兰州铁道设计院有限公司 甘肃兰州 730000
摘要：以兰州地铁迎门滩站地下空间物业开发为例介绍了地铁沿线站点物业开发工程暖通空调系统设计，主要包括设计参数、空调系统冷热源、冷热负荷、空调水系统、空调风系统、防排烟系统以及节能措施的设计，并对地下商业空间客流密度进行了分析。结合现行规范标准、并参照最新相关工程的论文成果，合理确定了兰州地铁沿线站点物业开发人流密度值。重点叙述了地下商业人员密度及新风量的确定，并对影响地下商业空调负荷的主要因素进行了分析。阐述了地下空间商场空调系统经济运行的主要条件及降低能耗的主要节能措施，总结了设计过程中的经验和体会。
关键词：地铁物业开发；暖通空调设计；客流密度；气流组织；节能设计
HVAC system design for Yingmentan property development in Lanzhou Metro
LU-Zhenxing
（China Railway First Survey And Design Institute Group Co.，Ltd.，Lanzhou 730000）
Abstract：Taking the underground space property development of the Lanzhou metro at Yingmentan Station as an example，presents the design of HVAC system for the site property development project along the subway，including the design parameters，cold and heat sources，cooling and heating loads，air conditioning water system，air conditioning ventilation system，smoke control and extraction systems and energy saving measures.Analyses the density of the customer flow in the underground commercial space.By means of the current standard and the results of the latest related projects，determines the customer flow value of the site property development along the Lanzhou subway；Focuses on the customer fiow of underground commercial and the determination of fresh air，and the main factors affecting the air conditioning load in underground commerce are analyzed.Expounds the main economical operation of the air conditioning system in the underground space shopping mall and the main energy saving measures for the energy consumption reduction，and summaries some experiences and lessons for the design.
Key words：The development of metro property；HVAC design；customer flow；Air distribution；Energy saving design
0引言
