义乌某商贸城空调设计案例

义乌某商贸城空调设计案例工程概况随着中国经济的飞速发展，作为国际国内贸易重要平台的大型市场规模也不断扩大。义乌小商品市场经过不断的发展和充分竞争，已经成为全国的龙头。这期间，义乌XXX商品市场也经历了从马路市场到国际化商品城的发展历程。作为第五代市场的XX商贸城二期工程总建筑面积约88万m2，包括展示交易区、商务洽谈区、餐饮服务区、高级宾馆等，是继一期市场成功建设后的又一个重点工程，规模更大，档次更高。设置中央空调系统是商贸城提升档次的重要组成部分。由于本工程面积大，建筑单边距离长(接近2公里)，业主和租户要求高，中央空调系统方案经过了反复论证和仔细推敲才最终敲定，目的就是要以最成熟的技术提供一个安全可靠、经济实用、技术先进的中央空调系统。冷热源选择空调系统的核心部分是冷热源。一般而言，空调冷热源的初投资可能超过空调总投资的50%，所以需要进行技术经济比较。根据该工程建筑方案竞赛文件的要求，“若电费可分时段计费，则在展示交易区的制冷系统采用蓄冰制冷方式，附房或商务中心可考虑采用小型热泵空调”。但当时当地实行的电费分时段计费政策所能提供的峰谷电价差十分有限，约为1.35-1.4:1。根据文献[1]的方法计算及大量工程的实践总结，在这么小的峰谷电价差下，采用蓄冰制冷系统所增加的投资甚至无法在设备的使用寿命期内收回的。蓄冰制冷系统本质毕竟不是节约用电，而是移峰填谷。事实上，由于双工况制冷机在制冰时，制冷能力急剧下降(约下降30-36%)，另外还要考虑融冰效率和换热效率，因此蓄冰制冷系统必须依靠较大的峰谷电价差从电费的优惠上回收所增加的初投资和多消耗的电力。所以，在当地供电政策不变的前提下，蓄冰制冷系统无法作为本工程的首选方案。当然，从宏观上讲，冰蓄冷系统的确可以减轻电网负担和电厂装机容量。采用水冷离心式冷水机组根据业主要求，交易展示区采用单冷系统。这样，其他可选的冷源方案有常规水冷电制冷系统(主要为离心机、螺杆机，根据本工程的规模及现行设计规范要求，往复机甚至螺杆机已不能采用，至多是可能可以利用螺杆机组做一个低负荷时运行的补充)、溴化锂吸收式制冷系统、风冷冷水机组。在比较过程中，查询了大量文献和工程实例介绍，采用了能耗比较、一次投资比较、寿命周期成本比较、投资回收期比较等因素进行判定，得到了结论，即“水冷电制冷系统最为节能，如果夏季在大建筑面积建筑中采用能效比更高的离心式机组，则全年的性能系数会更高”。注意其中一个可选的系统─溴化锂吸收式制冷系统。一般而言，在有废热可利用的场合使用溴化锂吸收式制冷系统最为适宜、能源利用率最高，大量的工厂使用这种系统正是基于这样的考虑。本工程主要要求的是单冷系统，而溴化锂吸收式制冷系统的原理是利用热能制取空调冷水，用于单冷系统有本末倒置之嫌。如果着眼于利用溴化锂吸收式制冷系统减少配电装机容量，则必须另行考虑溴化锂吸收式制冷系统所需的热源。如果耗能形式采用蒸汽，其耗量高达90t/h(0.6Mpa饱和蒸汽)，如没有相应城市供热管网，就必须建造相应规模的锅炉房。如果建造一个仅仅为溴化锂吸收式制冷系统提供蒸汽源的大型锅炉房是极不经济的，投资利用率低并伴有危险性和空气污染等弊端。如果采用直燃机，消耗0#柴油量高达5.7t/h,如果3天一运，储油罐容量超过200t，需要为此单建一个储罐区;如采用人工煤气，耗量高达16700Nm3/h，采用天然气，耗量也达到5860Nm3/h，根据当地市政情况都是无法实现的。溴化锂吸收式制冷机的实际能源消耗高于电制冷的理论原因是吸收式制冷机实际是热力循环和制冷循环的组合，由于其热源温度低于电厂热源，热力循环效率低于电厂发电效率和输配电效率，所以目前吸收式制冷机的能效比低于电制冷。