北京某办公楼空调设计

邹顺

成都惟尚建筑设计有限公司 

摘要  北京某办公楼办公室和会议室均采用了全空气变风量空调系统（VAV），本文介绍了空调系统的设计、冷热源、通风及防排烟设计及自动控制。

关键词  变风量（VAV） 节能  气流组织   排烟   控制   

1、前言及工程概述

随着我国经济的发展，许多国外先进的、成熟的空调技术引起了我国各地的高度重视和应用。变风量(VAV, Variable Air Volume)空调系统在20世纪60年代诞生于美国，因其节能显著、易于多边控制及舒适而在20世纪70年代盛行于美国、日本。近年来，由于国内定风量系统和风机盘管系统都暴露出了一些缺点：一是定风量系统的一个送风参数不能满足不同房间的要求；风机盘管系统存在凝结水污染和霉菌问题。二是空调系统大部分时间在部分负荷下运行，变风量系统可使风量减少，从而降低风机能耗。因此，近来工程师们又把目光转向了变风量系统。本项目经与业主讨论决定，办公室及会议室均采用变风量系统，实验室由于负荷稳定而采用风机盘管加新风的形式。

北京某办公楼位于北京市朝阳区来广营，邻近首都国际机场公路、四环路和五环路之间。本项目作为某国际知名公司的总部和科研开发中心（见图一），该建筑总建筑面积为91571.7m2，建筑高度为75～80m。主要功能为：建筑地下一层为车库，约30919.7 m2，地下室A、B区为人防区域，主机房位于地下室B区；地上部分A区塔楼为十六层，作为办公室使用，裙楼B、C、D区均为三层，高度约为20m，C、D区一层为实验室，B区一层为厨房和餐厅，B、C、D区二、三层作为办公室使用。本工程现在已经建成并投入使用。

   图一  北京某办公楼效果图

2、空调系统设计

2.1 空调冷热负荷

冷冻水由地下室直燃机提供,供回水温度7/12℃。热水由地下室直燃机提供,供回水温度60/50℃。夏季总冷负荷8500KW，冬季热负荷4800KW，冬季冷负荷2050KW，冬季冷负荷由地下室直燃机提供。单位面积（建筑面积）冷指标120w/m2，热指标70 w/m2。

2.2 室内设计参数（见表一）

  表一  室内设计参数

2.3 空调系统介绍

2.3.1   根据建筑的特点，本次设计办公室、会议室采用全空气变风量空调系统（VAV），以距离外窗墙约5米范围内的区域为外区，空调系统的划分，主要考虑业主的使用功能要求，同时兼顾节能和管理方便, 因此分系统相对集中设置空调机房和空调系统。外区采用带加热盘管的串联风机动力型变风量末端装置（FPB），内区采用不带加热盘管的串联风机动力型变风量末端装置。标准办公层空调系统示意图见图二。

                图二  标准办公层空调系统示意图

2.3.2   A区塔楼建筑的空调机房集中设置在建筑的核心筒区域内，每层设一套空调系统。在屋面设置两台新风空调机组为各层空调机组提供新风，新风由竖井送入各层。一层大厅层高比较高，采用地板送风和顶部送风相结合的方式。

2.3.3   B、C、D裙楼建筑的空调机房集中设置在屋面上，以节省空间，通过竖井将处理过的空气送至室内，每层设置1套空调系统。新风与回风混合后经空调器处理后再送至室内。

2.3.4   C区试验室、D区办公区、外廊及健身中心空调方式采用新风+风机盘管系统。D区实验室采用新风+吊顶式空调机组系统。新风机组分别设置在C区和D区屋面。

2.3.5  IT机房、UPS房间设置精密空调机组,机组设UPS供电。消防值班室、IDF间采用精密空调机组，机组设UPS供电。

2.4 气流组织

     由于塔楼和裙楼办公室及餐厅的外墙为大面积玻璃幕墙，外部负荷占大部分，因此外区采用条缝型送风口，内区则采用散流器送风口，吊顶百叶回风口回风，气流组织为上送上回。裙楼1层C、D区实验室采用上送上回的方式。大厅采用地板送风和顶部送风相结合的方式，风口采用条缝型风口。回风口设在大厅侧墙上，通过一、二层吊顶回至空调机房。

3. 自动控制

变风量系统的设计和控制系统的设计是密不可分的。变风量末端装置采用的是压力无关型，采用DDC控制系统，控制器采用PI控制回路。

 3.1 房间温度控制

      办公室、会议室等采用VAV末端的房间，内区采用串联风机动力型变风量箱，根据安装在房间内的温度传感器信号调节变风量箱一次风风量，控制房间温度。外区采用带加热盘管的串联风机动力型变风量箱，根据安装在房间内的温度传感器信号调节变风量箱一次风风量，控制房间温度。当一次风风量达到最小设定值时，维持一次风风量为最小设定值，开启热水加热盘管，控制热水流量，控制房间温度。

