统

5.1 夹墙通风

该项目地下共3 层,沿东西向外墙分别设置了两扇长约200m的夹墙,地下室汽车库、自行车库及各类设备用房的通风系统均利用这两扇夹墙作为风道,东向夹墙作进风道,西向夹墙作排风道,地上出地面处设置通风百叶风口,这样不仅气流组织合理,且节省了大量管道井空间。

5. 2 大楼排烟系统

内走道分别按要求设机械排烟系统。对于该项目中有回廊、无可燃物且高度大于30m 的中庭,在回廊设机械排烟系统,中庭不设排烟系统。其他高度小于30 m 的中庭,设机械排烟系统(排烟口设在3层) ,由外门自然补风。1～9 层各功能区均按要求分别设自然或机械排烟系统。各防烟楼梯间及消防电梯前室分别设置机械加压送风系统。所有穿越防火分区、楼板、隔墙处的风管均设70℃防火阀。竖向风道与各层水平支风管连接处均设有防火阀。

5.3 大空间排烟及补风

该项目许多大面积主题百货商场面积均超过500m2,除设置机械排烟系统外,还设置了机械补风系统,机房侧墙下部的回风百叶风口作补风口,空调箱兼作补风的接管,流程图如图5 所示。

6 设计体会

6. 1 对于大型购物中心建筑的冷热源设计应进行多方案比较。该项目所在地具有峰谷电价政策且空调用电负荷集中于电力峰段(商场营业时间为10:00～22:00) ,使用冰蓄冷系统可以移峰填谷,节省运行费用。另外,由于制冷机房柱网复杂,占据相当大的面积,使用冰蓄冷系统则可以利用柱网空间设置蓄冰装置,无需额外增加机房面积。故考虑采用冰蓄冷系统。

6.2 为了更好地实现节能,二次泵变频系统的压差控制点不宜图方便设置在机房内的主干管上,而应当设置在系统最不利环路的末端。

6.3 对于长度较长并于梁下水平安装的空调干管,除了要计算膨胀量、设置补偿装置外,还需要校核固定支架所受的水平推力。否则在系统试压时会由于固定支架无法承受水平推力而将管道位移量完全转嫁给直角弯头,造成弯管处应力超过管道许用应力而产生变形胀裂。

6.4 为了水系统的平衡,应尽量采用同程式,在阻力差较大的环路应经济合理地设置平衡阀。

6.5 商场空调应充分考虑各种节能措施,如:热回收,利用室外新风自然冷却等。

6.6 娱乐性冰场不仅需要防结露设计,还需要防雾设计。在装修时要注意冰场上方装饰材料的选择,避免由于冷辐射引起结露,从而导致装饰材料霉变,影响美观和使用。

6.7 电影院空调必须进行准确的消声计算,且不应忽视放映室的通风。

6.8 有条件的地方可利用夹墙进行通风。

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