商场空调节能设计要点之简析
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【摘要】商场空调系统设计要以季节变化为依据，确保降低空调运行能耗，需在变风量和新风系统的节能上采取相应措施，达到节能减排的实际功效。
【关键词】空调系统；变风量；运行调节
1 工程概况
某大卖场总建筑面积20000多m2。地下1层为超市卖场和商铺，建筑面积约12000m2，层高5.6m。卖场部分包括百货区、食品区(包括冷冻食品)、生鲜销售区和熟食品加工区等；地下2层为超市仓储区和停车场，层高3.9m。
2 设计参数
2.1 空调室外设计参数
夏季：空调计算温度28.4℃，空调日平均温度25.5℃，通风计算温度26.0℃，湿球温度25.0℃，平均风速4.3m/s，大气压力994.7hPa.冬季：空调计算温度-14.0℃，通风计算温度-5.0℃，供暖计算温度-11.0℃，平均风速5.8m/s，大气压力1013.8hPa。
2.2 室内设计参数
卖场：夏季27℃，60%；冬季20℃，40%。新风量20m3/(人.h)，A声级噪声小于等于45dB。商铺：夏季26℃，60%；冬季20℃，40%。新风量20m3/(人.h)，A声级噪声小于等于45dB。
3 空调系统设计
3.1 冷源和热源参数
3.1.1 空调系统总冷负荷为1038kw，空调冷负荷指标为150w/m2。冷水机房内设2台510kw的螺杆式冷水机组作为空调系统的冷源。空调水系统为一次泵变流量系统，供回水温度为6℃/12℃，冷水泵和机组一对一设置；冷却水供回水温度为32℃/37℃，冷却水泵和机组一对一设置。
3.1.2 空调系统总热负荷为500kw，空调热负荷指标为72.3w/m2。热源为城市供热管网提供的过热蒸汽(温度220℃，压力0.8MPa)，经过减压后(0.4MPa)由2台汽-水换热器转换为60℃/50℃的热水提供给空调系统。
3.2 空调风系统设计
3.2.1 超市卖场部分结合防火分区设有4个空调系统，为单区域变风量系统(在定风量空调机组上加变频器，使空调系统变风量运行)。空气处理机回风混合段上设最小新风和过渡季新风两个入口，每个空调系统均对应设有1台变风量排风机，通过调节新风量和排风机的风量，可以使空调系统实现新回风混合运行和全新风运行。送风采用散流器上送风方式，回风通过百叶风口集中回到空调机混合箱内。卖场空调系统原理图见图1。
商铺部分设有3个空调系统，为节省机房的占地面积，空气处理机均为吊顶式空调机；3个空调系统共用1个新风系统，新风机组由箱式风机和粗、中效过滤器组成，新风机组采用变频控制，平时最小新风量运行，过渡季变新风量运行。商铺空调系统原理图见图2。
3.2.2 商铺的餐饮部分和卖场的面包房、熟食品加工等处均设有局部排风系统，总排风量约为40000m3/h，与平时新风量比较接近，所以局部排风系统还作为空调系统的平时排风系统。卖场和商铺还设有4个过渡季排风系统，排风量均为22000m3/h，过渡季排风机均设有变频器，由室内外压差控制器控制排风量。
3.2.3 空调系统的外区(外门等与室外相通的部位)设吊顶式空调机来承担这些部位冬季的热负荷。
3.2.4 超市办公部分采用多联机(热泵)空调系统，夏季制冷，冬季供暖。
3.3 空调水系统设计
3.3.1 空调水系统采用两管制，同程式布置。夏季供回水温度为6℃/12℃，冬季供回水温℃/50℃，系统采用膨胀水箱定压。
3.3.2 冷水系统采用一次泵变流量系统，循环泵为变频调速水泵，最小流量设定为最大流量的60%；当负荷进一步减小时，设在供回水总管上的电动旁通阀开启，使流过蒸发器的水流量不低于最大流量的60%。
3.4 自控系统设计
本工程采用直接数字式监控系统(DDC系统)，控制内容主要包括冷水机房、空调机组和过渡季排风机的控制。冷水机房的控制主要为一次泵变流量控制，空调机组的控制主要为送风温度和室温控制，过渡季排风机的控制主要为恒压差控制。
3.4.1 一次泵变流量系统的控制
