改善大型超市卖场室内空气品质的探讨

关键字：室内空气品质,二次污染,大焓差直冷式,屋顶新风机组,全新

内容摘要：在后“非典”时代，人们更关注大型超市卖场室内空气品质恶化的问题，从而引发对其传统空调系统的反思。本文从空调处理方案、设备选用、室内气流组织等方面提出一种新的适用于大型超市卖场的空调设计方案，以期改善大型超市卖场的室内空气品质，供共同探讨。

1.问题的提出

一场突如其来的SARS风暴袭击了中国，它给商贸旅游带来巨大的冲击，也带来更多的反思。作为近几年刚在国内登陆的一种新型的商贸形式——大、中型超市，以其轻松的购物环境，齐全的购物品种、合理的商品性价比，日益被中国广大消费者接受，尤其是在我国加入WTO后，大、中型超市在国内得到迅猛发展，以苏州为例就有欧尚、家乐福、百润发等六七家大型超市如雨后春笋迅速掘起，令人刮目相看。同时人们也发现大型超市卖场内的空气品质问题同样不能令人忽视。在“非典”时期超市也理所当然受到巨大冲击，目前SARS风暴虽然已过，如今人们在超市内购物不但关注其外部购物环境，也更注重其内部的空气质量环境，毕竟健康第一。因此要使大中型超市健康发展，就必须控制和改善其室内空气污染，切实提高室内空气品质。

大、中型超市既是一种商贸企业，又与传统的百货商场有区别。首先，大、中型超市的建筑层数少，单层面积大（数千至上万平方米），尤其是开设在城乡接合部的大型超市通常只有1—2层，底层为车库、部分商业用房，二层是主要售货区（大卖场）。所以屋顶的传热是主要的建筑冷负荷，其峰值在16：00—19：00，并与人流的峰值时间相仿。同时四周封闭结构居多，室内照明强度大，所以单位面积冷负荷较大。其次，大型超市通常以低价促销、免费班车购物等手段吸引大量、较稳定的客流，所以人流密度较大且较稳定，停留时间较长，购物量较大，相应的人员的活动量较大，散热、散湿量和散发的CO₂及气味较大。其三，大型超市的售货区分用品、食品两大类。在食品区包括的范围较广，有包装食品、冷柜食品、生鲜食品、蔬菜水果、熟食品、面包房等，在加工、销售过程中会散发各种气味；在用品区由于开架、大密度的堆放某些家用日化产品如塑料、皮革、化纤、装饰建材及洗涤、化妆品等会散发各种挥发性的有机物（VOC）。同时由于超市一般各售货区均无隔断，导致各类气味混杂，而在高货架区通风不良，更使室内空气品质恶化。为此，尽管超市提供了符合设计的新风量，但很多顾客仍抱怨大型超市卖场内空气令人胸闷、烦躁、难以忍受。

2.目前大型超市卖场的空调系统与利弊

在SARS流行其间，对重点建筑和大型建筑的中央空调系统进行消毒、灭菌或停用等应急处理以确保人员的安全是完全必要的。在后“非典”时期应重新反思传统的中央空调的设计及管理问题。首先对一般建筑的空调功能要定位，其服务的对象应为健康人群而不能苛求其承担防治或隔断非典传播的重责。但是空调系统除控制热湿环境外，室内空气品质更应引起高度重视。空调系统要提供足够的新风、合理的气流分布以便能够稀释和清除人员和商品释放的各种污染物，并确保杜绝系统本身的一、二次污染，从而有效地改善室内空气品质问题。

目前大型超市的空调形式主要有两种，即采用组合式空调机组的集中式全空气系统和新风机组+室内吊顶空调机组的半集中式水—空气系统。前者新、回风在组合式空调机组内按一定比例混合后经过过滤、热、湿处理后用集中的风道送到售货区吊顶内通过散流器或矩形风口向下送到室内。其优点是回风的过滤较好可采用中效过滤器能过滤大部分的尘粒，热、湿处理完善，当采用双风机时在过渡季节能全新风运行，可大大改善室内空气品质；缺点是新风须混合回风，影响新风的送风质量；机房、送回风管占用大量的空间；风机动力消耗大。后者新风单独在室内的新风机组内处理到室内空气的等焓状态或等湿状态送到吊顶内的风口，大部分的回风在室内经吊顶式机组就地处理后送到室内，新、回风可单独送风也可混合送风。其优点是不要空调机房，风管占用空间小；风机动力消耗小；缺点是吊顶式空调机组回风过滤差，新、回风机组均为湿工况运行，表冷器、凝水盘易产生二次污染，过渡季节不能全新风运行。另外目前一般均为吊顶上送上回送风系统，由于大型超市层高在5—7m，吊顶高度在4m以上送风不能直接送到人的停留区域，易产生短路。由此可见目前大型超市的空调系统在气流组织，防止二次污染，改善室内空气品质等方面都存在疏漏，极待改进。

