綠色節(jié)能在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
——以江蘇某高速服務(wù)區(qū)為例

王 曄 孫一博 虞 宙

(1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210000；2.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

0 引 言

隨著時(shí)代的發(fā)展，人民群眾對(duì)交通出行的質(zhì)量和服務(wù)有了新的需求，對(duì)高速公路的建設(shè)水平有了更高的要求，這也涌現(xiàn)出了商業(yè)綜合體式的服務(wù)區(qū)，從而體現(xiàn)出了暖通空調(diào)系統(tǒng)的重要性及復(fù)雜性.本文以某服務(wù)區(qū)綜合樓為例，合理的設(shè)計(jì)了暖通空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅改善了旅客的出行體驗(yàn)，同時(shí)也更有利于服務(wù)區(qū)的能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)[1].

1 參數(shù)設(shè)計(jì)

1.1 工程概況

項(xiàng)目位于常州市某高速公路服務(wù)區(qū)，項(xiàng)目總建筑面積3857 m2，建筑高度9.9 m.主要功能為餐廳、廚房、公共衛(wèi)生間、辦公室等.本次設(shè)計(jì)的暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：采用多聯(lián)式空調(diào)系統(tǒng)；單位風(fēng)量耗功率較小的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；合理選擇和優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng).

1.2 空調(diào)室外設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)文獻(xiàn)[2]，室外設(shè)計(jì)參數(shù)取值如下：

空調(diào)室外計(jì)算干球溫度為夏季34.6℃，冬季-3.5℃；

空調(diào)室外計(jì)算濕球溫度為夏季28.1℃；

通風(fēng)室外計(jì)算干球溫度為夏季31.3℃，冬季3.1℃；

室外平均風(fēng)速為夏季2.8m/s，冬季2.4m/s.

1.3 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)文獻(xiàn)[2]，室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，空調(diào)冷熱負(fù)荷及采暖熱負(fù)荷指標(biāo)見表2.

表1 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 空調(diào)冷熱負(fù)荷指標(biāo)

2 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1 冷熱源選擇

根據(jù)甲方意愿與相應(yīng)的規(guī)范要求，本項(xiàng)目空調(diào)冷熱源采用風(fēng)冷熱泵多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)[3]，風(fēng)冷多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)無需冷凍主機(jī)及熱交換機(jī)房，安裝管路簡(jiǎn)單、節(jié)省空間、布置靈活、節(jié)能性好、運(yùn)行成本低、管理維護(hù)方便簡(jiǎn)單.空調(diào)室外機(jī)布置在室外地面隱蔽處，不影響建筑外立面效果.

空調(diào)系統(tǒng)形式采用變冷媒流量多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，多聯(lián)機(jī)室外機(jī)就近布置在室外地面；空調(diào)室內(nèi)機(jī)采用四面出風(fēng)型與自由靜壓風(fēng)管式.如圖1-2所示.每層設(shè)置一臺(tái)新風(fēng)機(jī)組，通過外墻百葉取室外新風(fēng)，處理過的新風(fēng)通過風(fēng)管送至各房間.公共區(qū)域和商鋪的空調(diào)系統(tǒng)分開設(shè)置，方便控制和管理.空調(diào)平面布置圖如圖3所示.

圖1 四面出風(fēng)嵌入式室內(nèi)機(jī) 圖2 自由靜壓風(fēng)管式室內(nèi)機(jī)

圖3 空調(diào)平面布置圖

根據(jù)規(guī)范《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015,采用多聯(lián)式空調(diào)(熱泵)機(jī)組時(shí)，其在名義制冷工況和規(guī)定條件下的制冷綜合性能系數(shù)IPLV(C)不應(yīng)低于表的數(shù)值[3].

表3 名義制冷工況和規(guī)定條件下多聯(lián)式空調(diào)(熱泵)機(jī)組制冷綜合性能系數(shù)IPLV(C)

本項(xiàng)目工程，變冷媒流量多聯(lián)機(jī)空調(diào)室外主機(jī)采用微電腦自動(dòng)控制，高效節(jié)能，各種容量多聯(lián)機(jī)的IPLV≥4.0，均大于GB50189-2015所規(guī)定的要求，溫度設(shè)定可以自行控制，主機(jī)根據(jù)各房間負(fù)荷的調(diào)節(jié)大小自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行功率，以節(jié)約能源.