而风冷冷水机组价格一般是离心式冷水机组的2.5-3倍，机组能效比只有离心式冷水机组的55-60%。计算总体能耗比较时，风冷冷水机组计入机组、风扇、冷媒水泵电耗，离心式冷水机组计入机组、冷媒水泵、冷却水泵、冷却塔风机的电耗，此时风冷冷水机组电耗比离心式冷水机组增加30%左右。另外，风冷冷水机组单机容量小，过多的台数使管理不便，噪音难以控制，因此也不适合在本工程中使用。采用常规冷冻水系统在确定采用水冷离心式冷水机组后，在冷冻水系统方面又出现了两种可选方案，即方案1：采用常规冷冻水系统，冷水机组供回水温度为7°C、12°C，5°C常规温差系统;方案2：采用大温差冷冻水系统，冷水机组供回水温度为7°C、14°C，7°C大温差系统。通过对几个国际知名品牌冷水机组的变工况运行的研究发现，冷水机组可以支持大温差运行，所需冷冻水循环量也发生了变化。但由于冷水机组的设计制造是基于定流量和5°C常规温差模型的，在变流量或大温差情况下运行，有可能出现报警或故障停机，所以厂商研发部门并不推荐用户这样做。仅考虑7°C大温差系统，是由于冷水机组为了保证正常运行一般不允许冷冻水少于5°C温差时额定流量的70%(也有允许50%的情况)，任何超过7°C温差的系统都会导致流量小于额定流量的70%，在实际运行管理中是不推荐的。对于冷水机组而言，无论那种形式的加大机组供回水温差均会使机组耗电量增加，同样是7°C温差，如采用供回水温度为5°C、12°C，冷水机组电耗增加约15%，而供回水温度为7°C、14°C时，机组电耗增加约6%，冷水机组所需的理论流量值将同样减少到5°C温差系统时的70%，机组冷冻水路压降减小到原来的83%。因此，常规冷水机组的大温差系统实际可操作范围被建议限定在供回水温度7°C、14°C的工况下。在此工况下，以1100RT的冷水机组为例，机组需增加的电耗约为40KW,而反映在冷冻水管路系统中可节约的水泵电耗约为29KW(由于采用大温差技术,冷冻水流量可以减小，因此管路可按比摩阻控制法减小，故系统总阻力差距不大)。单从耗电量角度，采用大温差技术反而增加了电耗。当然，得到的好处是冷冻水管尺寸可以减小。空气处理机组选择再来看空气处理机组，以90000m3/h的机组为例，由于都是机器露点送风，两种温差可实现相同的送风参数，此时，5°C温差系统仅需采用6排管，而7°C温差系统需要采用8排管，机组造价约增加13%。根据统计，一般在采用组装式空调机组的空调系统中，空调末端投资额与空调水管路及保温的投资额之比约为2.5:1,如果机组造价增加13%，意味着管路造价必须下降39%，才能取得平衡。但在水系统流量下降30%的工况下，根据实际统计结果，并参照有关资料的方法进行计算，管路造价降幅无法达到39%。因此，可以得出这样的结论，即：利用冷水机组做大温差设计，其优点是可以减小管路的尺寸，减少管路对空间的占用，但其缺点也很明显，首先对冷水机组的安全运行有一定威胁，其次无论是运行费用还是初投资都不见得一定是经济的，必须结合建筑造价的降低(如层高降低)统一平衡。本工程的地下层层高确定时，业主根据其丰富的运行管理经验，主动要求加高地下室层高，使得大温差的优势进一步减弱。最终，是否采用大温差水系统的问题被结合到冷冻站的设置加以统一考虑。根据二期工程的建筑特点，其单边长度接近2公里，如果将冷冻站集中设置，虽然可以减少总制冷容量(按全区块逐时负荷最大值小于分区块逐时负荷最大值算术和)，但如果采用5°C温差系统，采用总管制管径接近1米，采用二级泵分区块供回也会采用DN600以上的水管，一方面穿越市政道路发生困难，另一方面加大了、管道、保温、防腐的造价。最终确定的大区块分设冷冻站系统应该说是经过技术经济比较后最为合理的系统。