蔣小易（華建集團(tuán)華東建筑設(shè)計(jì)研究總院，上海 200002）

1 辦公樓項(xiàng)目空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)精細(xì)化設(shè)計(jì)探討

1.1 辦公樓項(xiàng)目對(duì)空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)精細(xì)化設(shè)計(jì)的需求

當(dāng)前，隨著辦公樓項(xiàng)目越來(lái)越成熟，開(kāi)發(fā)商已經(jīng)從單純的商業(yè)開(kāi)發(fā)到對(duì)如何為入駐辦公人員提供更舒適安全的辦公環(huán)境、個(gè)性化需求和節(jié)能等方面提出了更高要求。辦公樓的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)雖然已經(jīng)比較成熟，但對(duì)于在運(yùn)營(yíng)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，希望設(shè)計(jì)階段就能先行思考，從而提供精細(xì)化設(shè)計(jì)。

1.2 辦公樓項(xiàng)目的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)精細(xì)化設(shè)計(jì)

目前，辦公樓項(xiàng)目主要有兩種形式：純辦公大樓和帶商業(yè)裙樓的辦公建筑。筆者較多地參與了這兩類(lèi)辦公樓項(xiàng)目的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)，根據(jù)對(duì)這些辦公樓項(xiàng)目建成運(yùn)營(yíng)后的實(shí)地考察和反饋，特別是項(xiàng)目物業(yè)公司集中反映的情況來(lái)看，合理的冷熱源選擇、簡(jiǎn)潔有效的節(jié)能措施是當(dāng)下辦公樓項(xiàng)目最需要關(guān)注的。另外，當(dāng)下的辦公樓項(xiàng)目需要滿足越來(lái)越多使用者諸如使用時(shí)間和空調(diào)通風(fēng)形式等個(gè)性化需求，個(gè)性化的空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)末端也越來(lái)越受物業(yè)公司和使用者青睞。

在辦公樓項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，諸如大堂空調(diào)效果、內(nèi)外區(qū)冷熱舒適性不佳等老生常談問(wèn)題，需要通過(guò)具體項(xiàng)目的精細(xì)化設(shè)計(jì)來(lái)解決。實(shí)用有效的空調(diào)通風(fēng)節(jié)能措施一直是建造方和運(yùn)營(yíng)方關(guān)注的問(wèn)題，他們現(xiàn)在更關(guān)注這方面的投資效益。今年初爆發(fā)的新冠肺炎疫情，讓越來(lái)越多使用者更加關(guān)注辦公環(huán)境的健康安全，也對(duì)當(dāng)下辦公樓項(xiàng)目空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的精細(xì)化設(shè)計(jì)提出了更高要求。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 項(xiàng)目概況

某辦公樓項(xiàng)目位于上海新天地附近，為 1 棟 135 m 高的甲級(jí)辦公樓，地上共 27 層。其中， 1～3 層為配套商業(yè)、4 層為商務(wù)中心及設(shè)備用房，5～27 層為辦公層（16 層為設(shè)備及避難層），總建筑面積 105 710 m2。其中，地上辦公建筑面積 51 685 m2，地上裙房 1～3 層和地下 1、2 層商業(yè)建筑面積共 24 141 m2，地下 3、4 層車(chē)庫(kù)及設(shè)備用房建筑面積 29 884 m2。

該項(xiàng)目雖然是一個(gè)普通的辦公樓項(xiàng)目，但經(jīng)過(guò)精細(xì)化設(shè)計(jì)，建成投入使用后，在樓內(nèi)的辦公人員、投資建設(shè)方以及物業(yè)管理方等都反響很好。這項(xiàng)目取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，并獲得了 LEED 金獎(jiǎng)和綠色三星設(shè)計(jì)認(rèn)證。

2.2 對(duì)冷熱源及輸配方式精細(xì)化設(shè)計(jì)的思考

(1) 根據(jù)計(jì)算，該項(xiàng)目峰值冷負(fù)荷為 12 950 kW（3 700 USRT），峰值熱負(fù)荷為 7 100 kW。通過(guò)分析該項(xiàng)目使用時(shí)間的具體情況，特別是部分辦公樓層加班或配套商業(yè)營(yíng)業(yè)時(shí)間的特殊性，對(duì)項(xiàng)目的最小負(fù)荷特別是最小冷負(fù)荷做了精細(xì)分析，結(jié)果如表 1 所示。按夏季辦公樓層合計(jì) 1 層加班、配套商業(yè)部分營(yíng)運(yùn)或者兩者同時(shí)進(jìn)行考慮，則項(xiàng)目最小冷負(fù)荷分別為 90 USRT、170 USRT 或 260 USRT。根據(jù)項(xiàng)目最小冷負(fù)荷需求，通過(guò)分析多家生產(chǎn)商提供的冷水機(jī)組在不同部分負(fù)荷時(shí)的 COP 值（表 2、表 3 為 A、B 兩家生產(chǎn)商參數(shù)），結(jié)合經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能綜合考量，為滿足最小冷負(fù)荷需求，選擇制冷量為 300 USRT 機(jī)組，因其性能最優(yōu)。最終，該項(xiàng)目冷源選用 4 臺(tái) 900 USRT 變頻離心冷水機(jī)組和 1 臺(tái)小負(fù)荷時(shí)運(yùn)行的 300 USRT 的螺桿機(jī)組，使冷源系統(tǒng)能滿足項(xiàng)目負(fù)荷變化并做到整體能效最優(yōu)化。

