孫志超，苑中源，陸 義（.中國(guó)民航大學(xué)， 天津 300300；.天津大學(xué)建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃研究總院有限公司， 天津300073）

現(xiàn)代社會(huì)辦公室是人員普遍長(zhǎng)期停留的區(qū)域。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，人們?cè)谑覂?nèi)停留的時(shí)間占比超過(guò) 80%，這其中又有超過(guò)一半的時(shí)間是處于辦公室的。辦公室的環(huán)境質(zhì)量，特別是空氣品質(zhì)，對(duì)人身體健康的影響重要且長(zhǎng)久[1-3]。

1 工程簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目位于華北某高校的校園內(nèi)，為產(chǎn)學(xué)研性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)辦公樓。該單體共 4 層，其中 1 F、2 F 為實(shí)驗(yàn)區(qū)，3 F 為開(kāi)敞辦公區(qū)，4 F 為獨(dú)立辦公室。本工程為該單體的第三層的空調(diào)系統(tǒng)。

該單體的 3 F 為常規(guī)的矩形平面，東西向約 60 m，南北向約 23 m，建筑面積約 1 400 m2，其中空調(diào)區(qū)域面積約1 250 m2，包含一間會(huì)議室，其余為開(kāi)敞區(qū)域，功能為開(kāi)敞辦公區(qū)及接待休息區(qū)。該層層高 4.2 m，裝修風(fēng)格為會(huì)議室吊頂，接待區(qū)做開(kāi)敞造型吊頂，辦公區(qū)不吊頂。本項(xiàng)目冬季有集中熱水作為熱源，夏季無(wú)集中冷源。

根據(jù)用戶的使用要求，空調(diào)系統(tǒng)首先要保證室內(nèi)空氣品質(zhì)，其中包括溫度、相對(duì)濕度、CO2濃度、PM2.5及氣態(tài)有機(jī)污染物（TVOC）濃度在內(nèi)的主要控制參數(shù)，要優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；其次對(duì)室內(nèi)噪聲也有較高的標(biāo)準(zhǔn)要求，在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，室內(nèi)背景噪聲應(yīng)低于 40 dB(A)，為辦公科研人員提供一個(gè)安靜的環(huán)境；此外要求空調(diào)系統(tǒng)做到美觀、節(jié)能、可靠、操作簡(jiǎn)便。

此外，該辦公區(qū)域不僅作為辦公室，還作為接待區(qū)，用于接待參觀人員。因此，該區(qū)域人員變化較大，新風(fēng)量的需求也有較大的變化。

2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 方案對(duì)比

在前期方案比選時(shí)，考慮到若采用傳統(tǒng)的多聯(lián)機(jī)＋新風(fēng)換氣機(jī)的空調(diào)形式，只能實(shí)現(xiàn)一般的溫度控制要求，對(duì)于其他參數(shù)只能以某個(gè)設(shè)計(jì)值為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但并不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。由于本工程沒(méi)有封閉的吊頂，屬于開(kāi)敞環(huán)境，多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)的運(yùn)行噪聲雖然分貝值不高，但屬于持續(xù)性低頻噪聲，實(shí)際上對(duì)人的感官體驗(yàn)有著非常負(fù)面的影響。此外，根據(jù)實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)，室內(nèi)機(jī)經(jīng)過(guò)幾個(gè)供冷季運(yùn)行后，往往因積灰、震動(dòng)造成的風(fēng)機(jī)葉輪偏移等原因，噪聲會(huì)明顯增大，而且各個(gè)室內(nèi)的風(fēng)口的清灰等維護(hù)工作，以及冷凝水可能存在漏水的風(fēng)險(xiǎn)等，也使后期使用時(shí)不便?；谝陨显?，未采用傳統(tǒng)的多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)。