近年来，随着城市化进程的不断加快，城市可利用的土地资源日趋紧张，全国各大城市在既有的横向空间内尽可能的向竖向发展，因此高层建筑和地下空间的开发应运而生。像兰州这样两山夹一河的地形更是限制了城市横向空间的发展，城市轨道交通将影响范围内的可实施地块进行物业开发，在规划中做好商业与轨道交通的衔接，将大幅度提升城市居民出行及购物、休闲娱乐幸福指数，因此地铁沿线站点地下空间的开发具有一定的经济效益和实用意义。通风空调专业在地下商业工程投资中占有相当的比例，合理的暖通空调设计直接涉及到工程投资的经济性、合理性和商业环境的舒适性。这也对地下商业暖通空调系统的设计提出了新的要求，本文结合工程实例，对地铁沿线站点物业开发暖通空调系统设计作分析介绍。
1工程概况
兰州地铁沿线物业开发为地铁1号线迎门滩车站周边地下空间开发，迎门滩站附属开发位于兰州市安宁区银安路、富强路、万新南路交叉的三角地带。周边规划用地主要为办公及商住用地，道路交通便捷，地理位置优越。主体开发面积44722㎡，地下两层，工程投资5.52亿元。负一层为商场、餐饮区，面积21250㎡，负二层为商场、餐饮区面积22042㎡，地面紧急出入口、风口面积为1430㎡。车库为地下两层，位于迎门滩站物业开发区域的最北端，普通车库为103个。
2设计参数及冷热负荷
2.1室外主要气象参数
大气压力：冬季851.5hpa，夏季843.2hpa；夏季通风室外计算温度26.5℃；夏季空调室外计算干球温度31.2℃；夏季空调室外计算湿球温度20.1℃；冬季室外通风计算温度-5.3℃；冬季室外供暖计算温度-9℃；冬季室外空调计算温度-11.5℃。
2.2室内设计参数
表1 室内设计参数
2.3冷、热负荷（见表2）
表2 迎门滩站物业开发空调冷热负荷
3冷热源系统设计
3.1冷源
该工程空调区域为地下商场、超市、餐饮区，地下一层空调区域为8581㎡，地下二层空调区域为11835㎡。在工程设计前期方案阶段空调制冷冷源的设置按照常规水冷机组、直接蒸发冷却机组两种制式分析比较，考虑到地下商场冬季需要部分供暖需求，且夏季冷负荷较大，结合冷热源初投资和后期运营费用分析论证，最终采用热源接入集中热源、冷源为电制冷冷水机组。该工程空调冷负荷见表，空调冷负荷按照商场运行时间为09：00—21：30（《公共建筑节能设计标准》推荐空气调节和供暖系统运行时间为08：00—21：00，结合兰州地区其它商场运营情况，本工程设计按照09：00—21：30时间段计算）进行计算，选用2台水冷离心式冷水机组作为商场空调系统的冷源。单机供冷量为470RT（1653Kw），合计总供冷量为940RT（3306Kw）。冷水机组设于地下商场二层冷水机房内。冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵采用一一对应设置，冷冻水系统、冷却水系统设置1台备用水泵。冷却塔采用方形低噪音横流式冷却塔，设置于地面绿化带，冷却水供回水温度按为32℃/37℃设计。
地下变电室设置一套独立的单冷型多联机空调系统，电梯机房设置分体式空调器。
3.2热源
该区域在工程建设为止尚未形成市政集中供热，经与就近私营热力公司协商，热源接入就近私营热力公司热网。一次网热媒温度为95/70℃热水，地下一层设置换热站，换热机组为两台水——水板式换热器，单机供热量为1221Kw，合计总供热量为2442Kw。换热系统设置三台循环水泵，两用一备运行。通过换热站换热后提供55/45℃空调热水，空调系统可满足冬季地下商业空间供暖需求，卫生间、废水泵房预留电暖气插座。空调系统冷热源原理图见图
空调冷、热水系统均采用一次泵闭式变流量机械循环系统，
图1热源系统原理图
4空调水系统设计
本工程空调冷、热水系统均采用一次泵闭式变流量机械循环系统，冬、夏共用两管制，冬、夏季运行模式在制冷机房内切换。竖向管道采用异程式布置，地下一层水平冷水管采用异程布置，地下二层水平冷水管采用同程布置。空调水系统干管与主立管分支处回水管道上设静态水力平衡阀进行水力平衡；分层水系统分支环路回水干管设置手动调节阀。各空调设备入口回水管道上设电动两通阀或动态平衡电动调节阀配合自控调节水量。空调供、回水总管之间设计电动旁通调节阀，通过水系统干管上安装的流量传感器测得水系统的总流量，来控制旁通阀，使旁通流量加上负荷侧流量满足冷水机最小流量。要求冷水机组流量变化范围为50%~120%。空调冷水变频循环水泵由最不利环路末端压差控制。冷水机组的启停由测得总冷量控制，满足负荷侧的制冷量要求。