根據(jù)計(jì)算，該項(xiàng)目峰值熱負(fù)荷為 7 100 kW，由 3 臺(tái) 2.3 MW 燃?xì)庹婵諢崴疇t提供。

表1 某辦公樓最小冷負(fù)荷

表2 A 制冷機(jī)組在不同負(fù)荷下的制冷量（USRT）和 COP 值

表3 B 制冷機(jī)組在不同負(fù)荷下的制冷量（USRT）和 COP 值

(2) 在設(shè)計(jì)方案初期階段，確定辦公區(qū)域的空調(diào)水系統(tǒng)均為 4 管制，后來(lái)通過(guò)對(duì)辦公內(nèi)區(qū)負(fù)荷的分析及對(duì)該樓物業(yè)管理公司的調(diào)研，調(diào)整方案為：辦公內(nèi)區(qū)變風(fēng)量空調(diào)機(jī)組常年供冷，空調(diào)機(jī)組從 4 管制改為只設(shè)冷凍水管的 2 管制，詳見(jiàn)圖 1。這樣既減少了投資，也方便了運(yùn)營(yíng)維護(hù)。冬季內(nèi)區(qū)制冷的冷源采用了冷卻塔免費(fèi)制冷方式，即由冷卻塔通過(guò)板式換熱器提供，冷卻塔進(jìn)出水溫設(shè)定為 8～13℃，板式換熱器二次側(cè)供回水溫度為 9.5～16.5℃。

圖1 空調(diào)末端水系統(tǒng)原理圖

2.3 空調(diào)通風(fēng)末端系統(tǒng)的適宜性考慮

(1) 本項(xiàng)目采用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，內(nèi)外分區(qū)，每層設(shè)置 2 臺(tái)變風(fēng)量變頻空調(diào)機(jī)組。內(nèi)區(qū)設(shè)置單風(fēng)道變風(fēng)量末端，外區(qū)采用串聯(lián)風(fēng)機(jī)動(dòng)力型變風(fēng)量末端 FPB（熱水盤(pán)管），空調(diào)機(jī)組在非峰值時(shí)風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能運(yùn)行。冬季室內(nèi)由外區(qū) FPB 供熱，在過(guò)渡季節(jié)，針對(duì)外區(qū)的南北面可能有不同的制冷、制熱要求，由外區(qū)帶熱水盤(pán)管的 FPB 進(jìn)行加熱調(diào)節(jié)，以滿足在過(guò)渡季節(jié)時(shí)不同區(qū)域的辦公人員的個(gè)性化負(fù)荷要求。

(2) 入口大堂空調(diào)效果的分析研究與實(shí)踐。當(dāng)下，辦公樓入口大堂普遍都是高大空間，受經(jīng)常開(kāi)啟外門(mén)和連通電梯廳等因素影響，空調(diào)冷熱負(fù)荷變化大且內(nèi)部氣流組織與溫度分布難以控制，特別是在豎直方向上，容易受到煙囪效應(yīng)和溫室效應(yīng)的雙重作用。同時(shí)，有大面積玻璃幕墻的入口大堂其室內(nèi)熱環(huán)境還存在兩方面的問(wèn)題：①夏季，大堂上部溫度容易過(guò)高，從而影響與大堂相鄰房間的熱舒適性；②冬季，從大堂下部送入的熱氣流會(huì)很快上升，使得下部人員活動(dòng)區(qū)的熱環(huán)境難以得到保證。所以，對(duì)氣流組織的精細(xì)化設(shè)計(jì)是十分重要的。

