高速公路服务楼空调形式设计分析及选用

陈月妮 （广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司建筑设计分公司，广东 中山 528400）

项目气候区为夏热冬暖地区，夏季空调室外干球计算温度33.9℃，空调室外湿球计算温度28.1℃，相对湿度70%；冬季空调室外干球计算温度7.5℃，相对湿度81%。高速公路服务区位于偏远的郊区，无市政能源，从经济性和实用性角度对空调系统的构建和优化提出相应思路。

1 服务楼空调系统特点分析

1.1 空调系统分析

高速公路服务区一般有较多小型单体建筑，包括服务楼、宿舍、设备用房、综合办公楼等等，各单体建筑分散而独立，且无法考虑市政能源，因此从经济性和可实施性方面不考虑集中冷热源系统，各单体建筑设置独立的空调系统是最可取的方式。分散冷热源系统有直接膨胀式空调机组（分体空调，特种空调等）、水环式热泵空调系统和多联式空调系统。从高速公路服务区的建筑特点分析，小型办公楼、宿舍和设备房主要设置分体空调，由于系统简单，这里不做赘述；服务楼的空调系统主要考虑风冷热泵的水机和变频多联式空调系统这两种形式。

1.2 服务楼空调系统选用

风冷热泵空调系统由室外机、风机盘管或空气处理机组、供回水水管、水泵、各种水阀、比例积分阀、补水箱、清洗预留网、水表等配件组成，具有节能的热回收功能，可按需要分期实施等优点。风冷热泵空调系统需要设计水泵及水路系统，包括水泵扬程流量的计算，各段供回水管路的管径计算，阀门的选型等。因附属设备多，工艺要求高而施工复杂，施工周期相对较长。该系统的节能控制是通过各式阀门进行控制，精度较低，长时间运行时水管中的水垢、阀门的老化均会增加系统的能耗，且该系统部分室内末端运行时，室外机组可以部分运行，但是水泵是满负荷运行的，其耗电量大。因此对于宿舍或者酒店住宿类有热回收需求的建筑类型，考虑采用该类型空调系统。

变频式多联机由室外机、各式室内机通过铜管连接分支器组成，系统构成简单，具有系统部分负荷能效比高、系统布置灵活、使用范围广等特点。变频式多联机空调系统形式简单，不需要空调机房及附属设备，安装方便，施工周期相对风冷热泵空调系统短。该系统仅有室内机、室外机通过铜管连接，安装完毕调试完成后，再无需进行维护。变频室外机组连接多台室内机，各室外机互相独立，即使只开一台室内机，单个室外机通过全变频控制，压缩机低负荷运行，仅输出该室内机需要的冷、热负荷，按需输出，随用随开的灵活运行控制特点。因此对于服务楼的特殊使用性质，除节假日人流量暴增，绝大部分时间处于部分负荷运行状态，采用多联式空调系统会更节能更经济。

1.3 实际项目应用

本次设计高速公路区的服务楼一栋2层建筑，总建筑面积3248.24㎡，建筑高度12.5m，房间包括超市、开放式商铺、休息区、卫生间等。建筑主外立面为玻璃幕墙，天面为斜坡屋面。

综合上述空调系统对比，结合本项目服务楼的建筑特点，室外机的位置受限制，业主的装修需求，室内机要求多样化，运行需灵活多变，故该项目选用变频多联式空调系统，室外机布置于首层卫生间侧的绿化带，不影响外立面和屋顶造型。

2 室内空调系统设计

2.1 室内空调负荷

空调负荷是指空调房间冷（热）负荷和湿负荷。空调区的夏季空调房间冷（热）负荷、湿负荷是确定空调系统送风量及空调设备容量的基本依据。室内冷（热）负荷、湿负荷的计算以室外气象参数和室内要求保持的空气参数为依据，其主要计算内容包括空调的室内、外计算参数、空调室内空气的设计参数、室内空气品质与新风量、冷负荷、新风负荷和湿负荷。

这里以服务楼一楼的超市为例进行计算分析。超市面积184m，层高5.4m，两面外墙为玻璃幕墙。查《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》湛江夏季空调室外干球计算温度33.9℃，空调室外湿球计算温度28.1℃，相对湿度70%，舒适性空调室内设计温度26℃，相对湿度40～60%。采用冷负荷系数法进行冷负荷计算。