2.2 新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

新風(fēng)的引入是改善室內(nèi)空氣品質(zhì)、提高室內(nèi)人員舒適性的重要途徑.而在空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，新風(fēng)負(fù)荷一般占空調(diào)負(fù)荷的30%～50%，尤其在人員密度大的服務(wù)區(qū)，新風(fēng)需求大，新風(fēng)能耗更為顯著.新風(fēng)系統(tǒng)熱回收裝置大多采用板式熱回收裝置、轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置和熱管式熱回收裝置[4].

在本次服務(wù)區(qū)新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)房間性質(zhì)、使用人數(shù)、人員所需新風(fēng)量等要求合理計(jì)算新風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)量.同時(shí)，為了減少新風(fēng)能耗，設(shè)置了高效的熱回收系統(tǒng)，使室外新風(fēng)與室內(nèi)排風(fēng)進(jìn)行熱交換，對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱或預(yù)冷，從而降低新風(fēng)負(fù)荷.對(duì)于人員密度變化大的場(chǎng)所，宜設(shè)置CO2濃度監(jiān)測(cè)裝置，根據(jù)檢測(cè)值進(jìn)行新風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能效果.

3 (公廁)通風(fēng)系設(shè)計(jì)

駕乘人員的如廁是高速公路服務(wù)區(qū)重要的功能，舒適的如廁環(huán)境對(duì)于服務(wù)區(qū)客流的引入、商業(yè)的增長(zhǎng)起著積極的作用.公廁異味問題，特別是對(duì)于高峰時(shí)段需要排隊(duì)的服務(wù)區(qū)公廁而言，尤為突出.

對(duì)于服務(wù)區(qū)公廁的機(jī)械通風(fēng)設(shè)計(jì)，通風(fēng)量宜按規(guī)范規(guī)定的換氣次數(shù)上限選取并適當(dāng)增加.以往服務(wù)區(qū)公廁排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用較多的是上排的排風(fēng)形式，即外墻加換氣扇，以保證公廁的排風(fēng)量，這種設(shè)計(jì)不僅影響外立面的美觀而且效果欠佳[5].

在本工程服務(wù)區(qū)公廁通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合裝修設(shè)計(jì)，采用離心式低噪聲排風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)布置在屋面.采用下排上送的“崗位式”排風(fēng)方式，即每個(gè)蹲位設(shè)置崗位型排風(fēng)口，如圖4、5所示，廁所頂部根據(jù)需要采用新風(fēng)補(bǔ)充，形成從上往下的氣流組織以避免異味.在排風(fēng)系統(tǒng)中設(shè)置有效的異味聯(lián)動(dòng)裝置，以硫化氫、氨氣等主要污染物濃度作為即時(shí)檢測(cè)指標(biāo)，聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)排風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行，充分節(jié)約能源.

圖4 公廁排風(fēng)平面圖

圖5 矮墻內(nèi)風(fēng)管布置圖

4 防煙排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

建筑防煙排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)是建筑消防設(shè)計(jì)的重要組成，合理的防煙排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)是人員疏散和消防撲救的重要保證，尤其對(duì)于人流密度大，商業(yè)功能復(fù)雜的服務(wù)區(qū)而言.

4.1 防煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于服務(wù)區(qū)綜合樓而言，封閉樓梯間一般通過自然通風(fēng)的方式進(jìn)行防煙，其可開啟外窗的設(shè)置應(yīng)按現(xiàn)行《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的要求執(zhí)行.本工程中，樓梯間的最高部位設(shè)置面積不小于1.0m2的可開啟外窗.當(dāng)走道或房間滿足自然排煙條件時(shí)，也應(yīng)按現(xiàn)行《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[6]的要求設(shè)置自然排煙窗.

4.2 排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)根據(jù)服務(wù)區(qū)的使用性質(zhì)、平面布局等因素，優(yōu)先采用自然排煙系統(tǒng).服務(wù)區(qū)屬于公共建筑，根據(jù)規(guī)范要求見表4，劃分防煙分區(qū).

