楊超

中國建筑第二工程局有限公司

0 引言

在現(xiàn)代辦公建筑中，空調和新風己成為不可或缺的需求。隨著現(xiàn)代建筑的品質提升，新風逐漸成為衡量建筑檔次的重要依據(jù)，高檔辦公新風量需求高、室內(nèi)溫度的舒適要求也高。然而我國的建筑空調能耗也在逐年上升，實現(xiàn)遠景目標“碳達峰”，“碳中和”任重道遠。建設既滿足舒適度需求又能實現(xiàn)節(jié)能減排的暖通空調系統(tǒng)始終是設計師的初心。本文結合實際項目，通過分析辦公樓空調系統(tǒng)的使用要求，利用多項技術措施實現(xiàn)集中會議室區(qū)空調系統(tǒng)節(jié)能設計。

本項目位于北京市朝陽區(qū)，是集商務辦公（包括自用辦公樓，出租辦公樓）、底層配套商鋪、員工餐廳及廚房、設備用房、地下停車庫于一體的現(xiàn)代化5A 級辦公樓?？偨ㄖ娣e約為10 萬m2，建筑地上五層、地下一層，局部增設夾層。建筑高度27.35 m。

1 冷熱源及空調水系統(tǒng)設計

供暖由直燃式溴化鋰吸收式制冷機提供60/50 ℃熱水。供冷由直燃式溴化鋰吸收式制冷機提供7/12 ℃冷水。建筑主體分為自持辦公區(qū)、外租辦公區(qū)，其中自持辦公區(qū)設置部分加班區(qū)域，幾部分區(qū)域使用時間和需求存在差異，同時考慮管理方便，將水系統(tǒng)分成自持辦公非加班區(qū)、自持辦公加班區(qū)、地板輻射供暖系統(tǒng)（冬季首層大堂區(qū)域設置）、外租辦公區(qū)、在分集水器處劃分環(huán)路并分別設置冷熱量計量裝置。

空調水系統(tǒng)豎向采用下供下回異程式系統(tǒng)，水平采用異程系統(tǒng)。每層空調機組及新風機組與風機盤管環(huán)路分開，風機盤管環(huán)路設能量閥，能量閥按設計流量設置流量上限，防止過流現(xiàn)象發(fā)生。能量閥監(jiān)測供回水溫度，當溫差小于設計值，減少通過閥的流量，避免大流量，小溫差現(xiàn)象發(fā)生。

風機盤管回水管上均設電動兩通閥。空調及新風機組回水管均設能量閥。

2 集中會議室區(qū)空調系統(tǒng)

2.1 室內(nèi)設計參數(shù)及新風量標準

表1 為室內(nèi)設計參數(shù)。

表1 室內(nèi)設計參數(shù)

2.2 集中會議室區(qū)新風系統(tǒng)

自持辦公區(qū)為某集團總部辦公區(qū)，品質要求高，新風量高達50 m3/(h·人)，且會議室要求按滿座人員需求設計。會議室區(qū)集中成多個片區(qū)（圖1），每個片區(qū)由十幾個會議室組成，同時使用率最高可達100%，同時出現(xiàn)最多人數(shù)的持續(xù)時間少于3 h，是人員密度較大且變化較大的場所。

圖1 集中會議室平面圖

2.2.1 新風量確定與節(jié)能設計

傳統(tǒng)的集中定風量新風設計對于節(jié)能十分不利，采用平均人數(shù)定新風量又會降低室內(nèi)環(huán)境品質。根二氧化碳并不是污染物，但可以作為評價室內(nèi)空氣品質的指標，現(xiàn)行國家標準《室內(nèi)空氣質量標準》GB/T18883 對室內(nèi)二氧化碳的含量進行了規(guī)定。當房間內(nèi)人員密度變化較大時，如果一直按照設計的較大人員密度供應新風，將浪費較多的新風處理用冷、熱量。如果只變新風量、不變排風量，有可能造成部分時間室內(nèi)負壓，反而增加能耗，因此排風量也應適應新風量的變化以保持房間的正壓[1]。綜合考慮后每個房間新風量按最大新風量確定，系統(tǒng)新風量取各房間新風量之和，每個封閉房間設置回風連通管至公共區(qū)域，經(jīng)主排風口進入空氣-空氣能量全熱回收新風機組與新風進行能量交換后排出室外。配合變風量的設計及控制達到節(jié)能與品質需求的融合。