本項(xiàng)目入口大堂面積約 600.0 m2，高約 11.0 m，大堂吊頂凈高約 9.5 m，相連電梯廳吊頂凈高約 6.0 m。由于種種原因，大堂未設(shè)門(mén)斗，在西側(cè)設(shè)置了旋轉(zhuǎn)門(mén)，兩邊為平開(kāi)門(mén)，因此，必須考慮到冬季頻繁開(kāi)啟外門(mén)時(shí)室外風(fēng)環(huán)境對(duì)室內(nèi)溫度的影響。通過(guò) CFD 模擬，研究冬季時(shí)辦公大堂在門(mén)開(kāi)關(guān)過(guò)程中室內(nèi)環(huán)境受室外氣流的影響，通過(guò)數(shù)值模擬得出開(kāi)門(mén)時(shí)（0～120 s）室內(nèi)的溫度場(chǎng)與速度場(chǎng)分布情況。經(jīng)過(guò)多次模擬，并結(jié)合室內(nèi)裝修，入口大堂在吊頂下設(shè)送風(fēng)噴口和在電梯廳設(shè)側(cè)送噴口基礎(chǔ)上，還在靠近外幕墻地板上設(shè)置了貫流式地板散熱器（風(fēng)口及散熱器布置和氣流組織情況如圖 2 所示），使室內(nèi)溫度場(chǎng)趨于均衡。實(shí)際運(yùn)行下來(lái)，雖然沒(méi)設(shè)外門(mén)門(mén)斗，冬季主要開(kāi)啟旋轉(zhuǎn)門(mén)時(shí)， 1.5 m 高度人員活動(dòng)區(qū)域溫度基本都在 20～21℃，沒(méi)有出現(xiàn)讓人感覺(jué)寒冷的區(qū)域，與 CFD 模擬結(jié)果（圖 3）基本吻合。通過(guò)精細(xì)化設(shè)計(jì)，解決了大多數(shù)辦公樓入口大堂使用時(shí)實(shí)際參數(shù)特別是冬季溫度低于設(shè)計(jì)值的問(wèn)題。

圖2 大堂冬季氣流組織

圖3 離地面 1.5 m 處溫度場(chǎng)（外門(mén)開(kāi)啟 25 s）

2.4 實(shí)用有效的綠色和節(jié)能措施

2.4.1 大溫差空調(diào)冷凍水/熱水系統(tǒng)

空調(diào)低區(qū)冷凍水供回水溫度為 6～13℃，熱水供回水溫度為 45～60℃，冷熱水均在 16 層設(shè)備層通過(guò)板式換熱器進(jìn)行換熱，高區(qū)冷凍水供回水溫度為 7～14℃，熱水供回水溫度為 43～58℃。冷凍水供回水溫差為 7℃，熱水供回水溫差為 15℃。相比常規(guī)空調(diào)冷熱水供回水溫差分別加大了 2 K和 5 K，空調(diào)冷熱水量分別減少 29% 和 33%，降低了水泵運(yùn)行功率，相應(yīng)地節(jié)省了管徑和所占用的建筑空間。

2.4.2 空調(diào)熱回收系統(tǒng)

辦公層新風(fēng)先由設(shè)在設(shè)備層（16 層）和屋面的新風(fēng)機(jī)組內(nèi)的新排風(fēng)熱回收設(shè)備進(jìn)行熱回收，再由新風(fēng)機(jī)組的冷熱水盤(pán)管處理到室內(nèi)設(shè)定溫度（夏季為室內(nèi)等焓點(diǎn)，冬季先預(yù)熱，再加濕到室內(nèi)狀態(tài)的等濕點(diǎn)）后，再通過(guò)每層空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)的變風(fēng)量末端送到變風(fēng)量空調(diào)機(jī)組。

2.4.3 免費(fèi)供冷系統(tǒng)

(1) 水系統(tǒng)方面，采用 2 臺(tái)和冷凍機(jī)相同冷量的免費(fèi)冷卻板式換熱器，通過(guò)冷卻塔免費(fèi)制冷，冷卻塔進(jìn)出水溫設(shè)定為 8～13℃，板式換熱器二次側(cè)供回水溫度為 9.5～15.5℃。板式換熱器一次側(cè)和二次側(cè)循環(huán)水泵均可利用原冷卻水泵和冷凍水泵，對(duì)于冬季內(nèi)區(qū)較大的商業(yè)和辦公來(lái)說(shuō)，既經(jīng)濟(jì)，運(yùn)行管理也簡(jiǎn)單，僅增設(shè) 2 臺(tái)板式換熱器就可省去冷凍機(jī)組的運(yùn)行。