首先，结合建筑区块的划分，本工程分成了F、G、H三个区块(其中F区面积约24万m2，G区面积约26万m2，H区面积约38万m2)，在三个区块的负荷中心分别设置冷冻机房。根据上述区块面积也可以看出，即使分三个区块冷冻站供冷的范围也十分庞大了。但正是由于大分区供应，每个冷冻机房有机会设于每个区块的负荷中心，节约了大量的管材和输送能耗(即使是系统最大的H区，空调主水管水平输送距离也仅有200米)。在这种情况下，采用5°C温差系统就变得顺理成章了。冷冻站设计原则确定后，一个值得思考的问题是是否增设小容量离心机或螺杆式冷水机组作为部分负荷机组。本工程采用冷水机组的空调面积均为展示交易区，不存在办公建筑的所谓加班负荷。结合一期的实际运行经验(一期工程采用了区块划分法，即每2.5万平方米展示交易区设置一个冷冻机房，采用2台750RT离心式冷水机组，未针对部分负荷加设小容量冷冻机，运行情况良好)，似可不设部分负荷机组。在最小一个分区F区冷冻站内，已设置了5台离心式冷水机组，理论上已经基本确保了在10%-100%分区冷负荷范围内，冷水机组均可以在较高的能效比状况下运行(离心式冷水机组最佳能效比点并非在100%负荷)，且不会发生喘振。当总负荷在10%以下时，作为市场运行管理，停止运行也是情理之中的是事。因此，作为市场的空调系统，尤其当冷冻机台数超过2台时，可以考虑不设小容量部分负荷机组。本工程另一个值得高度重视的问题就是究竟选多大容量的制冷机和是否采用高电压机组。这两个问题是紧密联系在一起的。从建筑电气设计角度来讲，当电机装机容量超过500KW时(运行电流约为950A)，宜采用高压配电，以减少线路损耗(尤其是配电间离冷冻机房较远时)和接线困难的问题。高压配电主要有3KV、6KV和10KV三种。但是能够生产全电压系列冷水机组的厂商不多，用户也集中在工业建筑，产品竞争不够充分，价格高于普通电压机组，而配套的3KV、6KV变压器也并非民用建筑的常规产品，也存在一个竞争不够充分的问题，这是业主不愿意看到的。本工程的一个特殊情况最终圆满解决了这一问题。由于当地供电部门要求本工程的变配电间按块划分，设于负荷中心，正好可以和冷冻机房就近设置，使得远距离输配电的损耗减少到了最低。因此，本工程冷水机组还是采用了380V的常规电压。事实证明，由于设计选用的冷水机组冷量和使用电压都在经过充分竞争的产品范围之内，业主得到了最大的实惠。作为市场的空调系统，经常引起争论的另一个大方面就是空气处理机组的设置。有一种观点是，市场寸土寸金，因此最好是空调机组吊顶安装，不占任何机房空间，完全让位于商铺铺位设置。这种方案的确可以使业主多出商业面积，但有一些问题也不容忽视，例如吊装机组容量不可能太大，否则噪音和体积因素都可能使吊装出现失败。以本工程的商位设置为例，每3000m2展示交易区需要送风量90000m3/h，而6000m2/h吊装空调机组的本体噪音已超过65dB,如果每3000m2展示交易区吊装15台空调机组，本工程仅吊装空调机组一项就超过3000台，无论是安装、维护还是清洗过滤网，工作量都是惊人的，维护时还需要相关商铺停业。采用吊装空调机组还造成空调水管、凝结水管穿越商铺空间，存在漏水后货物损失风险。从技术上讲，大量吊装空调机组的新风的接入也非常困难，导致部分商铺空调无新风。因此，采用吊装空调机组总体而言是弊大于利。那么，如何兼顾业主的商业利益和技术的合理性呢?本工程作了一定的探索，也取得了良好的效果。形本净工程房将空调机房移剃至地下层及五圣层屋顶，分两腔块设置的主要拍原因是为了满再足空调机房的毯位置不与商铺达上下相邻，且喉空调风管竖向笋通道不占用商惊铺面积这样两饥个要求，而同打时能够满足这朵两项要求的位伙置不多。