本空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)，結(jié)合項(xiàng)目所在地的冷熱源條件，末端采用雙熱源分體式直膨空調(diào)機(jī)組，設(shè)置在空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)，辦公區(qū)域不設(shè)置任何空調(diào)末端設(shè)備。室內(nèi)機(jī)為組合式空氣處理機(jī)組，其中盤管段采用氟盤管段＋水盤管段的雙盤管形式。氟盤管接至屋頂?shù)氖彝鈾C(jī)，室外機(jī)采用直流變頻多聯(lián)機(jī)，放置在屋頂，用于夏季制冷；水盤管接集中供熱的熱水，用于冬季供暖。

空調(diào)系統(tǒng)冷熱源的選擇直接影響其運(yùn)行時(shí)的能耗。隨著直膨空調(diào)機(jī)組的發(fā)展，目前直流變頻多聯(lián)機(jī)室外機(jī)，搭配組合式空調(diào)機(jī)組的技術(shù)已非常成熟，空調(diào)設(shè)備市場(chǎng)上，對(duì)于舒適性空調(diào)而言，采用氟盤管的直膨空調(diào)機(jī)組，在功能段的配置、機(jī)組的控制等方面，與傳統(tǒng)的水盤管空調(diào)機(jī)組相比，幾乎已無(wú)差別。對(duì)于用戶而言，幾乎不需要任何后期維護(hù)，也不存在水管漏水或水系統(tǒng)缺水的風(fēng)險(xiǎn)，只需定期清洗或更換空調(diào)機(jī)組的過(guò)濾器。

此外，為保證室內(nèi)空氣的潔凈，在空調(diào)機(jī)組內(nèi)設(shè)置初效G4＋中效 F7 過(guò)濾器；在送風(fēng)的靜壓箱內(nèi)，再設(shè)置一個(gè)主動(dòng)式光電離子凈化器，用于產(chǎn)生過(guò)氧化氫離子、羥基離子等，隨送風(fēng)進(jìn)入室內(nèi)空間，用于凈化甲醛、苯等 ，以及殺滅細(xì)菌、霉菌及病毒，以保證室內(nèi)良好的空氣品質(zhì)。

2.2 空調(diào)系統(tǒng)模擬設(shè)計(jì)

在進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，使用 Fluent（一款常用的流體與熱傳遞模擬計(jì)算軟件）軟件對(duì)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行模擬，結(jié)果用于指導(dǎo)與優(yōu)化設(shè)計(jì)。室內(nèi)溫度場(chǎng)模擬結(jié)果如圖1 所示。由圖1 可知，整個(gè)區(qū)域的溫度較為均勻，且處于人體舒適區(qū)，但東西兩側(cè)溫度稍高，存在少量渦流區(qū)。后調(diào)整設(shè)計(jì)，在東側(cè)衛(wèi)生間內(nèi)增大衛(wèi)生間的排風(fēng)量，作為空調(diào)系統(tǒng)的一部分排風(fēng)，西側(cè)的送風(fēng)調(diào)整為大孔口與小孔口結(jié)合的送風(fēng)形式。

圖1 室內(nèi)溫度場(chǎng)模擬

室內(nèi)送風(fēng)速度場(chǎng)模擬結(jié)果如圖2 所示。由圖2 可知，送風(fēng)管直接采用下方正送孔口時(shí)，孔口下方的風(fēng)速略高，后調(diào)整為風(fēng)管側(cè)下方雙向送風(fēng)，在安裝后運(yùn)行調(diào)試期間，實(shí)測(cè)整個(gè)辦公區(qū)域無(wú)吹風(fēng)感，1.5 m 高度處，風(fēng)速均＜0.4 m/s。室內(nèi) CO2濃度場(chǎng)模擬結(jié)果如圖3 所示。由圖3 可知，室內(nèi)的CO2濃度遠(yuǎn)小于 1 000 mg/L，空氣品質(zhì)十分清新。