表4 公共建筑防煙分區(qū)的最大允許面積及其長(zhǎng)邊最大允許長(zhǎng)度

(2)自然排煙窗的計(jì)算

自然排煙排煙窗的計(jì)算有以下兩種方式：

(a)采用自然排煙方式所需自然排煙窗(口)截面積可按下式計(jì)算：

(1)

其中：

AV——排煙口的截面積(m2)；

A0——所有進(jìn)氣口的總面積(m2)；

CV——排煙口的流量系數(shù)(通常選定在0.5～0.7之間)；

C0——進(jìn)氣口的流量系數(shù)(通常約為0.6)；

ρ0——環(huán)境溫度下氣體的密度(kg/m3)；

G—重力加速度(m/s2)；

Db——排煙窗下煙氣的厚度(m)；

T—煙氣的絕對(duì)溫度(K)；

T0——環(huán)境的絕對(duì)溫度(K)；

Mρ——煙縷質(zhì)量流量(kg/s).

(b)根據(jù)規(guī)范要求，設(shè)置有效面積不小于該房間建筑面積2%的自然排煙窗(口)，同時(shí)開窗高度要滿足最小清晰高度.

室內(nèi)空間凈高不大于3m的區(qū)域，其最小清晰高度不小于其凈高的1/2，其他區(qū)域的最小清晰高度應(yīng)按照下式計(jì)算：

Hq=1.6+0.1·H′

(2)

其中：

Hq——最小清晰高度(m)；

H′——對(duì)于單層空間，取排煙空間的建筑高度(m)；對(duì)于多層空間，取最高疏散樓層的層高(m).

自然排煙窗(口)應(yīng)設(shè)置手動(dòng)開啟裝置，設(shè)置在高位不便于直接開啟的自然排煙窗(口)，應(yīng)設(shè)置距地面高度1．3m～1．5m的手動(dòng)開啟裝置.

(3)自然排煙量的計(jì)算

本工程中建筑的空間凈高小于或等于6m的場(chǎng)所，排煙量按不小于60m3/(h·m)計(jì)算，且取值不小于15000m3/h.

5 結(jié) 論

綜上所述，本文以江蘇高速服務(wù)區(qū)綜合樓建設(shè)項(xiàng)目為研究對(duì)象，提供多種現(xiàn)代綠色節(jié)能技術(shù)，對(duì)比以往服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)的闡述了該項(xiàng)目暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)思路及過程，得到以下結(jié)論：

(1)本項(xiàng)目采用多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)，安裝管路簡(jiǎn)單、節(jié)省空間、布置靈活、節(jié)能性好、運(yùn)行成本低、管理維護(hù)方便簡(jiǎn)單.空調(diào)室外機(jī)布置在室外地面隱蔽處，不影響建筑外立面效果.

(2)公廁通風(fēng)采用下排上送的“崗位式”排風(fēng)方式，即每個(gè)蹲位設(shè)置崗位型排風(fēng)口，這種通風(fēng)方式可使污濁的空氣還未達(dá)到人呼吸位置時(shí)被及時(shí)排走，提高了公廁的通風(fēng)效率.

(3)《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)施前，多數(shù)服務(wù)區(qū)在設(shè)計(jì)過程中缺少消防方面的考慮.該項(xiàng)目為了滿足節(jié)能及消防要求，在設(shè)計(jì)過程中，各商鋪在劃分防煙分區(qū)時(shí)應(yīng)單獨(dú)考慮，并考慮設(shè)置相應(yīng)的排煙設(shè)施，這樣會(huì)減少業(yè)態(tài)裝修階段防煙排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)整的工作量.

針對(duì)暖通系統(tǒng)節(jié)能、公廁通風(fēng)、防煙排煙系統(tǒng)等常見的設(shè)計(jì)問題闡述了自己的觀點(diǎn).在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，充分考慮服務(wù)區(qū)建筑特點(diǎn)及運(yùn)營(yíng)要求，設(shè)計(jì)出合理、節(jié)能的暖通空調(diào)系統(tǒng).