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1空调系统设计
1.1冷热源
空调系统夏季设计总冷负荷为11476kW，单位建筑面积的冷负荷指标为150W/m2；冬季设计总热负荷为7000kW，单位建筑面积的热负荷指标为82W/m2。根据工程使用功能特点及业主对该工程的定位，从节能方面考虑，空调冷源选用4台制冷性能优越的离心式变频电制冷机组，单台制冷量为3165kW，COP为5.83。同时考虑到过渡季节极低负荷下部分负荷的需要，辅以1台水冷螺杆式电制冷机组进行调节，制冷量为1055kW，COP为5.55。当冬季冷却水进入螺杆式冷水机组的温度低于15℃时，螺杆式冷水机组低温保护停止运行，则利用板式换热器及冷却塔免费制冷。空调系统的热源选用3台制热容量为2400kW的真空燃气热水锅炉。制冷机组冷冻水供回水温度为6℃/12℃，冷却水的供回水温度为32℃/37℃。真空锅炉热水供回水温度为65℃/55℃。免费制冷板换的一次侧供回水温度5℃/10℃，板换二次侧的供回水温度为6℃/12℃。
1.2冷热水系统
空调水系统采用机械循环四管异程式，一次泵变频变流量系统。冷冻水分、集水器间设置压差旁通装置以保证只有1台冷冻水泵在最低负荷运行时供回水管路压力平衡。为离心式冷水机组设置5台变频冷冻水泵；为螺杆式冷水机组设置2台定频冷冻水泵，免费制冷板式换热器和螺杆式冷水机组共用冷冻水泵；为真空锅炉设置4台变频热水泵。冷冻水及热水系统均设置分集水器，分集水器均设置一路商业空调，一路办公塔楼，一路备用。空调冷源水系统原理图见图1。
1.3冷却水系统
为离心式冷水机组配置5台变频冷却水泵，为螺杆式冷水机组配置2台定频冷却水泵，免费制冷板书换热器和螺杆式冷水机组共有冷却水泵；塔楼屋面层设置8台400m3/h的开式横流冷却塔，各冷却塔风扇设置变频器，且均带有防冻电加热器，屋面层室外的冷却水供回水管包裹电热拌线，以保证全年正常使用。按照绿色三星评定的要求，项目设置余热利用系统，通过容积式换热器将冷却水与市政给水进行换热，作为生活热水供热的预热。为满足大厦计算机机房、通讯设备用房的特殊需求，项目在塔楼屋面层设置24h冷却水系统，提供32℃/37℃的冷却水至4～27层办公楼标准层。系统设置3台125m3/h的闭式冷却塔（2用1备），3台变频冷却水泵，冷却水系统采用竖向、横向皆同程，以利于系统的水力平衡。
1.4空调风系统
1.4.1零售、餐厅等小分隔的商业租户用房
由于商业租户区不同的小租户某一时刻对空调有不同的需求，故租户区采用风机盘管加新风机组的灵活多变的空调形式，由新风机组将室外新风经降温或升温、加湿等处理后送入商业租户区，于租户商铺高位预留新风管接驳口；排风则由各层卫生间及厨房排油烟机排至室外。定义为餐厅的商业租户配备厨房空间，厨房高位预留排油烟风管和补风管，集中设置风机具有变频调节功能的排油烟机和新风机组。
1.4.2办公塔楼标准层
由于办公塔楼标准层办公区的进深达到13m，存在内外负荷需求的差异，故将标准层的办公区分为内外区。内外区送风系统设置如下：内区末端设置单风道变风量箱，外区末端设置并联式风机助动型变风量箱(FPB)，FPB带热水盘管。内外区变风量箱均设置温度控制器，冬夏季根据温度控制器通过一次风进风风量调节室内温度。办公塔楼标准层核心筒的两侧设置了2个空调机房，机房内各放置了1台变风量空调机组，并采用上回上出的气流方式。裙房4层、塔楼的避难层、屋面层分别设置带热回收功能的新房机组，新房机组通过热管式换热器与塔楼的卫生间、办公区的排风进行换热后进入新房机组处理，经过集中处理后的新房经竖直新风管送入标准层的空调机组，标准层进入空调机组的新风管设置定风量箱CAV，新风与室内回风混合并经空调机组处理后送入室内。各标准层的卫生间、办公区排风汇集至排风立管，由置于裙房4层、塔楼的避难层、屋面层的排风机经热回收后排至大气当中。
1.4.3商场公共区域
商场公共区域采用单风道全空气系统。按照绿色三星评定的要求，过渡季节商业裙房公共区域的AHU机组新风阀全开，新风量调整为机组总送风量的50%，同时，调整回风阀的开启阀门调改新回风比，利用AHU机组引入室外的新风作为裙房公共区域的免费冷却，中庭顶部设置手动窗(平时常闭)，当采用50%新风模式时手动开启通风窗，以释放过量的新风达到风量平衡；夏季，商业裙房公共区域的AHU机组新风阀调整至夏季运行工况，回风阀调整至全开，引入室外的新风经降温处理后送入裙房公共区域。
