南坪中心交通枢纽工程空调通风及防排烟系统设计

南坪中心交通枢纽工程空调通风及防排烟系统设计
李鹏程
【摘要】介绍了南坪中心交通枢纽工程的空调通风及防排烟系统设计.采用了多项空调节能措施:冷冻水一次泵变频系统;过渡季节全新风设计并采用新风通风降温的
焓值控制;主机采用蒸发器变流量机组等.防排烟系统和平时通风相结合.
【期刊名称】《重庆建筑》
【年(卷),期】2010(009)009
【总页数】5页(P19-22,32)
【关键词】大型地下公共建筑;集中空调系统;通风系统;防排烟系统设计;新风焓差控制
【作者】李鹏程
【作者单位】林同棪国际工程(中国)咨询有限公司,重庆,401121
【正文语种】中文
【中图分类】TU233
南坪中心交通枢纽工程全长约1060m，宽约35～60m，成南北向狭长型布置，
总建筑面积约为11．8万平方米（不包括3号线车站段则约为9．6万平方米），除去轨道区间和下穿车道之后的可利用面积约为6万平方米。

从上至下依次为：
地面车行交通，地下一层人行交通和商业开发，地下二层办公及设备用房和轨道交通，地下三层备品库房层，最下层为地下车行交通。

如图1所示。

整个工程从南到北，依次划分为3个主要部分（以下简称一标段、二标段、三标
段）。

一、二标段之间被轻轨三号线南坪站隔断，通过通道连接。

二、三标段之间被下沉式露天广场隔断。

其中一、三标段主要功能为过街人行通道和大空间商业建筑，二标段主要为小型商业店铺和人行交通。

一标段长约130m，空调面积约5400㎡；二标段长约250m，空调面积约14000㎡；三标段长约320m，空调面积约14500㎡。

如图2所示。

（注：本工程一、三标段建筑形式和功能相似，暖通系统基本相同。

为避免重复，本文主要对二、三标段的空调通风及防排烟系统进行介绍。

）
室内空调设计参数如表1。

本工程需要设置空调的区域主要包括负一层商业及人行通道，负二层少量物业办公用房。

整个空调系统以负一层商业开发和人行交通为主。

设计前期，项目组及相关专家也对本工程中央空调的冷源形式作了多方面的比选论证。

既有大型商业建筑常见的中央空调系统：离心式制冷机、螺杆式制冷机、风冷热泵机等，也包括近年来新兴的地源热泵、水环热泵、水源热泵等。

针对本工程的特点：（1）整个建筑由南至北，呈狭长布置，长达1km。

分别被3号线车站、下沉露天广场分割为3个独立的标段。

各标段的功能和定位各不相同，承租方式、使用时间也不同。

且每个标段的夏季冷负荷相对较小。

（2）不能提供燃气供给，只能采用电制冷机组。

（3）地面层为车行道和人行道，不能大量放置室外机。

（4）本工程商业开发和人行交通均位于地下一层，即使在冬季，受建筑围护结构的影响小，商场使用的各种照明设备较多且发热值高，经负荷计算，人员负荷和照明、设备负荷使其热负荷很小，甚至可能是冷负荷。

（5）工程位于商业中心，地下管网复杂，且多为城市干管，最底层又是下穿车行隧道，地源热泵的埋管施工难度大，对市民的生产生活影响大。

（6）各标段地下二层均有较为富裕的设备用房空间。

经过多方论证，结合以上所述本工程的实际情况，最终系统冷源选择了水冷螺杆式
制冷机（蒸发器具有变流量技术）。

冬季不采用集中供热。

本项目一、二、三标段相对独立，故本工程各标段在负二层，分别独立设置制冷机房。

本项目一标段计算总冷负荷：920kW，夏季冷负荷指标为170W/㎡(空调使用面积)。

二标段计算总冷负荷：2300kW，夏季冷负荷指标为164W/m2(空调使用面积)。

三标段计算总冷负荷：2623kW，夏季冷负荷指标为180W/㎡(空调使用面积)。

一、二、三标段制冷主机均选双压缩机水冷螺杆机组，供、回水温度为7°C/12°C。

蒸发器侧可变流量。

一标段空调冷源选用两台制冷量为482kW的机组，二标段选用两台冷量为1290kW的机组，三标段选用两台制冷量为1410kW的机组。

本工程单层面积大，建筑呈狭长型布置，供水点较多，容易产生水力失调。

为使整个水系统达到水力平衡，设计中主要采取了以下措施：在各分区回水立管上分别设置静态平衡阀，用于初调试时将各管路流量调节到设计状态；根据末端阻力特性，在三标段组合式空调器末端设置动态平衡阀；用冷冻水管路，采用双管同程式布置。

