1 项目概况
1.1 改造前工程概况
杭州国际博览中心为一类高层建筑，总建筑面积约84万m2，其中地上建筑面积54.4万m2，该工程为大型展览､会议酒店､办公､商业综合体。其会议及会展中心部分建筑高度为44 m，地上4层且局部夹层；自西向东分为1~5区，1区为会议中心，2~5区为会展中心；北侧3栋上盖物业的建筑高度分别为72.0，84.0，99.8 m，前两栋为办公楼，后一栋为酒店；地下2层，建筑面积共计29.6万m2，其中地下1层为商业用房､车库､机房，地下2层为车库､战时人防空间。杭州国际博览中心实景如图1所示。
图1 杭州国际博览中心实景
1.2 改造设计内容
本次改造主要为满足G20峰会的使用要求，对原建筑的会议功能进行拓展及完善：增加迎宾落客区，将原建筑会展部分改造为主会场区､附属会议区及配套服务功能区，涉及改造的区域面积约为13万m2。暖通专业的主要任务为根据峰会对各种空间的使用要求和室内环境标准，对改造区域的暖通空调风系统､水系统进行重新设计和升级。
2 室内空调主要设计参数
室内空调主要设计参数见表1。
表1 室内空调设计参数
3 空调冷热源系统
杭州国际博览中心原设计建筑面积大､功能复杂，冷热源系统根据功能及管理分成了6个区域，分别是地下商业区､会议中心及城市客厅区､展厅及展厅连廊区､上盖物业A楼(甲级办公楼)区､上盖物业B楼(甲级办公楼)区､上盖物业C楼(高等级酒店)区，这6个区域设置了各自独立的制冷机房､换热站或锅炉房。本次改造设计根据G20峰会的使用需求，对原冷热源系统的分区进行了梳理，将改造区域划分为4个区域，其冷热源系统具体情况见表2，3。
表2 夏季冷源及空调冷负荷需求
表3 冬季热源、空调及地板供暖热负荷需求
改造后的会议厅及午宴厅区域夏季冷源采用冰蓄冷系统(本次改造未对此区域的冷热源系统进行调整，仅根据末端冷热负荷需求校核冷热源设备容量)，设置2台双工况离心式冷水机组，同时选用不完全冻结式蓄冰装置，冬季热源由燃气锅炉提供。
改造后的主会议厅及连廊区域夏季冷源采用常规电制冷冷水机组，共设置6台离心式冷水机组。本次改造设计根据峰会功能需求，增加冬季供热功能，热源仍由燃气锅炉提供，根据末端冷热负荷需求校核冷源设备容量及供热增容设备。
4 空调水系统
4.1 会议厅及午宴厅区域空调水系统改造设计
原设计中会议区及午宴厅区域空调水系统为两管制，采用一级泵变流量系统，水泵根据各管路末端压差变化变频控制，冬夏季循环泵分设。
此次改造设计根据峰会使用需求将空调水系统调整为四管制，仍采用一级泵变流量系统，根据末端水系统总流量及资用压力需求，重新校核及调整冬夏冷热水循环泵。
4.2 主会议厅及连廊区域空调水系统改造设计
原设计中主会议厅及连廊区域空调水系统为两管制，冬季不供热，系统采用冷源侧定流量､负荷侧变流量的二级泵形式，一级泵与冷水机组一一对应，二级泵根据各管路末端压差变化变频控制。
此次改造设计根据峰会功能需求将空调水系统调整为四管制，增设空调供热水管。水系统仍采用冷源侧定流量､负荷侧变流量的二级泵形式，但根据末端总流量及资用压力需求，重新校核及调整冬夏冷热水二级泵。
4.3 地板辐射供暖系统
会议区2层入口门厅､4层宴会厅及5层午宴厅设地板辐射供暖系统；地板辐射供暖系统的表面平均温度为24~26 ℃；地板供暖系统的每个环路，配置与系统特性相适应的调节性能可靠的远传温控阀。
4.4 空调水系统水力平衡措施
空调水系统采用异程式，各层水平回水干管接风机盘管的支路均设置动态压差平衡阀；各层空调､新风机组均设置动态压差平衡阀及电动调节阀。
5 空调风系统设计
本次改造区域空调通风系统形式见表4。
表4 改造区域空调通风系统形式
人员密集场所（会议厅､新闻发布厅､宴会厅､接待厅等）的全空气空调系统设置室内CO2浓度传感器，排风机根据室内CO2浓度变频控制排风量，从而进行新风量控制；过渡季节最大限度利用室外新风，最大新风比约≥70%。