各房間設置電動風閥，現(xiàn)場設手動及感應開關、同時控制室設集中控制裝置。風閥在房間使用時開啟，無人時關閉。新風閥于預約開會時間提前開啟，亦可現(xiàn)場手動開啟，會議結束后由感應裝置關閉新風閥至最小開度關閉設最小風量（30%）限制，現(xiàn)場運行調試確定閥門開度比例。

新風系統(tǒng)設置空氣-空氣能量回收裝置，采用帶空氣-空氣能量全熱回收裝置的新風機組，內(nèi)部自帶旁通，過渡季關閉空氣-空氣能量回收，室外新風直接送入室內(nèi)。冬季內(nèi)區(qū)適當降低新風送風溫度，新風供冷，承擔內(nèi)熱冷負荷。通風空調系統(tǒng)即使在停用期間，室內(nèi)外空氣的溫濕度相差較大，空氣受壓力作用流出或流入室內(nèi)，都將造成大量熱損失[1]。為減少熱損失，新風處理機組新風管、排風管貼近風井處裝有漏風量不大于0.5%的密閉性閥門，與機組連鎖啟閉。隨著風機的啟停，自動開啟或關閉，同時通往室外的風道采用鍍鋅鋼板風管內(nèi)襯于土建風道內(nèi)，直接與外墻防雨百葉密封可靠。

2.2.2 新風供冷

會議室區(qū)均處于內(nèi)區(qū)，室內(nèi)環(huán)境幾乎不受室外環(huán)境的影響，常年需要供冷，同時集中會議室區(qū)處于加班區(qū)，全年運行時間長，因此與外區(qū)分別設計和配置空調系統(tǒng)。這樣，不僅方便運行管理，還可以避免冷熱抵消，在冬季和過渡季充分利用室外新風供冷。會議室采用風盤加新風系統(tǒng)，冬季采用新風供冷，關閉風盤，利用調整水閥開度，降低新風送風溫度來帶走室內(nèi)余熱。以一個21 m2，12 人會議室為例，所需新風量600 m3/h，如房間溫度22 ℃時，房間冬季冷負荷1454 W（顯熱），新風量600 m3/h 送風溫度為13.7 ℃。以送風溫度12 ℃考慮，所需新風量430 m3/h。以送風溫度14 ℃考慮，所需新風量538 m3/h。在設計新風量供給情況下，送風溫差可滿足人體舒適要求。如此，一年中將有大量時段可以采用新風直接供冷，以及冬季時節(jié)消耗部分能量加熱至需求送風溫度，達到舒適節(jié)能的空調效果。同時物業(yè)運營在夏季的夜間或室外溫度較低的時段，直接采用室外溫度較低的空氣對建筑進行預冷。

2.2.3 新風系統(tǒng)的自動控制

系統(tǒng)新風量取各房間新風量之和，總量巨大，但大部分時間新風機組需處于部分負荷甚至低負荷運行狀態(tài)方可與房間使用需求匹配，定頻新風機組將存在巨大能源浪費或者末端使用房間大量關閉時造成管路阻力過大，與風機匹配不適合造成電機故障。因此，設計采用多種優(yōu)化方式。

第一，將會議室區(qū)新風與會議室周邊走道、休閑區(qū)等公共空間并入統(tǒng)一系統(tǒng)、公共區(qū)域的新風口常開，以保持新鮮空氣的流通補給，同時避免機組風量過低無法啟動。

第二，室內(nèi)設置二氧化碳濃度監(jiān)測裝置，能夠根據(jù)室內(nèi)二氧化碳濃度進一步調節(jié)電動閥開度，在非滿座人員使用時降低新風供給量，在人員密度較大且變化比較大的會議室實現(xiàn)更好的新風需求控制。北京城市大氣CO2濃度最高值在1～2 月份或11～12 月份均可能出現(xiàn),變動范圍為421.5～441.0μmol/mol[2]。當室內(nèi)CO2濃度低于安全限值（例如500 ppm）時，電動調節(jié)閥調至最小新風量（閥位開度需要現(xiàn)場調試時確定）。當室內(nèi)CO2濃度升高（例如范圍在500～800 ppm）時，電動調節(jié)閥開度為設計風量的開度（閥位開度需要現(xiàn)場調試時確定）。當室內(nèi)CO2濃度范圍超過設定上限（例如800 ppm）時，電動調節(jié)閥開度為100%全開狀態(tài)[3]。