本设计采用一次泵变流量水系统，当空调负荷变化时，DDC控制器根据设在末端装置上的压差传感器发出的信号，控制变频器的频率来改变冷水泵的转速，以减少耗电量。当系统水流量降低到最大流量的60%时，设在管路上的电磁流量表将流量信号传到DDC控制器以恒定变频器的频率；当负荷进一步减小时，DDC控制器开启旁通管上的电动阀以保持系统的压差不变。
3.4.2 空调机组的控制
本设计空调机组采用变风量运行(单区域变风量系统)，其控制系统由送风温度控制系统和室温控制系统组成，送风温度控制系统由设在送风管上的温度传感器、DDC控制器和电动调节阀组成。当负荷改变时，DDC控制器根据温度传感器的信号控制盘管出水管上电动调节阀的开度以恒定送风温度，本设计夏季送风温度为17℃，冬季送风温度为16℃。在过渡季DDC控制器控制新、回风阀的开度来调节新回风比以控制送风温度。
室温控制系统由设在送风管上的温度传感器、DDC控制器和变频器组成。当室温改变时，DDC控制器控制变频器的频率来改变送风量以恒定室温。当送风量减少到设计风量的50%时(最小送风量)，如室温再降低，DDC控制器将重新设定送风温度(提高1℃)以避免室温进一步降低。
4 空调系统运行调节分析
商场由于早、中、晚三个时间段以及节假日的客流量不同，所以空调系统的负荷也不同，因此该项目空调系统采用变风量运行以减少风机运行能耗。另外系统具有全新风运行功能，可以利用晚间和过渡季温度较低的室外新风供冷。
4.1 夏季空气处理过程
夏季空调系统变风量运行，采用恒定送风温度、改变送风量的方法控制室温(夏季空气处理过程见图3a)。当空调负荷减小时送风量随之变小，空调系统的新、回风阀应作相应的调节(改变新回风比)，以保证新风量不随送风量的减少而减少。图4a中C%点为最小风量时(最小风量为最大送风量的50%)的新回风混合点，虚线为空调系统最小风量时的冷却过程。 4.2 冬季空气处理过程
空调系统冬季和夏季一样变风量运行，采用恒定送风温度、改变送风量的方法控制室温。由于商场设在地下1层，周边被库房、设备用房和其他房间包围，冬季围护结构的耗热量很小，主要为通过顶棚向地面的传热。通过计算，这部分的耗热量小于人体、灯光以及食品加工等产生的热量，所以在冬季超市仍然存在冷负荷，因此空调系统冬季需要向商场内区供冷。该项目空调系统利用室外新风为内区供冷。考虑到超市的余湿量较大，所以冬季不考虑加湿。
冬季空气处理过程见图3b。室外新风和室内回风混合后，经过空调机加热到O点送入室内，因为O点的送风温度(16℃)和含湿量均低于室内温度和含湿量，所以可以消除室内的余热和余湿。由于不加湿，室内外空气混合点C的含湿量应等于送风状态点O的含湿量，因此设计中应根据送风状态点来确定混合点C，求出冬季新回风比(最小新回风比)，并以此校核新风量是否满足最小新风量的要求。本工程冬季新回风比(42%)大致和夏季相同，因此空调系统可以和夏季采用相同的新回风比。
4.3 过渡季空气处理过程
该项目的空调系统具有全新风运行的功能，可以充分利用过渡季和夏季夜间室外新风的冷量为商场供冷，减少开启制冷机的时间，节省运行费。根据项目所在地区的气象条件，结合商场的特点并考虑到当地的习惯，本设计将过渡季划分为3个阶段，在这3个阶段中采用不同的新风量，使室内参数在允许的范围内变化。
4.3.1 第一阶段(室外温度tW<15℃，含湿量dW<9.6g/kg)：这一阶段大约对应于4月1日至5月1日和10月15日至11月15日这两个时间段。在这一阶段室外空气温度和相对湿度均较低，空调系统只需提供部分新风就可以消除室内余热。为此空调系统采用定风量运行，送风量为系统最大风量，DDC控制器根据室外温度的变化调节新、回风阀开度(新回风比)使送风温度恒定在16℃。这一阶段室内温度保持不变(约22℃)，相对湿度在30%～60%之间变化。
4.3.2 第二阶段(15℃
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