      实验室等采用FCU的房间，根据安装在房间内的温控器控制风机盘管冷热水流量和风机转速来调节室内温度。

  3.2 房间湿度控制

      办公室、会议室等采用VAV末端的房间，冬季根据设在回风总管上的湿度传感器控制电加湿器的加湿量，实现室内湿度控制。

      实验室等采用FCU的房间，冬季根据实验室内的相对湿度传感器信号来控制电加湿器加湿量，实现室内湿度控制。

  3.3 空调机组送风温度控制

      循环风空调机组根据设在送风管上的温度传感器信号调节表冷器/加热器的冷水/热水流量，控制空调器送风温度。

      新风机组根据设送风管上温度传感器信号调节表冷器/加热器的冷水/热水管上的动态压差平衡型电动调节阀开度，控制新风机送风温度。

  3.4空调机组送风量控制

      在VAV系统设计中，采用的是定静压控制法（见图三）。

     循环风空调机组和群楼屋面新风机组的送风机设变频器，根据送风管内静压值控制风机转速，调节送风量。静压传感器应放在送风机到系统末端2/3处。

     塔楼屋面新风机组的送风机设变频器，根据送风干管上的速度传感器信号通过变频器调节送风机转速，控制送风量。

               图三  定静压法系统风量控制图

 3.5 房间压力控制

     根据设在各层吊顶内的压力传感器信号调节排风电动阀开度，控制楼层正压值。根据设在总风管上的压力传感器信号调节排风机变频器频率，控制排风量。

 3.6 最小新风量控制

     裙楼部分：根据安装在新风管上风速传感器调节新风电动调节阀和回风电动调节阀开度，控制新风量。新风电动调节阀和回风电动调节阀联动，达到最小新风量即锁定新风阀。新风量应根据使用情况（正常使用，夜间）确定不同的设定值，并根据预定的时程自动切换。过渡季节新风电动调节阀全开。

     塔楼部分：新风量应根据使用情况（正常使用，夜间）确定不同的设定值，并根据预定时程自动切换。各层空调机组新风管上安装手动调节阀，调节各层新风量比例。

 3.7 防冻控制

     当全部打开热水阀时室外空调机组出风温度仍然低于设定的最低出风温度时关闭风机和新风电动风阀，并输出报警信号。所有室外的冷冻水管、加湿水管均设置电伴热，防止水管冻裂。

4. 设计体会

（1）如果房间划分比较零碎时，由于房间的负荷是变化的，负荷变小，送风量也变小，进入房间的新风量也相应变小，从而会出现新风量不足的问题。如果房间新风量过大，也会使房间的正压过大等问题。因此，在设计VAV系统时需要考虑新风量过大或过小的问题。

（2）噪声问题

噪声是需要在设计中特别注意的一个问题，由于变风量末端是一个小的噪声源，其产生的噪声很容易就传到室内。变风量末端风量越大其产生的噪声越大，因此大家在选用变风量末端时要谨慎，最好选用的末端风量不要过大，并应校核每个在最大、最小风量下产生的噪声。

在本次设计中，由于甲方对噪声的要求非常严格，因此，选用的VAV末端风量大都在2500CMH以下。另外，我们还采取了VAV BOX 配消声器、VAV BOX 出口直管段作玻璃纤维内保温消声内衬、送风散流器和回风百叶均设置了消声箱、与消声箱和条形风口连接的风管采用的是消声型柔性保温风管等消声措施。

（3）节能问题

      本次设计的串联型FPB空调方式的一次风风机、空调器送风机及排风风机均采用了变频调速，使得风机能耗明显降低，同时提高了设备和系统的效能。车库排风也采用了CO浓度控制排风机变频调速以达到节能目的。

5．总结

变风量系统已经发展了50多年，它也是一种比较节能的空调系统，有很多优点，然而它的系统也是比较复杂的。虽然在近年来随着技术的发展，变风量系统中的一些问题已经得到了很好的解决，但是，仍然还存在一些尚未解决的技术问题。要设计好变风量系统，就需要我们对变风量系统的特性有足够的认识，并做出准确的定量分析，不断的总结经验教训，才能进行很好的变风量设计。

参考文献

1  《空气调节设计手册》（第二版），电子工业部第十设计院。北京：中国建筑工业出版社，1995

2《北京某中心办公楼变风量空调系统方案设计》，洁净与空调技术 CC&AC，       2005年第3期，北京时空筑诚建筑设计有限公司，王凯

3《变风量空调系统控制方法及试验台搭建》，洁净与空调技术 CC&AC，2004年第1期，上海理工大学城建学院，孙勇，翁文兵，黄晨，孙洁