第三，新風機組設計為變頻運行，采用當前全空氣變風量系統(tǒng)中較成熟的定靜壓控制方式實現(xiàn)對機組送風量的調節(jié)，管道靜壓傳感器設于送風機與最遠末端裝置之間75%距離的氣流穩(wěn)定段。風機設最低頻率限值15 Hz，會議室單獨房間設電動風閥，房間使用時開啟，無人時關閉，關閉設最小風量（30%）限制，現(xiàn)場調試確定閥門開度比例。

2.3 CFD 模擬分析與優(yōu)化設計

對于部分較大會議室，以面積68 m2，長×寬為8.4 m×8.4 m 的會議室為例，精裝美觀要求高，布置條形風口帶少、間距大，計算氣流組織難以保證空調效果。原設計空調布置方案（圖2）存在溫度不均勻、風速局部過高或過低的現(xiàn)象（圖3～4），空氣分布特性指標（ADPI）值較低。經(jīng)調整多個布置方案，結合CFD 的模擬分析確定風機盤管送回風口交叉布置為最優(yōu)方案（圖5～7），ADPI 值達到90%。

圖2 原設計方案空調布置圖

圖3 原設計方案空調速度場圖

圖4 原設計方案空調溫度場圖

圖5 優(yōu)化空調布置圖

圖7 優(yōu)化空調溫度場圖

2.4 水系統(tǒng)控制

本項目設計采用能量閥代替動態(tài)平衡電動調節(jié)閥，在實現(xiàn)后者功能的同時可以避免大流量小溫差運行的情況從而達到更好的節(jié)能效果?？刂葡到y(tǒng)由冷暖型比例加積分控制器、裝設在送風口的溫度傳感器及裝設在回水管上的能量閥組成。系統(tǒng)運行時，能量閥按設計流量設置流量上限，防止過流現(xiàn)象發(fā)生。溫度控制器把溫度傳感器所檢測的溫度與溫度控制器設定的溫度相比較，并根據(jù)比較結果輸出相應的電壓信號，控制能量閥的動作，通過改變水流量，使送風溫度保持在所需要的范圍。能量閥檢測供回水溫度，當溫差小于設計值，減少通過閥的流量，避免產(chǎn)生大流量、小溫差現(xiàn)象。新風機組以送風溫度為控制信號，控制按鈕設在該層機房內(nèi)，就地控制，樓宇自動控制系統(tǒng)可以遠程監(jiān)控。

風機盤管環(huán)路每層水平干管設能量閥，能量閥按設計流量設置流量上限，防止過流現(xiàn)象發(fā)生。能量閥監(jiān)測供回水溫度，當溫差小于設計值，減少通過閥的流量，避免大流量，小溫差運行現(xiàn)象發(fā)生。

3 結語

1）辦公樓集中設置的會議室區(qū)是人員密度較大且變化較大的場所，為滿足品質要求，系統(tǒng)新風量按滿負荷設計。但許多時段處于部分新風量運行，通過設置能夠獨立控制的末端風閥實現(xiàn)按需供應新風。

2）新風系統(tǒng)設置空氣-空氣能量回收裝置，采用帶空氣-空氣能量全熱回收裝置的新風機組，內(nèi)部自帶旁通，過渡季關閉空氣-空氣能量回收，室外新風直接送入室內(nèi)。冬季內(nèi)區(qū)適當降低新風送風溫度，新風供冷，承擔內(nèi)熱冷負荷。

3）新風機組變風量運行，室內(nèi)設置二氧化碳濃度監(jiān)測裝置，實現(xiàn)更大限度的節(jié)能運行。

4）采用CFD 模擬分析輔助優(yōu)化設計，使氣流組織更加合理，空調效果更優(yōu)。

5）根據(jù)功能區(qū)合理劃分水環(huán)路并進行冷熱量計量，并配置調節(jié)控制性能優(yōu)良的能量閥，管理方便，運行減少能源浪費。