1.4.4办公大堂区域
办公大堂设置组合型空调机组，采用单风道集中送风方式，吊顶高位均匀设置条形喷射风口，夏季供应冷风，冬季供应热风。由于办公大堂层高12m，吊顶高度9.6m，为高大空间的建筑布局，在冬季供暖时，下送的热空气由于密度差的因素会有上浮的存在而导致人员活动区域达不到设计温度的可能。因而综合考虑办公大堂的使用功能和人的舒适性的前提下，冬季采用AHU空调机组下送热风及大堂周边玻璃幕墙内侧设置地板散热器共同供暖的采暖方式。同时，为了了解冬季AHU空调机组及地板散热器共同供暖的有效性，利用CFD流体计算软件进行了办公大堂热环境的动态模拟分析。为模拟室外风场对室内气流的影响，建模过程中考虑了室外风场的影响，在稳态的基础上增加了室外来风的作用空间。该模型是在稳态模型的基础上建立起来的。空调机组高位条形喷射风口的送风温度为28℃，地板散热器的风口出风温度为37℃。办公大堂的玻璃门朝向东开，分析时取垂直于玻璃门的方向，即图中的x方向，此时，可同时监测到室内与室外的温度变化。在门打开后。室外气流涌入办公大厅的过程，在门打开后20s的时间内，室外冷空气只有一部分以低温存在于办公大堂空间中，随着冷空气的深入，不断与室内空气掺混，温度逐渐升高，最终以18℃的空气向室内蔓延，在20s时间内距地面1m高度以下80%的空间被18℃的冷空气占领。并且在冷空气从门下部侵入室内的过程中，不断有室内热气流从门上部溢出，这一现象符合能量守恒定律，同时也可以从温度分布图中看出。3min后，中庭内部的温度分布可从图7得到：在门打开3min后，室内温度进一步降低，整个2m以下的空间都被冷空气所占领，并且出现明显的温度分层。下部温度低，上部温度高，且温差10℃左右，室内人员将明显有冷感觉。由上述办公大堂热环境的动态模拟可知，在冬季室外温度较低时，尽量不要同时打开4扇玻璃门，当需要通过打开玻璃门来换气时，不要选择寒冷的早晨和傍晚，尽量在稍微温暖的中午；开门时间不宜过长，否则室内温度下降太低，在必须开启玻璃门时，不要同时开启4扇玻璃门，打开其中1扇或者2扇，优先打开东南朝向的玻璃门，因其冷风侵入较少。
2空调节能自动控制
项目设置楼宇自控系统。制冷机房设置全变频监控系统，系统设置一套设备(冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔风扇均为变频机组)能耗及效率监控中心，逐时分析并计算中央制冷站内各主要设备在不同变频速率下的最佳工况值或能源效率，并且在保证最不利点压力值的状态下，主动发出变频设定信号以指令相关设备按此变频数值运行，从而达至“自我寻优”的最佳运行效果，以节约总体的制冷能耗。办公塔楼变风量系统综合使用房间温度控制、送风量控制、送回风风量匹配控制、新排风风量控制和送风温度控制等多种控制方式。回风管里安装CO2探测器、探测CO2的浓度以便调节区域的新风量。调节AHU机组新风入口处CAVBOX和排风阀在设定的位置，室内新风量必须大于排风量，以保持室内微正压。CAVBOX将设风量探测报警器，与BMS系统兼容监测在每段时刻所送的新风量是否在设定值的范围内，在新风量设计定值偏离设计值超过10%时报警。空调机组、新风机组的出水管上均安装比例积分电动调节阀，通过改变水流量来控制所需空气温度。商业裙房公共区域的空调机组以回风温度作为控制信号；新风机组以送风温度作为控制信号；办公塔楼空调机组以机组设定送风温度及VAV回风温度作为控制信号。在过渡季节，商业裙房公共区域根据室内温度调节新回风比，调节新风量至总送风量的50%，利用新风免费供冷，节省运行能耗。
3结语
空调系统的能耗占建筑总能耗的50%～70%，因而，建筑节能问题对于建设节约型社会意义重大。空调系统在为建筑物使用者创造舒适、卫生、安全的环境空间的同时，空调系统设计中尤其需要重视系统运行的经济性。为体现节能的理念，本工程设计中采用了包括：制冷站全变频自动控制运行；采用CFD流体计算软件模拟办公大堂热环境，为物业后期的运营提供操作依据；商业公共区域过渡季节引入室外新风免费制冷；办公塔楼采用变风量空调系统减小末端风机的运行功率；厨房排油烟风机及新风机组，塔楼新风机组变频运行；塔楼新风机组与办公区排风、卫生间排风显热回收、余热利用等节能技术。
作者：万鑫 周朝瑜 单位：无锡城市职业技术学院建筑工程系 无锡轻大建筑设计研究院有限公司