本工程冷却塔和制冷主机一一匹配。

冷却塔分别设在靠近该标段制冷机房的道路上方。

冷却塔采用方型低噪声横流式冷却塔。

二标段中央空调水系统原理图见图3。

三标段中央空调水系统原理图见图4。

5.1 二标段
本标段负一层主要为商铺和人行通道。

人行通道位于中间，通道两侧分别布置独立商铺。

受本标段室内净高较低的影响，为保证人活动的空间，本标段空调送风系统采用吊顶式空调结合风机盘管送风。

送风组织为上送上回式。

新风系统和排风系统均单独设置在风机房内，并分别兼做消防补风和排烟系统。

图5 为二标段空调平面图（局部），图6为二标段排烟及通风平面图（局部）。

5．2三标段
本标段的人行交通功能通过独立设置的室内人行天桥实现，使室内的使用空间能最大化利用。

负一层主要为大型商场。

在空调送风组织上，设计采用组合式空调器集中送风。

由于空间较高，送风口采用直片式圆形散流器下送风，回风口集中设置在室内中下部。

根据新风焓差控制空调通风系统的新回风比例，并实现全新风换气。

根据本标段的实际情况，有部分组合式空调器兼做消防补风。

单独设置排烟系统（兼做平时排风）。

图7为三标段空调平面图（局部），图8为三标段排烟及通
风平面图（局部）。

本工程结合了车行交通、轨道交通、人行交通、商业开发等功能，且均位于地下，一旦发生火灾，整体又是狭长型建筑，烟气蔓延迅速，人员疏散困难。

防排烟系统在火灾发生时，对室内人员的安全疏散起着极其重要的作用。

在防排烟系统设计上，遵循阻止烟气蔓延，迅速排除烟气，保证人员疏散的原则。

本工程防排烟设计的主要依据是：《建筑设计防火规范》（GB 50016—2006）和《重庆市大型商业建
筑设计防火规范》（DBJ50-054-2006）。

6．1防烟设计
本工程防烟楼梯间及前室均设置正压送风系统，为防止超压，在楼梯间和前室之间设置余压阀。

避难走道设置正压送风系统，机械加压送风量按避难走道面积X30 m3/h计算。

6．2排烟设计
本工程按同一时间一个防火分区失火考虑。

防火分区内划分防烟分区，每个防烟分区面积控制在400～500㎡范围内。

这样设计的目的一是为了控制烟气扩散，二
是保证足够的排烟量（排烟量：按负担最大防烟分区地面积X120m3/h计算）。

排烟系统需兼做平时排风，排烟口均采用电动排烟口，带输入输出信号和电动执行
机构。

在设置机械排烟的同时设有消防部分系统，补风量按＞排烟量的50%设计。

二标段利用平时新风风机兼做消防补风。

三标段则用空调器兼做消防补风。

图9
为空调器兼做消防补风时转换模式：空调系统的新、回风总管上设置联动的电信号和手动切换风阀，实现火灾发生时，新风总管风阀全开，回风总管风阀全关。

本工程按防火分区及房间使用功能的不同,设置了多个机械排烟或排风(兼排烟)及相应的机械进风系统。

所有排烟风机入口均设有280℃关闭的防烟防火阀,当其熔断
时联动风机停止运行。

通风、空调风管穿越空调机房的隔墙、楼板及防火分区的隔墙处，均设置与风机联锁的防火阀(70℃关闭)。

针对本工程体量大，地下人流量大，使用周期长，地面情况复杂等特点，在空调通风系统的设计中着重从提高室内空气品质和运行节能等方面进行优化设计。

主要采取了以下措施：
7．1提高室内空气质量，提供清洁的空气
本工程作为南坪中心商圈最主要的地下人行交通，人流量大，内部还有各种类型的商业店铺。

从室内空气质量分析，主要具有以下不利因素：建筑结构相对封闭，需提供有组织的新风；内部污染源多，空气质量差；长时间处于地下的人群易产生闷热，压抑，烦躁等不良感觉。

室外为车行道和人行道，室外空气质量差。

为提高地下空间的空气环境品质，本工程采取了以下措施进行空气质量的提高：
新风口设置在绿化带内，风口距地高度＞1m，提高进入室内的空气质量。

新风机和组合式空调器均加装初效过滤器，并在风管上设置了静电空气处理器。

静电空气处理器具有风阻小、静音、除尘效率高、除尘粒径范围广、无需更换材料等优点，利用高压静电原理吸附灰尘、灭菌。

平均吸尘效率：60%～80%，能捕杀
大约80%真菌和病毒、70%的细菌、60%的尘螨。

通风稀释措施：设置有全新风系统和排风系统。

不仅在初期营运时，可通过稀释作用降低室内的污染物浓度，而且可在过渡季节运营时实现节能运行。

通过上述措施，可有效提高本工程的室内空气质量。

7．2中央空调及通风系统的节能措施
相关数据表明，目前国内空调能耗占公共建筑能耗的30%～45%。

