关于商业建筑空调设计节能分析研究

刘 舰

(辽宁工业大学土木建筑工程学院，辽宁锦州 121001)

随着我国房地产市场的快速发展，越来越多的商业建筑正在拔地而起。商业建筑一般的建筑面积均在4万m2以上，大型的商业项目总建筑面积大都在10万m2以上，并由几栋功能不同的商业建筑组合而成。由于内部设施齐全，配有商场、超市、餐饮、影院以及家居广场等多种业态，因此暖通空调系统的设计、施工决定着商业项目能否正常运行，日常能耗的多与少以及项目运营最终的利润点。根据对国内已经建成的部分商业项目空调运行状况的调查，我们发现目前国内商业建筑的空调设计普遍存在着高能耗、低能效的状况，“大马拉小车”状况比较严重。分别以上海和北京南北两个区域为代表的宾馆、商业建筑统计，上海地区类似建筑每年每平方米总耗电量为120 kg～140 kg标准煤，北京则为150 kg～200 kg标准煤，这其中暖通空调系统就占总电耗的50%～60%。如此看来，暖通空调系统是耗电大户，根据《公共建筑节能设计标准规定》中的指标衡量，已经超过其中规定的十几倍以上。对于大型商业建筑的暖通空调设计，引入节能理念确实是当务之急。下面我们分别就以下几个方面对商业建筑空调设计的节能问题进行分析研究。

1 商业建筑冷、热负荷指标的合理选用

目前的暖通空调设计在确定冷热负荷指标时，基本上都是根据建筑物的功能划分，套用空调设计手册中的设计参数，再根据手册中商场人员密度(人/m2)、室内照明负荷、设备运转使用时的散热负荷、新风负荷以及建筑负荷来确定最终的设计冷、热负荷。实际上这种计算思路是没有问题的，但是根据我们的测定，对于大型、多功能的商业建筑由于其业态分布较广，冷热负荷实际指标在不同的商业业态中的差别是比较大的，使用手册中的各种数据时需要密切和设计对象联系在一起的，切不可机械套用。如在《商店建筑空调设计规范》中规定:冬季室内干球温度为16℃～18℃，夏季为26℃～28℃，平均风速在0.2 m/s～0.5 m/s之间，相对湿度55%～65%，室内空气CO2平均浓度不大于0.2%。而实际上冬季室内温度在16℃是最适合顾客逗留的温度，这是因为商场顾客在购物过程中穿着较多，并且是在不断运动的，其本身散热量较平时静止时要多，体温较高，在高于16℃的温度环境里面会有过热的感觉，并且18℃的设计室内温度将使空调耗电量至少要增加10%，同样夏季室内温度设计过低，也会导致顾客在进入展区时产生过冷感，很多商场的夏季室温在实际运行期间都达到22℃左右，实在是一种浪费。这就是近几年全国号召节能减排，将室内空调温度设定在26℃的最根本原因。再如商场人员密度的问题，我们曾经在一天的不同时段对某一大型超市的客流量做过统计，每天上午9:00～下午15:00，卖场内的人员密度约1.0人/m2～1.65人/m2，而从 16:00 ～19:30，则为 2.0 人/m2～2.4 人/m2，到了节假日，人员密度则达到 3.0 人/m2～3.5 人/m2，和规范中提供的2.0人/m2还是有出入的。因此在确定超市中的人体负荷的时候，就需要充分考虑客流量变化的因素，如果教条地套用手册中的指标，再加上设计中不考虑客流量变化导致的供冷、供热量的即时控制调节，势必会造成超市开门至中午时分，商场温度较低，顾客感觉过冷，造成大量能源的浪费;而到了傍晚的客流高峰期，又会觉得室内温度过高的现象。