5通风、空调风系统设计
5.1商业区空调通风
地下空间商业特点为在顾客高峰时段人流密集、人流量大，空间相对封闭，空调房间负荷在一天内变化较大，主要影响因素为人流密度变化引起的人员发热量变化和人员所需新风量变化。地下空间空调负荷同地面建筑一样，由围护结构的热负荷、人员负荷、照明负荷、新风负荷及其他发热设备散热构成。新风负荷和人体散热量是地下商业空间主要的空调负荷，尤其新风负荷，按照目前我国现有新风量指标，计算得到的高密度人群建筑新风量所形成的新风负荷在空调负荷中的比重一般高达20%~40%，地下空间照明、设备、围护结构的负荷全年基本恒定。地铁站点物业开发受地下空间层数、人们乘车习惯、商业业态类型的影响，地下一层与地下二层营业区域人员密度差别较大，商场负一层的人员密度约为负二层的2倍，节假日期间人员密度应该较平时大，因此合理确定地下空间人流密度是确定空调系统设备的决定性因素。
根据《公共建筑节能设计标准》中商场建筑的人均占有的建筑面积推荐值为8㎡/人，结合本工程为地下空间的特点、现阶段相关科研成果，取9㎡/人确定人员密度。
针对商场、超市、餐厅等高密度人群建筑，《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》根据不同的人员密度范围，分别给出了每人所需最小新风量，商场、超市（PF＞1.0）15m3/（h·人）、餐厅（PF＞1.0）23m3/（h·人），《公共建筑节能设计标准》中商场建筑的人均新风量推荐值为30 m3/（h·人）。结合工程所在地实际情况按照平均35 m3/（h·人）计算新风量。
地下商业部分采用集中式全空气定风量空调系统，空调机房按照防火分区设置，每个空调机房设置2台承担相应区域空气处理的组合式空调机组。商场空调采用空调最小新风、全新风和变新风三种运行工况。典型工况空气处理过程为：
夏季工况：室外新风经过粗效过滤器与回风混合后再经净化杀菌装置、表冷器后由送风机送入商业区域，消除地下空间余热、余湿，给顾客创造一个舒适的购物、休闲环境。
冬季工况：室外新风经过粗效过滤器与回风混合后再经净化杀菌装置、空气加热器后由送风机送入商业区域，消除地下空间余热、余湿。
地下商业一般采用格栅吊顶或不设置吊顶，设计中气流组织采用上送、上回的方式。风口尽可能布置在通道或不被固定货架等遮挡的位置。送风口选用双层百叶风口，回风口选用单层百叶风口，有害物浓度较高的区域适当加密回风口，以便及时排除有害气体。
5.2变电室通风系统
变电室根据排除余热量计算通风量，设置送、排风系统，送排风口均采用格栅风口，气流组织形式为上送上排。
5.3其它通风系统
卫生间设置单独的排风系统，排风管路接至排风井排出地下空间；消防泵房、废水泵房合设排风系统，排风管路接入排风井，卫生间、设备房部分由设置于该房间下部设置的自然进风口引入。地下车库按照防火分区的划分，设置平时通风和消防排烟相结合的通风排烟系统，火灾工况送风系统转化为补风系统。
6防排烟系统设计
6.1防烟系统
防烟楼梯间设置加压送风系统，送风位置为防烟楼梯间（前室不送风）。防烟楼梯间送风余压值不小于50Pa。加压风机设置于楼梯顶部，火灾工况时启动加压送风机，通过防烟送风竖井对防烟楼递间进行加压送风。防烟楼梯间设置压力传感器，控制相应加压送风机出口处的旁通泄压阀，调整楼梯间的余压值。
消防电梯前室设消防加压风机，火灾工况时从室外引入新风，送入各消防电梯前室，以保持前室正压，防止烟气进入。加压风机设置于楼梯顶部，通过加压竖井对消防电梯前室进行加压。电梯前室设置压力传感器，控制相应加压送风机出口处的旁通泄压阀，调电梯前室的余压值。
6.2 排烟系统
地下商场根据防火分区划分的范围设置排烟系统，每个防火分区划分为若干个防烟分区，排烟风机单独设置，排烟系统与平时通风系统共用风管，排烟量按最大防烟分区面积每平方米不小于120m3/h计算。排烟口采用单层百叶风口（带280℃全自动排烟防火阀），平时排风工况下，排烟防火阀全开；火灾时，全部排烟防火阀自动关闭，起火点所在防烟分区及起火点附近远离疏散口的另一防烟分区的排烟防火阀再自动开启，同时连锁启动排烟风机排烟，其他无关防烟分区的排烟防火阀仍保持关闭，以保证排烟系统排烟量。烟气由风管集中后，通过排风竖井排至排至室外地面。排烟时，每个防火分区的平时通风系统柜式空调器兼作为消防补风机送风机自动进入排烟补风模式运行，补风量不小于排烟风量的50%，火灾时由消防电源提供动力运行补风。火灾工况下，送风机房回风管的电动风阀自动关闭，以保证全部引入室外新风，避免烟气通过回风口进入机房。
