大型购物中心的设计指南

为了为大型购物中心正确选择适用的暖通空调系统(HVAC),通常需要考虑建筑的规模、几何形状、所需空调的空间分布、白昼使用情况和时段、自然采光系数以及最重要的不透明结构和反射结构的热物理特性。此外,还应考虑顾客的舒适感,显然对于这一点的关注远超过对其余应用条件的考量。因此,应当概要地考虑以下几个要点:

  • HVAC 系统保证能够实现的潜能。
  • 除了能够采用不同的一次能源之外,可以利用各种传热介质实现供暖供冷。
  • 免费向室内供暖。
  • 暖通空调设备的设置位置、功能和人机工程学特点。
  • 通风空间布局,包括风道穿越的钻孔形式。
  • 当前生效的标准规范。

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正如 prUNI 10339:2014的规定,在这些标准规范中,还应增添适应休息区(美食广场)通风需要相当大的新风流量。此外,若有吸烟区,则表明需进一步关注与户外空气交换的问题。

设计准则以及冬夏季节的热能需求应根据最近颁布的UNI TS 11300:2014而定。然而,在美国,却可参照 ASHRAE 标准90.1:2013针对商业建筑确立的有效基准。因此,需要始终与当地规范进行对比,以求正确地确定对结构保温和设备效率的要求,以及卫生常规监测(ASL)和消防安全的指标。

最后,还需明确实施对设备系统的环境评价,特别关注噪声、污水、中水和污染空气的处置。

环境气候条件

因为在购物中心内部同时存在着很不相同的商店和部门,所以同样需要确保不同的温湿度条件。美食广场(快餐、饭馆等),食品超市(包含不同需求区域,如冷柜区和不易腐败的食品展柜),杂货店等其需求各不相同,而且常常不一致,甚至即使营业时间相同。在这种场合,客户所提出的要求之一,就是精确核算供暖供冷成本。

可以根据UNI EN ISO 7730:2005、ANSI/ASHRAE 55:2013和ASHRAE 62.1:2013这几个标准,进一步获得更多的特定设计条件。

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此外,可以从美国采暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE)手册《2011年暖通空调应用》的第2章“零售设施”和第3章“商业公共建筑”及第5章“集会场所”的一部分,获得专业实践数据。然后,对于门厅来说,还需要更多的专业资料,因为它是购物中心中最典型、最具特质的构成部分。必须始终以两种思路看待门厅:既是发生火情时具有烟雾扩散高风险的环境,又是采用低能耗方案(通风、供暖、空调)的通风区。

另外,至少在一定等级的购物中心内部,倾向于在规定空间内栽种植物,甚至包括高大的树木和其它珍稀植物。这类区域要求特定的温湿度和照明条件,甚至对空气流速都有明确的限制,以防现有植物提前衰败或枯萎。

温度和湿度

该项目的冬季户外空气温度按照标准UNI EN 12831指定,相对湿度定为80%,而该项目的夏季户外空气温度和相对湿度应根据标准prUNI 10339:2014的附录 C 推断。

说到室内条件,需要引入运行温度这个概念,即室内空气温度与墙壁对室内居留人员的平均辐射温度之间的平均值。对于项目的冬季室内条件,规定运行温度的平均值为20℃,允许温差-/+ 1℃。夏季平均运行温度定为25-26℃,温差可为-/+ 0.5/1℃。

在ASHRAE手册《2011年暖通空调应用》中列出了项目的室内性能指标为夏季温度不超过27℃,冬季温度为21–23℃(与商店的类型有关)。然而,建议保持一定的运行灵活性,因为顾客的衣服穿着是与季节相应的,所以,对于一定的环境条件,购物中心内部可能会承受热应力条件。

对购物中心说来,舒适的条件常常与冷柜的能效冲突,以至于特别在夏季会建议将室内外温差限制在7℃以内。在冬季,建议室内温度不低于16-18℃,一旦低于该温度,冰柜就会出现空载结冰的风险。在夏季,相对湿度保持在55–65%之间(ASHRAE为45–60%),而在冬季则为35– 45%(ASHRAE为25 – 30%)。