2.1.1 空调负荷计算

①外墙的传热冷负荷

Qwq

=KF(tτ-ε+Δ-tn)=4.5*55.6(37-26)+4.5*103.7(37-26)=7885.4W

②外窗的太阳辐射冷负荷

Qc

=FXgXdJwτ=55.6*0.59*226+103.7*0.59*158=17080.6W

③人体显热冷负荷

Qrt

=φnq1Xτ-T=0.89*184*58/3

=3166W

④灯具冷负荷

Qdj

=nNXτ-T=0.7*12*184*0.93

=1437.4W

⑤设备显热冷负荷

Qsb

=qsXτ-T=13*184*0.97

=2320.2W

⑥渗透空气显热冷负荷

通过外门开启进入室内的空气量

G

1=n1V1ρ0=600*4.75*1.129

=3217.7kg/h

门窗缝隙渗入的空气量

G

2=n2V2ρ0=0.7*184*5.4*1.129

=785.2kg/h

渗入空气显热形成的冷负荷

Q

=0.28G(tw-tn)

=0.28（3217.7+785.2）（33.9-26）

=8854.4W

⑦人体散湿量与潜热冷负荷

渗透空气带入室内的湿量

D

=0.001G（dw-dn）=0.001（3217.7+785.2）（23.7-10.5）=52.8kg/h

渗透空气形成的潜热冷负荷

Q

=0.28G(hw-hn)

=0.28*52.8*（94.9-53.1）

=618.0W

综合上述超市空调房间冷负荷为

Q

=7885.4+17080.6+3166+

1437.4+2320.2+8854.4+618

=41362W

2.1.2 空气的热湿平衡及送风量计算

设计送风温差8℃，查焓湿图计算得：

空调房间送风量

L

=Q/(hn-h0)=41362/（53.1-45）=5044.1m³/h

按空调房间换气次数确定的送风量为：

L

=nV=6*184*5.4

=5961.6m³/h＞5044.1m³/h

因此确定该空调房间最小送风量为5961.6m³/h。

该房间室内空调设计为4台12.5kW的四面出风嵌入式天花机，空调负荷和送风量均满足设计要求。

2.2 新风系统设计

服务区是人员繁杂的场所，特别是近年来新冠病毒的影响，人们更为关注室内空气的品质。新风的引入，可以排除室内的有毒有害气体，稀释病毒的浓度，选择带有过滤器和杀菌的新风机组，更能过滤掉空气中的气溶胶，所以新风系统可以有效地防止病毒传播。

服务区仅在节假日为人流高峰期，但是新风设计的选型均按额定人流量来计算，所以平时使用时新风量就会过大，因此新风系统的设计应分时运行调节。

新风系统有直接送风形式和间接送风形式。直接送风形式为新风系统直接向空调房间送风，室内显热负荷主要由空调设备负担，潜热负荷则由新风负担，该系统的优点是保证房间新风量的要求，易于系统的风量平衡。间接送风形式为新风系统接入空调末端，与空调回风混合后再送入房间，该系统的优点是房间的温度均匀性好。

考虑到服务区对新风系统的要求更为严格，新风路径越短，污染越少，本次设计为独立的直接送风形式的新风系统。

该高速公路服务区采用变频多联机系统，室外机设置于首层地面，设计冷量650kW，设计冷指标200kW/㎡。超市等高密人员房间设置独立的新风系统，设置新风调节装置，新风根据室内CO浓度调节新风量，实现节能目的，每个空间设置不少于1个CO采集点。超市和休息区采用四面出风嵌入式天花机，气流均匀，中空的门厅设置内藏式风管机，空调分层布置，减少损失。

3 总结

高速公路服务区空调设置的主要目的是提高服务区整体业务质量，营造符合受众感官需求的舒适环境，合理地进行空调配置不仅可以提升区域内温度控制效果，也能够实现资源的高效利用，从而控制服务区经营成本。综上所述，服务区空调形式设计和选用，主要应当考虑服务区所在地理位置下的能源、气候等环境因素，依靠设备配置和技术分析和应用调整空调系统的整体性能，这样才能保证空调系统的构建趋近于预期效果。