圖2 室內(nèi)送風(fēng)速度場(chǎng)模擬

圖3 室內(nèi) CO2 濃度場(chǎng)模擬

2.3 柔性風(fēng)管小孔送風(fēng)

結(jié)合開(kāi)敞區(qū)域不吊頂?shù)氖覂?nèi)裝修風(fēng)格，空調(diào)送風(fēng)管采用柔性織物風(fēng)管，風(fēng)管上開(kāi)設(shè)送風(fēng)小孔，采用孔口送風(fēng)?？照{(diào)系統(tǒng)的氣流組織為上送側(cè)下回的形式，為了最大可能減少開(kāi)敞區(qū)域的吊頂面積，回風(fēng)采用消音靜壓箱＋空調(diào)機(jī)房回風(fēng)的形式，即辦公區(qū)域不設(shè)置回風(fēng)管，保證整體的美觀性。

由于西側(cè)的接待區(qū)，精裝設(shè)計(jì)了開(kāi)敞的造型吊頂，且吊頂已經(jīng)緊貼梁下，所以沒(méi)有安裝風(fēng)管的條件。該區(qū)域采用了在吊頂邊緣側(cè)送的形式，送風(fēng)管南北向設(shè)置，小孔側(cè)下送與大孔側(cè)送相結(jié)合，根據(jù)送風(fēng)距離計(jì)算開(kāi)孔的大小與角度，并根據(jù)氣流組織模擬結(jié)果，對(duì)風(fēng)管的開(kāi)孔進(jìn)行優(yōu)化。

2.4 裝配式隔音空調(diào)機(jī)房

由于本單體在建造時(shí)未設(shè)置空調(diào)機(jī)房，為縮短工期及降低工程造價(jià)，所以采用裝配式隔音房作為空調(diào)機(jī)房，整體效果較好，也比較美觀?？照{(diào)機(jī)房直接采用成品隔音板材（內(nèi)有吸音棉）在現(xiàn)場(chǎng)拼裝，板材之間固定后，再用密封膠密封。由于是成品板材，只在與墻體、地面、頂面連接處需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)板材進(jìn)行裁剪等加工，其余部分均是模式化拼裝，機(jī)房整體施工很快。

空調(diào)機(jī)房的設(shè)計(jì)隔音值為 45±3 dB(A)，但由于機(jī)房側(cè)墻安裝了空調(diào)回風(fēng)口，故對(duì)隔音效果有負(fù)面影響。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)，在空調(diào)機(jī)組最大風(fēng)量送風(fēng)時(shí)，在機(jī)房的回風(fēng)口外 1 m處，實(shí)測(cè)噪聲值 42 dB(A)，雖略高于設(shè)計(jì)值，但仍符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 50118—2010《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》中辦公環(huán)境的低限標(biāo)準(zhǔn)。除回風(fēng)口處外，機(jī)房外其他方向，噪聲均＜39 dB(A)，辦公室的聲環(huán)境良好。

2.5 空調(diào)控制系統(tǒng)

全空氣系統(tǒng)的控制相當(dāng)于是神經(jīng)系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)必須設(shè)置合理的控制系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)舒適性運(yùn)行與節(jié)能運(yùn)行。一般傳統(tǒng)的舒適性全空氣空調(diào)系統(tǒng)，僅根據(jù)回風(fēng)溫度調(diào)節(jié)冷量，雖然設(shè)計(jì)時(shí)也要求根據(jù)回風(fēng)的 CO2濃度，但往往只是一個(gè)要求，沒(méi)有具體的控制與調(diào)節(jié)邏輯，等到實(shí)際項(xiàng)目落地時(shí)，如無(wú)二次深化設(shè)計(jì)，調(diào)試人員并不清楚如何實(shí)現(xiàn) CO2與新風(fēng)量的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)。