(2) 風(fēng)系統(tǒng)方面，裙房配套商業(yè)區(qū)域在過(guò)渡季節(jié)時(shí)，因商業(yè)內(nèi)區(qū)較大，當(dāng)采用 AHU 全空氣系統(tǒng)時(shí)，過(guò)渡季節(jié)加大新風(fēng)量（保證 ≥70% 總風(fēng)機(jī)風(fēng)量），加大新風(fēng)管徑，使過(guò)渡季節(jié)新風(fēng)風(fēng)速為 8～9 m/s；當(dāng)采用集中新風(fēng)機(jī)組 PAU 系統(tǒng)時(shí)，在部分新風(fēng)機(jī)組旁并聯(lián)專(zhuān)用送風(fēng)機(jī)，過(guò)渡季節(jié)時(shí)，專(zhuān)用送風(fēng)機(jī)與新風(fēng)機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行加大新風(fēng)供應(yīng)量，經(jīng)復(fù)核立管風(fēng)速，可加大新風(fēng) 150%，這樣可以充分利用室外新風(fēng)提供冷源，減少內(nèi)區(qū)的供冷量。在運(yùn)營(yíng)后的回訪中，物業(yè)部門(mén)對(duì)于過(guò)渡季節(jié)加大新風(fēng)運(yùn)行非常認(rèn)可，并建議在做好消聲前提下還可以適當(dāng)再提高風(fēng)速，增加新風(fēng)供應(yīng)。

2.4.4 室內(nèi)空氣品質(zhì)的提升措施

(1) 高壓微霧加濕系統(tǒng)：設(shè)置在 16 層和塔樓屋面的為辦公層提供新風(fēng)的集中新風(fēng)機(jī)組采用高壓微霧加濕系統(tǒng)，每臺(tái)新風(fēng)機(jī)組對(duì)應(yīng) 1 套加濕系統(tǒng)并納入機(jī)組 BA 控制范圍，含軟水箱和高壓微霧加濕主機(jī)，并采用高效噴嘴，使加濕效率達(dá)到 70%；同時(shí)由于高壓微霧加濕系統(tǒng)不采用循環(huán)水，降低了細(xì)菌滋生的可能，所以可以達(dá)到既節(jié)省水耗量，又保證室內(nèi)的空氣品質(zhì)的目的。

(2) 在辦公層每臺(tái)變風(fēng)量空調(diào)機(jī)組的回風(fēng)管里安裝 CO2濃度傳感器，空調(diào)季節(jié)時(shí)探測(cè)室內(nèi) CO2濃度以便調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)新風(fēng)供應(yīng)量。當(dāng) CO2濃度低于設(shè)定的下限值時(shí)，關(guān)閉其中 1 個(gè)辦公層排風(fēng) CAV（每層 2 個(gè)），并將新風(fēng) VAV 閥門(mén)關(guān)小，以減小新風(fēng)量；如果 CO2濃度繼續(xù)低于設(shè)定下限值時(shí)，關(guān)閉剩余的辦公層的排風(fēng) CAV，并將新風(fēng)末端 VAV 閥門(mén)繼續(xù)關(guān)小，以減小新風(fēng)量，但是保證室內(nèi)總新風(fēng)量大于總排風(fēng)量，在保證室內(nèi)空氣品質(zhì)和室內(nèi)微正壓的前提下，最大限度地減少新風(fēng)能耗；過(guò)渡季節(jié)時(shí)，不再根據(jù) CO2濃度傳感器控制新風(fēng)量，而是全開(kāi)新風(fēng)閥。

(3) 為提高辦公環(huán)境的空氣品質(zhì)，空調(diào)箱或新風(fēng)空調(diào)箱除采用 G 4 初效和 F 7 袋式中效過(guò)濾外，還設(shè)置了自帶空氣質(zhì)量傳感器、相對(duì)濕度傳感器和臭氧濃度傳感器的電極離子空氣凈化裝置。公共衛(wèi)生間設(shè)獨(dú)立空氣凈化除臭裝置的同時(shí)，在垃圾間、污泵間和隔油池間設(shè)置空氣凈化除臭裝置及獨(dú)立排風(fēng)系統(tǒng)，且均在塔樓屋面排放，室內(nèi)控制為負(fù)壓，避免異味通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)交叉?zhèn)鬟f。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1) 辦公樓租戶(hù)隨著對(duì)辦公環(huán)境的要求越來(lái)越高，對(duì)商業(yè)辦公樓的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)要求也越來(lái)越高，要求設(shè)計(jì)人員在項(xiàng)目設(shè)計(jì)各階段充分調(diào)研，針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)。

(2) 辦公樓項(xiàng)目精細(xì)化設(shè)計(jì)，主要是為了滿足用戶(hù)的個(gè)性化需求而更加合理地確定冷熱源配置、空調(diào)通風(fēng)末端形式、實(shí)用有效的綠色和節(jié)能措施等，同時(shí)要解決好諸如大堂空調(diào)效果、內(nèi)外區(qū)冷熱舒適性等常見(jiàn)問(wèn)題。

(3) 眼下，辦公樓項(xiàng)目雖然是比較普通的項(xiàng)目，但通過(guò)精細(xì)化設(shè)計(jì)依然可以取得很好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益，從而提升設(shè)計(jì)的價(jià)值。