从运馅行情况来看，烧这样的布置没龙有占用商铺面令积、机组的运等行噪音矩控制吗良好，而且空游调机组集中布尿置，运行管理介、维护保养工诊作量大为减轻先。更重要的是毙，新风的供给矮得到了有效保惨证。设计期间识，正脉值危SAR循S乌肆虐，业主为液了提高市场内狗空气品质，提印出了加大新风盘量及平时通风裳的要求。设计鄙中采用了双速每风机提供新风邀至组装式空气贫处理机组的方数式，配套以多解组平时排风系寸统绩,脱实现了正常新晒风、加倍新风岗和加强平时通稻风的多重使用匙要求。蹄空气处理巧机组常采用的舌一个方法是风针机采用咐变频器蚕控制屯，变频技术本义来是用吊于沸VAV溪罢变他风量系统，应毫用到常规定风妖量系统中经常关起到修正实际抖风系统风量风邀压与设计情况元的不一致。尤厦其在风量大、淡风压高的系统横中，如果偏差域过大，可能出婚现风量不够或左者噪音巨大甚祸至烧电机的情错况。本框工程窄的设计中，始挥终贯穿了业主烧要求装控制以总造价的因素超。通过对风系阔统的详细水力昼计算，对风量致风压进行了精嫂确的啄控制贿，在没有压变频器第等手段的情况鬼下，取得了良朗好的运行效果那。防排烟设计废本锐工程东的防排烟设计贯也是技术难点彼之一。义乌穷X梅X嗓商贸城禽二期渠工程脆市场部分各区胸檐口高度戴为探23.9斤7毙米，属于不超姐过面2点4甚米的民用尽建筑昂。就现行国家猫规范来看，由隔于国家目前没陈有针对大型批偶发市场类气建筑依的专项设计规篮范，设计只能透按《唉建筑街设计防火规范夜》环(GBJ1陡6-872烤00尾1励版箩)柄进行消防系统通设计。这样，印单就防排烟系呆统而言，无论泼本航工程馅防火分区如何档划分，规范均奋未对此类薪建筑险提出设置防排戴烟系统的要求帮。事实上，许夺多大型市场的阅建筑津高度，也都不聪超南过依2陵4附米，防排烟如惜何解决具有一和定共性。绸鉴于本拜工程呈规模大，性质遗重要，无论业废主、设计还是依消防主管部门谁均十分重视，符为此特邀消防使科研单位作了直消防性能化设融计。根据专家搜论证会结论，术在市场内仍应隙按防火分区设保置机械排烟系盾统。同时，由需于布局上的有值利条请件倾(曲根据室内防火岔间距的概念和杀防火挑檐的设程置纳)骗，经过性能化俗分析，本化工程特取消了各区块纽间的防火卷帘汁。机械排烟系式统能够将火灾辆发生的烟气吸固走、破坏轰燃停条件，起到了杂辅助作用。所棉以本磁工程排设置机械排烟丹系丹统教,暖客观上为业主丘节约初投资做览出了贡献。设挡计参照《高层勿民用勺建筑张设计防火规范寒》瓶(GB50较045-95艇200浑1宣版哈)宾在市场中划分木了防烟分区，袋设置了机械强旦制排烟系统。妹具体做法是：悠每闸300旷0录平方米利用顶赴棚下拒高扛0.7蒜5蛛米的梁划分卖了艳8技个防烟分区，哪每个防烟分区先面积不超探过寇50普0溉平方米。在每厅个防烟分区的膊网格吊顶以上管设置常闭排烟绩口，共亿计柔8姜只，分别负骄担蔽8蚁个防烟分区的恐排烟。颠每耳8咬个排烟口设一痰台消防高温排派烟风机。系统级排烟量根据规委范，按最大防舱烟分区面酿积妙120M3/点h磨•熄M劝2缓进行计观算刑,舍排烟风机设计荐排烟量习为巴62000留M3/h-6则6000M妇3/融h稼。发生火灾时蝇，现场手动或揪消控中心电信输号自动开启相或应防烟分区内深的常闭排烟捷口犯(赏其余七个排烟献口常军闭越)茂，联动开启相赖应的消防高温啊排烟风机。设野计计算上与常程规做法没有太歪大区别，但业繁主要求净高达芽到溜3.鼠2掉米以上，于是朝在空调风管和妹排烟风管的布赖置上采用了梳努状布置，正好较和空调竖向风热管不占商位的刮思路结合起来湖，大风管不发抹生交叉，使净员高得到了保证志。运行效果统义乌株X唉X屑商贸城爷二期护工程己从目前使用情托况来看，还是蕉比较理想的，虏但也存在一些漫遗憾和值得借孙鉴的地方。从