室内空气质量

按照UNI EN 13779:2005的规定,室内空气质量可分成3级(高、中、低)。CO2浓度是室内空气质量的特征参数(表1)。为保证系统运行的经济性,通过测定空气质量参数(CO2),选好设备方案,确保只需交换最少量的新风。

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表1 – 室内空气质量

空气质量分类 根据UNI EN 13779:2008 室内空气与室外空气之间的CO2浓度(ppm)
IDA 1 ≤ 400
IDA 2 400 – 600
IDA 3 601 – 1000
IDA 4 > 1000

资料来源:附录A – prUNI10339:2014年,“植物气动冷却-分类,处方和性能要求进行设计和供应”

新风量

在新订标准prUNI 10339:2014中,针对所有商业活动,将人均新风量减少为7L/s(10-3m3 s-1)(表2)。ANSI / ASHRAE 62.1:2013推荐的最小人均新风量也同样有所减少,甚至直接减少为2.5/3.5L/s。

表2 – 外部空气的体积流量 qv,o,p(10-3 m3 s-1 per persona)

环境 室内空气质量
百货 – 地下室 8,75 7 5,25
店或百货公司 8,75 7 5,25
服装,鞋类,家具,光,花店 8,75 7 5,25
食品,制药 8,75 7 5,25

资料来源:prUNI 10339:2014

空气流速

在顾客活动区内测定平均空气流速,在夏季空调运行期间应为0.05–0.20m/s,在冬季供暖期间应为0.05–0.15m/s(表3)。

表3 – 风速值va (m s-1)

环境 供暖 制冷
在一般情况下,百货公司公共区域的商店 da 0,05 a 0,15 da 0,05 a 0,20

资料来源:prUNI 10339:2014

空气过滤

根据所需室内空气等级(高、中、低)和户外空气(新风)等级(高、中、低)决定空气过滤。在这种模式下,可以采用最低过滤效率M5-F8的过滤器(表4)。这种过滤器可能只安排一级或者接在其它低效过滤器之后。此外,建议参考当地卫生规范,而且往往有不同的评价方法。对于餐饮、快餐等区域,基本上始终有必要加用活性炭过滤器,用于清除异味和污染气体。

表4 – 预定最小过滤最终等级

环境 室外空气质量 最后的过滤器
室内空气质量
百货 – 地下室店或百货公司服装,鞋类,家具,光,花店 F7 M6 M5
F8 F7 M6
F8 F7 M6

资料来源:prUNI 10339:2014

噪声级

如今购物中心往往建在城外和远离住宅区的地方,其暖通空调设备的噪声级高于居住区允许水平。因此,必须遵照总法447:1995并根据土地用途类别规定的噪声排放限值,确定噪声级的限制值。

热负荷

在设计阶段,应当仔细研究建筑物的外形与朝向之间的关系,因为玻璃幕墙的面积占据了外墙总面积的25%-75%,所以外源性冷却负荷可能占总热负荷的30%-60%。为此,始终认为应将建筑物的外墙面积减少到最小程度。显然,这些建筑特征正是建筑师的责任,而非暖通空调设计师的控制目标,但是在项目启动阶段应将所有这一切都考虑周全。另外的重要负荷就是与拥挤度相关的通风所需的新风量(表5)。

表5 – 每单位面积的拥挤指数 ns (persone/m2

百货 – 地下室 0,2
店或百货公司 0,2
服装,鞋类,家具,光,花店 0,2
食品,制药 0,2

资料来源:prUNI 10339:2014

冬季,应当预供暖并加湿;夏季,需要供冷并除湿。采用交叉流空气换热器或转筒式换热器几乎始终是显著降低能耗的一种手段。在某些专门销售电子消费品和计算机的区域内,对照明、电视等敏感的热负荷可能会达到显著的数值。在这类区域,冬季始终应确保加湿。购物中心有一个特点,涉及对人体引发的热负荷的估计:人们处于小幅度的运动状态,因而产生的热辐射量大于办公室等场合静态活动时的典型值。而且,空气流速,尤其是廊道中的空气流速可能高于典型的舒适值。因此,购物中心的特点是人员活动比较积极,热辐射量较大,通风需求量也大。表6中列出了这种建筑结构中某些组成单元的热负荷估计值。

Tab. 6 – Carico termici stimato delle apparecchiature illuminanti e stima della richiesta di potenza frigorifera unitaria nei centri commerciali .