3.大型超市卖场的空调形式的探讨

3.1 空调设计指导思想

笔者认为大型超市的空调系统要能承担改善室内空气品质，创造舒适健康环境的功能，就应着重注意以下几点：1）采集品质良好的新风，新风量不得低于卫生标准。过渡季节全新风运行2）回风应设置中效过滤器，确保回风过滤效率。3）避免空调机组湿工况运行时换热盘管、凝水器及其水封、过滤器的积尘和存水形成的一次污染并由此产生的二次污染（微生物污染）。4）合理的气流组织，新风尽可能就近送到人员活动区，并配以合理的排风系统，以尽量满足人的排热、排湿、排除CO₂及室内其它污染物的需要。

为此笔者综合两种传统的空调形式，扬长避短提出如下的空调系统方案供讨论：采用独立的直冷、热泵式屋顶新风空调机组，表冷器在正压端运行并由新风承担全部湿负荷和大部分冷负荷；室内设置带中效过滤器的吊顶式空调机组处理回风，夏季干工况运行，过渡时期另设集中新风管与吊顶机组进风口相联，通过风阀切换，实现全新风运行；参考独资企业的一种屋顶机组悬挂式垂直送风管和其上的多面送风装置，将新风从2.8---3米的高度就近送到人员活动区。排风则与排烟合用一个系统，采用双速风机，平时冬、夏季低速运行排风，过渡季节配合全新风运行高速排风，火灾时高速运行排烟。在南方地区冬季只需新风机组热泵供热即可满足需要。

3.2 设计举例

以下以江南地区某二层大型超市的二楼售货区（大卖场）的一个防火分区为例，面积4000m²，吊顶高4.5m。

A） 室内、外设计参数。

参照国外超市只要求室内、外温差5℃即可，为降低冷负荷，取室内温度28℃，相对湿度60%；室外空调设计温度34℃，湿球温度28℃，每人新风量20m³/h

B) 确定室内冷、湿负荷及热湿比。

根据计算每平方米的负荷如下：

室内人流密度：0.5人/m²

建筑冷负荷：40 W/m²

照明及设备：30 W/m²

人员冷负荷：182*0.89*0.5=81 W/m²

人员湿负荷：203*0.89*0.5=90.3 g/(h* m²

新风量：L_x=10 m³/(h, m²)

新风冷负荷：q _x=83W/ m²

室内总冷负荷：q =151 W/ m²

空调总冷负荷：q_Z=234 W/m²

室内热湿比=(151/90.3)*3600=6000kj/kg

C) 空调处理方案如下：见图1 i-d图

图1 i-d图

图中：

N—室内状态 t_n=28℃ φ_n=60%

i_n=65kj/kg d _n=14.3 g/kg

W—室外状态 t_w=34℃ t_W ˊ=28℃

i_W=90 kj/kg d_W=22.7 g/kg

O—理论混合送风状态 t _o=20.3℃ φ_o=82%

i_O=51.5 kj/kg d_o=12.2 g/kg

L—新风机器露点t_L=11℃ φ_L=90%

i_L=30 kj/kg d_L=7.3 g/kg

M—回风送风状态t_M=20.5℃ φ_M=95%

i_m=57 kj/kg d _M=14.3 g/kg

S—新风送风状态t _S=20.0℃ φ_S=50%

i_s=39 kj/kg d _S=7.3 g/kg

N→O为室内热湿比ε=6000kj/kg

单位面积送风量L =q*3600/1.2( i_n- i_O)

=33.5 m³/(h, m²)

单位面积回风量L_h =33.5-10=23.5 m³/(h, m²)

N→M回风干式冷却 △i₁=65-57=8 kj/kg

W→L新风减湿冷却 △i₂=90-30=60 kj/kg

L→S新风再热过程 △i₃=39-30=9 kj/kg

单位面积实际总冷量

q_Zˊ=（L_x*1.2*△i₂+L_h*1.2*△i₁）/3600

=264 W/m² ＞ q_Z

单位面积实际再热量

q_R=L_x*1.2*△i₃/3600

=0.03KW/m²=30 W/m²

q _Zˊ- q _Z= q _R ∴计算正确.