地下汽车库设消防排烟系统（兼平时排风系统）。根据防火分区的范围及人防分区的范围，每个防火分区为一个系统，各有排风竖井。排风机采用离心式排烟风机。火灾时，烟气由风管集中后，通过排风竖井排至地面室外。排烟量按照6次/h换气次数计算，同时设置补风系统，补风量按照5次/h换气次数计算补风。车库排烟系统采用平、消结合的排烟系统，排烟风机选用双速风机，平时通风，风机根据车库CO浓度控制。火灾时，风机由消防电源提供动力运行排烟，其他无关排风设备均自动关闭；排烟风机设就地控制和消防控制中心控制两种形式。
变电房设气体灭火装置，送风及排风支管设有电动防火阀，排风机内外分别设置开关，平时常开，火灾时自动关闭，以使房间密闭，并启动气体灭火装置。待确认火灾已被扑灭后，自动或手动启动起火点所在房间的电动防火阀，并启动排风机和送风机进行通风，通过通风系统将有害气体直接排出室外。
7节能
7.1一级泵变流量冷水系统
空调冷水系统采用一次泵变频变流量机械循环系统形式，当空调系统负荷侧冷负荷需求降低时，通过变频器改变冷水泵的转速，减少冷水流量供应，从而使得冷冻水泵的运行能耗得以降低。空调冷冻水采用一次泵变频变流量系统，在满足多工况、多变化要求的同时，根据负荷变化进行节能控制，以减少运行能耗。
7.2空调系统变变新风运行
空调系统人员数量及设计新风量根据类似工程调查和查阅相关文献，取值尽可能接近实际使用参数。空调系统在运行中新风量可根据设定值在最小新风量和全新风运行模式区间运行，商业区域设置CO2浓度传感器，根据实时的CO2浓度来确定实时送入地下空间的新风量，可以保证在满足卫生要求的条件下尽可能减少新风的送入，有利与节省新风的运行处理能耗。充分利用自然冷源，当室外空气焓值小于室内空气焓值时，采用全新风模式运行，这不但可以减少新风耗能量、缩短冷水制冷机组的运行时间，而且还可以改善室内环境的空气质量。
7.3 其它节能措施
板式换热机组带变频控制柜及气候补偿器，一次侧设电动调节阀，二次侧循环泵及补水泵采用变频控制，可根据室外气温变化，自动调节二次侧供水温度或流量，并根据二次水回水温度控制循环泵变频运行，降低循环泵运行能耗。
8结语
近年来，我国各大城市地铁建设运营线路及运营规模在不断加大，各个城市目前所关注的重点也开始逐步从地铁建设的政治效益转向地铁建设的经济效益，其中最明显的就是对地铁沿线的土地进行综合开发利用。地铁沿线主要集中在主城区，地上较密集，因此往往地铁沿线站点物业开发为地下空间开发，地下空间商业不同于地面建筑，影响通风空调的决定性因素是人员的发热量及与室内人员密切相关的新风量。合理确定地下商业的人员密度与人员所需最小新风量至关重要，地下空间工程本身的投资大，就需要进一步挖掘通风空调节能潜力的空间。地铁站点物业开发设计时，通风空调专业要与相关专业密切配合，做好通风空调系统机房的合理配置、各设备的连锁与自控，达到通风空调设备布置合理、运行可靠、节能。通风空调专业要保证为地下空间提供量良好的商业购物空气环境，就要合理确定各初始计算参数、合理设计气流组织、准确设定通风空调系统运行模式。
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作者简介：陆振兴（1987—），男，工程师，2010年毕业于兰州交通大学建筑环境与设备工程专业，双学士学位，主要从事暖通空调设计工作，E-mail：luwolong@126.com。
论文作者:陆振兴
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年7期
论文发表时间:2019/7/22
标签：地下论文; 空调论文; 负荷论文; 系统论文; 商场论文; 排烟论文; 新风论文; 《建筑学研究前沿》2019年7期论文;