表6 – 用于冷却功率单元在商场内照明设备的热负荷和需求的估计,

环境 低负荷W m-2 中等负荷(W m-2 高负荷W m-2
  照明 制冷量 照明 制冷量 照明 制冷量
购物中心 32* 159 54* 238 97* 357
百货 – 一楼 38* 109 65* 154 67* 250
商店通用(非食品) 11 110 22 135 43 204
餐馆 16 250/278 18 313/385 22 385/476
*照明电功率指示的还包括其他电负载正常存在
†对整个系统显示出的单元的冷却能力

资料来源:Ashrae Pocket Guide

空调系统

在大多数场合,至少对于廊道和大厅来讲,上述通风需求涉及系统类型的选择。在这些场所,均采用全空气型空调系统而无替代方案。但是,这些系统可能演化出以下几种方案:

- 由冷冻水和热水两种回路构成的水暖系统供给的空气处理机组;

- 其规模能够提供大量新风的屋顶自主空调系统;

-由新风预处理机组和部分回风处理机组构成的分离式空调系统。这两种气流几乎总是在其第二个机组中混合,即使目前开始倾向于使这两种气流保持分离,直至将两种不同的气流引入室内。

当前,这些方案尤其是前两种方案也适用于大型销售场所,诸如超市及其他类似场所。只从门厅抽气换气,藉此调和室内空气并完成通风,对于美食广场、酒吧和餐馆的门厅来说,更有必要采用这种做法。除通风系统外,还规定安装排烟系统,除非这类场所不要求从屋顶排走烟气和废热。

然而,商店却适用不同的方案,它们除了新风之外还提供多种关键的替代选项:

- VRF 系统;

- 闭环水回路系统;

- 暖风机系统。

就水暖系统适用的制冷系统来讲,可以采用不同的策略以抑制购物中心的能耗:

  • 蓄冰系统。这种系统很重要,其优势在于白天时分不需要或部分需要制冷机组运转, 而在停电试验时基本如此,而由足够数量的微小功率发电机组维持设备系统的连续运行,以满足泵和风机的运行需求。此外,蓄冰系统最显著的长处在于可因此而减少总装机电功率(每月电费很少,电气柜的成本也减少了)。
  • 供暖供冷机组能够同时供应冷冻水和热水,且可分别控制温度。这些机组运行时的综合 COP 值(供冷+供暖)很高,故其应用特别有吸引力。
  • 当前所用的排风和进风之间的余热回收系统有3类:交叉流空气/空气型,转筒型,分离机组型(闭环型)。

应当为购物中心内的空调系统仔细探索余热回收的可能性,因为在冬春秋期间中心内部区域常常存在着几乎恒定的热量。在这种情况下,采用闭环水回路和VRF余热回收技术的系统就是高效的实用方案。而且,与别的系统方案不同的是,采用这种方案能够直接对耗电量计费。

在这种建筑结构中应用热电联产系统或者甚至冷热电三联产系统至今仍然存在争议,总之明显缺乏实践经验。微型汽轮发电机的出现确实使人可郑重考虑颠覆目前的空调系统概念,为利用机组自身排气余热的吸收式冷冻机组的应用开辟了更大的空间。

通风、IAQ 和空气分配

必须区别不同的应用,以求确定购物中心内部空气分配的特点。廊道的需求显然不同于商店、美食广场和快餐区。首先,在美国,似乎频繁地将直线型风口安装在商店上方墙壁上和廊道两侧墙壁上,而在欧洲却应用了各种空调终端:中/远射程的喷嘴,螺旋型风口(某些场合为垂直壁装型)和其它传统风口。然而,在购物中心的底层廊道中,置换排气系统可能是一种高度推荐的方案。将空气送向设置在屋顶近旁的循环构件和排风构件,同时使空气吹拂玻璃幕墙,这样在夏天可以减轻阳光辐射作用。应研究抽风构件的安装位置,以便有利于空气流动及其通风作用和对受光面的二次冷却。在门厅。安装适于排烟的理想风机,虽然其唯一的作用就是通风,但是对控制火情很起作用。另外,还安装了最传统的能自动开启的天窗。

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