D) 空调设备的选用

a) 新风机组：

由于新风处理的焓降大，析湿大，机器露点低，如采用一般的水冷式表冷器则进水温度要低于5℃,而且无法满足需用少量再热的要求，为此可采用独立冷源的直接蒸发式新风机组。新风通过蒸发器降温减湿，取部分冷凝器（冷凝器Ⅰ）作为再热器对降温除湿后的空气加热以保证要求的送风温度和相对湿度，另一部分冷凝器（冷凝器Ⅱ），则靠排风和室外空气共同冷却。这样一来既省去再热器又降低冷凝温度提高了机组的COP。冬季热负荷较少，必要时用冷凝器Ⅱ热泵运行，提高新风送风温度。目前国内已有用于洁净手术部的大焓差直冷新风机组（双级过滤、表冷器在压出端），笔者认为在此基础上设计开发满足上述要求的屋顶直冷新风机组是没问题的。新风系统风量、冷量为：

L_X=10*4000=40000 m³/h

Q_X=10*4000*1.2* △i₂/3600=800KW

选用8台新风机组，每台5000 m³/h，100 KW

b) 室内吊顶机组：

风量 L_H=23.5*4000=94000 m³/h

冷量Q_H=23.5*4000*1.2*△i₁/3600=252KW

选用8台吊顶机组，每台11750 m³/h，冷量31.5 KW。机组为干工况冷却，处理焓差仅有8KJ/Kg可采用15—18℃的冷水，表冷器排管2—3排即可，但应增加中效过滤器。

室内的换气次数n=（L_X+L_H）/V=7.4次/时

c) 排烟机组：

大型超市人流密度大，通常为封闭结构居多，火灾隐患多，设排烟系统并与排风合用。考虑不同售货区分别排风，共设计4台排烟风机，每台控制5—6个防烟分区，最大防烟分区为250 m²，则每台风量为120*250=30000 m³/h，配双速电机，高速（1450 r/min）为排烟风量及全新风运行时的排风量，低速（750 r/min）为冬、夏运行时的排风量：30000*0.5=15000 m³/h，并经调节到9000 m³/h。这样一来全新风运行时，送风量134000 m³/h，排风量120000 m³/h；冬夏运行时，新风量40000 m³/h，排风量36000 m³/h，基本满足风量的平衡。

E）送、排风管及室内气流组织

新风经屋顶机组进入吊顶内水平风管通过若干垂直悬挂风管向下送风，由于送风温度较高（20.3℃高于室内空气露点）不应响舒适感。在低货架区（高度小于2米）垂直送风管高度2.8—3米，可在风管下部多面用活动百叶风口送风,见图2。对于冷柜或蔬菜、水果区，可将活动百叶风口平送风，避免送风直吹货物，而其它区域，可将活动百叶风口侧下送风。这样均确保新风直接送入人员活动区。在高货架区，送风管高度略高于货架，采用圆形喷口或旋流风口向下送风，风口尽量设置在货架间的购物区。考虑超市售货区的调整，如能将垂直悬挂风管设计成可拆卸的活动风管则更方便。

回风经吊顶机组处理，主要用于负担建筑（屋顶）和照明的显热负荷。送风口为常用的散流器或百叶风口或旋流风口。送、回风口均设置在吊顶高度。机组统一设置于某侧，以便设置集中的新风管并与每台机组的进风口的新风阀相连接，新风管一端或二端通过屋顶或外墙取新风。通过切换机组进风口的回风阀、新风阀，实现冬、夏季全回风及过渡季节的全新风运行。

图2 垂直悬挂送风管

排风（烟）管设置于送回风管的上部，分别按要求设置排烟口及两组排风口。其中甲组设于新风送风区域。排烟（风）风机安置在屋顶，其进口设280℃关闭的排烟阀，出口设三通及相应的控制阀门，火灾时烟气排到室外，排风时就近排到相邻的两台屋顶机组的冷凝器Ⅱ进风口。平时排烟口关闭，冬夏季节打开甲组排风口，过渡季节打开两组排风口。火灾时关闭所有排风口，按指令打开相应的排烟口。

4.结语

综上所述，笔者认为与传统方案相比，本方案有如下的优点：1）新风就近快速送到人员活动区，在不增加新风量的情况下，增加其通风效能，明显改善人员活动区的空气质量；2）新风机组表冷器在正压端，室内机组干工况，杜绝大量湿表面产生的二次微生物污染；3）在过渡季节通过新风机组、室内机组、排烟机组的联合运行也能实现全新风运行。4）排烟和排风系统有机结合，提高系统的利用率，既保证平时送、排风风量平衡，使室内空气通畅；又确保火灾时排烟机组及时起动排烟。5）与全空气系统相比，节省空调机房（也大大减小冷水机组的容量），送回风管路相对简单，风机动力消耗较小，并能满足其功能。

本系统不足之处及尚待解决的问题：1）由于新风承担全部湿负荷及大部分冷负荷，去焓、去湿量大，机器露点低，为提高送风温度采用再热，虽然利用冷凝器（Ⅰ）的热量，但加大新风的负荷，使每平方米冷负荷增加30W。2）由于采用垂直悬挂送新风管，对于高货架的调整会带来不便。3）大焓差（60kj/kg）热泵式直冷屋顶新风机组的优化设计、制造及大量屋顶机组的运行管理问题等。

以上对大型超市的空调设计提出一些新的设想，以期改善大型超市的室内空气品质，创造绿色健康的购物环境，抛砖引玉，以期专家、同仁共同探讨。

除湿机