一些項(xiàng)目為了節(jié)省造價(jià)，機(jī)組的新風(fēng)閥與回風(fēng)閥選用的是開(kāi)關(guān)型電動(dòng)風(fēng)閥，甚至是手動(dòng)閥，即根本不具備根據(jù)CO2濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)新風(fēng)量的功能。如果系統(tǒng)的新風(fēng)量不足，則不利于人員健康，特別在疫情條件下，新風(fēng)量的保證尤為重要。相反，在目前人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境關(guān)注越來(lái)越普遍的情況下，一些項(xiàng)目盲目增大新風(fēng)比，又會(huì)造成能源的浪費(fèi)，與國(guó)家目前的“雙碳”目標(biāo)背道而馳。因此空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制與聯(lián)動(dòng)控制，其重要性已不言而喻。

本工程在接待區(qū)、會(huì)議室各設(shè)置 1 個(gè)室內(nèi)環(huán)境綜合傳感器，在開(kāi)敞辦公區(qū)設(shè)置 3 個(gè)室內(nèi)環(huán)境綜合傳感器，其中檢測(cè)參數(shù)包括溫度、相對(duì)濕度、CO2、PM2.5、TVOC。本工程采用的是模擬量調(diào)節(jié)型新風(fēng)閥與回風(fēng)閥，根據(jù)傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，空調(diào)控制系統(tǒng)綜合判斷新風(fēng)量的需求，再通過(guò)調(diào)節(jié)新風(fēng)閥與回風(fēng)閥的開(kāi)度，調(diào)節(jié)新風(fēng)比與送風(fēng)量。

對(duì)于各個(gè)區(qū)域出現(xiàn)監(jiān)測(cè)值與設(shè)計(jì)值不同方向偏離時(shí)，則通過(guò)調(diào)節(jié)各支管的電動(dòng)風(fēng)閥，實(shí)時(shí)調(diào)整各送風(fēng)支管的送風(fēng)量，以實(shí)現(xiàn)各區(qū)域室內(nèi)環(huán)境相關(guān)指標(biāo)在設(shè)計(jì)值附近。

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，室內(nèi)空氣品質(zhì)良好。雖然 TVOC 濃度較高，但仍滿足國(guó)家規(guī)范要求的≤0.6 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上是，現(xiàn)場(chǎng)剛裝修完成，油漆、涂料、家具等散發(fā)量較大，等這些污染源初期散發(fā)結(jié)束后，室內(nèi)的 TVOC 濃度將還會(huì)明顯降低。

3 結(jié) 語(yǔ)

雖然對(duì)于工程造價(jià)而言，空調(diào)系統(tǒng)占比較小，但卻是影響人使用體驗(yàn)的重要部分。辦公室作為人員長(zhǎng)期停留的空間，其室內(nèi)環(huán)境，特別是空氣品質(zhì)對(duì)人的身心健康有著重要影響，空調(diào)系統(tǒng)需要以人為本，精細(xì)設(shè)計(jì)。對(duì)于中小型辦公建筑，直膨式全空氣系統(tǒng)是一個(gè)比較理想的空調(diào)形式，其舒適、簡(jiǎn)單可靠、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能。對(duì)于開(kāi)敞環(huán)境，采用柔性風(fēng)管孔口送風(fēng)，可以實(shí)現(xiàn)有冷無(wú)風(fēng)的良好體驗(yàn)，是一種兼具舒適性與經(jīng)濟(jì)性的送風(fēng)形式。

隨著人們對(duì)于生活、工作環(huán)境要求的提高，空調(diào)系統(tǒng)勢(shì)必需要更加精細(xì)化的設(shè)計(jì)。根據(jù)國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”的“雙碳”目標(biāo)，空調(diào)系統(tǒng)作為傳統(tǒng)的用能大戶，其控制系統(tǒng)也勢(shì)必需要切實(shí)落地實(shí)施，以實(shí)現(xiàn)按需供應(yīng)的目標(biāo)，既滿足人的使用要求，又不造成能源的浪費(fèi)。