由于大型超市和百货商场中展柜的射灯和筒灯等灯具数量较多，超市食品区域各种加工设备散热量相当得大，自动扶梯营业时间内不间断地工作，导致照明负荷和设备负荷作为超市商业项目中的耗能大户，占到整个冷、热负荷的60%左右。我们曾经测试过照明散热量一般在50 W/m2，而自动扶梯的单台散热在9 kW左右。新风负荷中的新风量目前一般都是按30 m3/(h·人)计取，但是对于超级市场的食品加工区域以及地下一层的卖场，这样的新风量明显不够，我们经过测试认为地下室的独立新风系统的设计新风量至少要按照40 m3/(h·人)～45 m3/(h·人)考虑，才能满足此区域的新风供应，尤其是过渡季节直接利用新风调节室温及冬季内区排除余热，加大新风量，可以明显起到节能的效果。目前保温技术广泛应用于建筑墙体、门窗及屋面等建筑构造部位中，因此建筑物围护结构的得(失)热量和冷风渗透量明显降低，建筑负荷在空调冷、热负荷计算中所占的比例比传统建筑少很多，所以无大玻璃窗的超市和百货商场由于内区较大，在采用暖通空调设计手册中建筑冷、热负荷指标数值时应适度减小。

2 商业建筑冷、热源的合理选用

目前的商业建筑，由于其地理位置均在城市的繁华地段，热源形式基本上是利用城市集中供热或供气，在建筑物内部设置换热站经换热、减压后供给室内二次网系统，那种在建筑物地下室或者外围单独设置锅炉房热源的形式已经很少见了。冷源一般采用独立的电制冷或者吸收式制冷机获取冷冻水。冷、热源形式的选取对一个大型商业项目的建造成本和运行费用的高低至关重要。在确定冷、热源之前，一定要了解清楚当地市政配套情况，水、电、气等能源的收费标准和相应的优惠政策，做到知己知彼，有的放矢。对于建筑面积在10万m2以上的多功能商业建筑群，建议采用由多种制冷方式形成中央制冷站:即由电制冷、吸收式制冷或者其他制冷方式并存于一个项目内，同时工作生成冷冻水并集中存储，根据各业态负荷变化分配供应量。这种方式的优点在于可以利用DDC直接数字控制系统调整制冷机组的工作台数及最佳工况，避免以往那种设备选用功率很大而实际长期低负荷运转的状况。在负荷需求较少的情况下，可以使用功率较小的冷水主机供应，例如影院的晚场供冷;在负荷需求较高的情况下，可以以大功率主机为主，小功率主机为辅的方式联合制冷，例如节假日或商业推广活动期间。尤其是在电费和汽源费政策性变化时，可以灵活调整各制冷机的工作数量，避免由于能源价格上涨因素带来的成本风险。

3 空调系统的合理分区

商业建筑的空调分区正确与否直接关系到空调系统设计成果的优劣。商业建筑一般多是6层以下、结构高宽比小于4、占地面积较大的建筑结构形式。临街商业店铺和一层的卖场入口区域一般设为外区，冷、热负荷需求较大。地下室、2层，3层卖场区域，由于其照明、人体、设备负荷等随外界温度变化的影响很小，在设计中都可以确定为内区，商业建筑的内区往往要大于外区。因此如何把握好内区冬季排热及热回收、过渡季节如何利用新风直接送入内区调节室温等思路是设计的关键所在。百货商场的内区一般采用全空气定风量空调方式，而超市的内区由于人员密度的变化则更适合采用变风量空调方式，外区则适合采用风机盘管加新风和VAV带末端加热装置的空调方式。

4 辅助设备间的合理布置

大型商业建筑的设备主要由中央控制室、机械室、电气室等组成，设备间的合理布局不仅对商场的营销策划带来事半功倍的效果，更能减少工程建造成本和设备运行费用。制冷机房和换热站一般应尽可能布置在一个大开间内，由分隔墙分割成几个相对独立的区域，互相之间既有联系又有区分，这样冷、热源管线之间的连接、调控和维修，尤其是冬季、夏季的系统转换时的调试更加方便。

5 结语

商业建筑的空调设计是一项复杂而严谨的综合性系统工程，主要涉及到建筑、结构、给水排水、建筑电气、消防等诸多相关联专业，作为一个暖通空调专业工程师一定要与其他专业工程技术人员密切配合，并本着认真求实、高效的工作作风，时刻为建设单位商户着想，把能源的使用率提高到最大，将空调能耗降低到最低，这样才能符合我国目前大力提倡的低碳环保节能的时代要求。

［1］何雪冰，刘宪英.中央空调节能有关问题的探讨［J］.重庆建筑大学学报，1999，21(4)：40-44.

［2］邢丽娟，杨世忠.中央空调系统的节能措施［J］.微计算机信息，2006(28)：63-65.