1层新闻中心，3层外访人员工作间､听会室及安保中心指挥室等区域均为峰会临时使用区域，峰会后建筑功能恢复为展厅。因此，这2个区域的空调系统均利用原有展厅的全空气系统，但根据峰会期间的功能布局以及空调需求进行调整，峰会后恢复为原有的空调系统。
6 主会议厅空调系统设计
6.1 空调系统设置
主会议厅总建筑面积约为2 000 m2，为边长45 m的方正空间，层高14 m，吊顶下净高约为9 m。该会议厅为G20峰会最为核心的场所，有36个国家及国际组织在此会晤。为创造一个舒适､安静的会议环境，主会议厅采用全空气空调系统，共设置2台40 000 m3/h的组合式空调机组为该区域送风，空调机组的风机变频控制，以最大程度地实现节能运行。同时，空调机组设置粗､中效两级过滤处理设备和双级电子净化杀菌装置。
6.2 室内空调送回风方式
主会议厅空间高大且室内装饰宏大､精致，为配合室内装饰效果，同时保证室内舒适的空调环境，空调送风系统采用双层侧送风：1层侧送风口设于主会场四周墙体上部，风口高度约为7.95 m，采用温控自调节的格栅侧送风口，送风覆盖范围为主会场圆桌会议区周边外围区域；2层侧送风口设于主会场的环形圆桌区上空，利用顶部阶梯天花的高度空间，设置温控自调节的格栅侧送风口，风口高度为9 m，送风覆盖范围为主会场圆桌会议区。夏季空调送风温度为13.5 ℃，水平射流；冬季送风温度为23 ℃，温控格栅风口自动调节为斜向下15°射流。空调回风系统采用下回风的方式，回风口均匀设置在主会场周边墙体下方，并利用装饰性的铜花格作为回风口装饰面，保证了室内空间整体的装饰效果，空调送回风系统如图2所示。
图2 主会议厅空调送回风系统
6.3 CFD模拟辅助设计
为验证主会议厅空调气流组织的送风效果及室内舒适性，确定最佳的送风风速及送风角度，设计过程中采用CFD模拟技术模拟了室内气流组织，并不断进行修正和优化。主会议厅的CFD几何模型如图3所示。经模拟验证，主会议厅冬夏季气流组织极为均匀，领导人圆桌周边风速小于0.15 m/s，且温度在22 ℃左右，温度分布较均匀，实现了良好的舒适性。主会议厅冬夏季模拟结果如图4，5所示。
图3 主会议厅几何模型
图4 主会议厅0.9 m高度水平面夏季温度分布
图5 主会议厅冬季剖面速度分布
6.4 实测数据验证
在项目运行调试期间，对主会议厅的室内温度､相对湿度､风速､噪声等进行了测试，温度､湿度及风速测点布置如图6所示。测试结果如下：主会议厅室内平均温度为21.1 ℃，满足设计要求，室内温度分布均匀，温差在1.5 ℃以内；测试期间温度变化平稳(典型位置温度变化曲线（13：30—15：30)如图7所示）；室内平均相对湿度为67%，可能由于外门､外窗封闭不严的原因，稍高于设计要求。
图6 主会议厅温度、湿度及风速测点布置
图7 主会议厅典型位置温度变化曲线
7 午宴厅空调系统设计
7.1 空调系统设置
午宴厅位于建筑屋顶花园层，为直径60 m的半球形全玻璃幕墙建筑，建筑面积约2 500 m2，高度为23.5 m，该区域也是峰会的核心场所之一，峰会期间举办36个国家及国际组织领导人的峰会午宴。为创造一个良好的就餐环境，午宴厅采用全空气空调系统。因为是全玻璃幕墙的半球形大空间，午宴厅空调负荷及送风量非常大，共设置9台组合式空调机组，其中2台送风量为50 000 m3/h，7台送风量为30 000 m3/h。所有风机均是变频控制，以最大程度地实现节能运行。同时，空调机组设置粗､中效两级过滤处理设备和双级电子净化杀菌装置。
7.2 室内空调送回风方式