中央空调系统中，冷水机组的能耗约占33%，水泵能耗约占22%，风机能耗约占43%，冷却塔能耗约占2%。

本工程主机采用双压缩机水冷螺杆机，能够根据末端负荷的变化，在12．5～100%范围内进行精确调节。

但是水冷螺杆机属于技术成熟的产品，对整个工程的节能提升作用小。

因此，在节能设计时，将重点放在了冷水管网和送风系统的优化上。

7．2．1冷冻水管网采用一次泵变频系统
尽管水泵功率较小，但水泵的能耗却占到制冷机房能耗的2/3。

可见，如果水系统采用变流量技术，具有很大的节能空间。

空调水系统的发展经历了定流量、一次泵定流量/二次变流量，随着制冷机组控制技术的发展，近年来一次泵变流量系统也
不断得到应用。

工程实践表明，导致集中空调电耗高的主要原因是目前我国大型建筑空调冷水系统多为定流量系统，运行中普遍存在“大流量，小温差”的问题。

本工程设计采用一次泵变流量系统，通过末端负荷的要求而改变输送管网内的冷水流量，从而降低输送系统的能耗。

本工程采用的空调冷水一次泵变流量系统与传统的一次泵定流量系统以及二次泵变流量系统相比，主要具有以下优点：
（1）取消了二次泵系统中的二级泵及相应的配套设备，减少了机房面积和初投资。

（2）降低了系统中循环水泵的能耗。

二次泵系统中，一级泵通常是大流量，低扬程，其固有效率低。

（3）消除一次泵定流量和二次泵系统中的“低温差”综合症，使冷水机组始终处于高效运行的状态。

冷水泵的选择，为保证水泵在高效区变频运行，设计中选择Q-H曲线陡峭的水泵。

同时每台水泵均配置一台变频器，避免一变多定。

同时一次泵变流量系统应采用蒸发器可变流量的冷水机组，优先选择蒸发器允许流量变化率大、变流量时出水温度波动小的机型。

本工程选用的螺杆机冷水的流量变化范围在45%～120%。

本工程一次泵变频系统原理图见图10。

7．2．2根据新风焓差控制空调通风系统
在建筑条件允许的范围内，地下一层均设计采用组合式空调器。

组合式空调机组的全空气系统具有处理热湿负荷能力较大，过渡季节可实现全新风运行等特点。

通过自控系统，在过渡季节，制冷主机不开启情况下，调节新、回风阀，全新风运行，降低过渡季节空调系统运行费用。

同时，由空调机组送入商场内的均是室外的新鲜空气，高效率稀释地下空间内污浊的空气。

和传统的全新风系统相比，本工程设计采用新风焓值进行空调通风系统的控制。

所谓新风焓差控制，特指空调系统中通过测定新风的焓值进行新、回风比例的调节系统。

该系统利用新风和回风的焓值比较来控制新风量，可以最大限度地节约能量。

它通过测量元件测得新风和回风的温度和湿度，在焓值
比较器内进行比较，以确定新风的焓值大于还是小于回风的焓值，并结合新风的干球温度高于还是低于回风的干球温度，确定采用全部新风、最小新风或改变新风回量的比例。

焓差控制的主要模式如下：
（1）空调季节小新风工况。

当室外空气焓值大于空调回风焓值时，使用空调新风机和回排风机，由新风机提供最小新风，回风与新风混合后，经空调机组处理后送至室内。

（2）空调季节全新风工况。

当室外空气焓值小于空调回风焓值，但温度大于空调
送风温度时，采用全新风空调运行，室外空气经空调机组处理后送至室内，回风系统关闭，同时开启排风系统将室内混合后的空气排至室外。

（3）非空调季节工况。

设定当室外空气温度小于空调送风温度时，关停空调冷水系统，采用机械通风方式运行，空气不经冷却处理，直接送至室内，混合后的空气全部排至室外。

本工程不同于普通的公共建筑，其本身建筑结构就很特殊，而且集合了车行、人行、商业、轨道交通等不同功能。

暖通设计者应对所设计的建筑功能、布局了如指掌。

在此基础上，通过多方案的比较，才能找到合适该建筑的空调、通风方案。

商场空调应充分考虑各种节能措施。

同时应该特别注重地下空间的防排烟设计。

除了设置机械排烟系统外，还应设置机械补风系统。

此外，中央空调是一个系统工程，在节能设计上，除了对本专业进行优化外，更应着眼于全局，注重控制系统的协调配合，统一考虑，才能真正达到设计要求。

最后，在大型公建的设计过程中，要注意各专业的配合与衔接，这点也应得到设计者的重视。

【相关文献】
[1]GB 50016—2006，建筑设计防火规范[S].
[2]DBJ50-054-2006，重庆市大型商业建筑设计防火规范[S].
[3]GB 50189-2005，公共建筑节能设计标准[S].
[4]GB 50019-2003，采暖通风与空气调节设计规范[S].。