午宴厅空间高大而复杂，无法利用周边及顶部幕墙设置送回风口，给空调系统的设计带了极大的难度和挑战。为此，在设计过程中采用CFD模拟技术模拟了多种空调送回风形式，并不断进行修正和优化，寻求最佳的空调送回风方式。最终，经过反复比较方案并结合装修风格，实现了分层空调的设计。空调送风采用2种不同类型的送风方式：第1种是在午宴厅周边紧贴玻璃幕墙的位置，设置1圈空调地面送风口，以隔绝室外环境对室内空间温湿度的扰动；第2种是在环绕中心的环形就餐区均匀设置12根风柱，每根风柱上部（约6~7 m）设置温控型自调节鼓型送风喷口，以满足较远处（领导人环形就餐区）的空调覆盖，在每根风柱的底部，结合风柱的铜花纹，实现低速的空调送风，以实现风柱近处的空调覆盖。最大程度地保证了室内温度场及速度场均匀，让人感觉舒适的同时，又避免了空调的吹风感。
午宴厅夏季空调送风温度为16.6 ℃，风柱顶部鼓型送风喷口水平射流；冬季送风温度为25 ℃，风柱顶部温控鼓型送风喷口自动调节为斜向下15°射流。空调回风集中设置，共有2处，一处在午宴厅入口的侧壁上，另一处在午宴厅入口屏风墙的底部，这样分层环形送风及集中侧下回风的方式，既达到了节能的要求，同时也实现了最优的室内气流组织，午宴厅空调送回风系统如图8所示。
a 系统示意图
b 立柱送风剖面示意图
图8 午宴厅空调送回风系统
7.3 CFD模拟辅助设计
为验证午宴厅空调方式气流组织的送风效果及室内舒适性，设计过程中采用CFD模拟技术模拟了室内气流组织，并不断进行修正和优化，午宴厅的CFD几何模型如图9所示。经模拟验证，午宴厅冬夏季气流组织极为均匀，领导人环形就餐区周边风速小于0.15 m/s，且夏季温度在24 ℃左右，冬季温度在20 ℃左右，温度分布较均匀，满足了设计要求，保证了舒适性。午宴厅冬夏季模拟结果如图10，11所示。
图9 午宴厅几何模型
图10 午宴厅0.9 m高度水平面夏季温度分布
图11 午宴厅冬季剖面速度分布
7.4 实测数据验证
在该项目运行调试期间，对午宴厅的室内温度､相对湿度､风速､噪声等进行了测试，温度､湿度及风速测点布置如图12所示，测试结果如下：午宴厅室内平均温度为22.8 ℃，满足设计要求，室内温度分布均匀，最大和最小值温差在1.5 ℃以内，满足（23±1）℃控制要求；测试期间温度变化平稳，典型位置温度变化曲线（14：30—16：30）如图13所示；室内平均相对湿度为63%，稍高于设计值。
图12 午宴厅温度、相对湿度及风速测点布置图
图13 午宴厅典型位置温度变化曲线
8 设计总结与体会
对于精装设计和室内装饰效果要求很高的高大空间，此次暖通空调设计在保证空调系统使用效果的前提下，与精装设计结合，达到了使用功能与精装效果的统一。
高大空间的空调送风方式在暖通空调设计中一直都是需要着重考虑的重点，在常规顶送风难以实现的情况下，通过合理布置和选择送风口，采用分层侧送风､地面送风和风柱送风相结合的方式，不仅实现了分层空调的节能设计，也达到了良好的空调效果。
随着CFD模拟技术的应用越来越广泛，在暖通空调设计中利用CFD技术对高大或复杂空间进行气流组织模拟，已成为设计中常用的手段，不仅可以帮助设计人员针对不同空调送回风方式进行比较，以确定最优方案，而且能模拟空调区域的速度场和温度场，验证空调系统的舒适性。
在满足峰会使用需求的前提下，本次改造设计中尽量利用了原有的冷热源系统和设备，优化并提升原有空调通风和空调水系统的使用功能，最终达到了业主高标准､高安全性､保障性及舒适性的要求，同时也节省了改造费用。
2016年9月6日杭州G20峰会圆满落幕，空调通风系统在峰会期间运行良好，室内各空调区域均达到了设计要求，为峰会成功举办创造了舒适的室内环境。
全文刊登于《暖通空调》2017年第12期
作者：北京市建筑设计研究院有限公司 曾 源 王 毅 胡 宁 韩兆强
杭州市建筑设计院有限公司 李光华
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