办公建筑应用户式空调系统设计实例

  北京建筑工程学院  邵宗义 王瑞祥

近年来，办公写字楼的市场急剧增长，众多公司、企业纷纷搬进了办公写字楼办公，使得办公写字楼的物业管理行业变得十分兴旺。空调系统作为办公写字建筑的重大能耗，各运行单位更加注意该系统的运营成本问题。
户式空调，又称户式中央空调，科学的名称叫“家用型集中空调”，源于美国，适合于当地三层以下的独立式别墅建筑使用，近年来被引入我国。户式空调分许多类型，最常用的是空气源热泵系统。由于该系统具有设计施工简单、控制灵活方便、计量和收费容易、档次较高等众多优点，在我国的发展速度很快，不但被用于高级住宅和别墅建筑，还有相当一部分被用于商业和办公建筑，远远超出了该空调系统的“家用”范畴，成为名副其实的“中小型集中空调”，为此，我们在本文中暂称它为“户式集中空调”。
本文以北京某办公建筑群体的空调设计为例，对使用这种户式集中空调系统的办公建筑进行全面解析，阐述了户式空调系统用在办公写字建筑中的优势和在设计、施工中应注意的问题，为今后办公写字建筑采用户式集中空调系统时作为参考。

工程概况和空调系统设计方案确定
本建筑群体座落在北京某开发园区，一、二期工程建筑面积共45万平方米，全部建筑为独栋式办公楼建筑，环境好，品位高，各建筑之间独立性好，面积划分灵活，适用性强，是非常理想的办公场所，开发商将其定位在各大公司在中国的总部基地。其中一期工程总建筑面积为20万平方米，由 83栋十层建筑组成。
我们在某大厦进行设计调研过程时发现，经常发生一个客户加班需要空调，整座大厦的空调水系统、空调冷热源系统全部投入运行的情况，尽管有工作人员值班，但仅水泵电耗就可想而知。而且，经常发生用户与物业因为空调问题发生的纠纷，有时还会造成物业管理收费困难。为此，该项目开发商想寻求一种适合独栋式办公楼建筑、可灵活地进行空调面积划分、可分区域单独控制温度和计量收费的中央空调模式。经数轮多方调研、论证、比较，最终将数码户式集中空调系统作为该项目的空调系统设计方案之一。
用户选择的数码户式多联变冷媒流量的集中空调系统，是由采用了数码宽度脉冲调节控制技术的变容量涡旋压缩机的室外机与多台可单独控制的室内机组成, 室内机还可以按50％～110％的室外机容量进行灵活配备，是新一代模块化、集约化的多联机系统（简称DVM）。该空调的最大冷媒配管长度可达150米，室外机与室内机高低差可达50米，完全可以解决室外机的放置问题。室内机之间高差可以达到15米，完全可以满足较大范围内分散空间的空气调节。该空调系统既可制冷又可制热，安装维护简便、灵活性强，无任何电磁干扰，适用于多种场所特别是数码涡旋技术能让压缩机在10％至100％的容量范围下实现无级调节运行，能耗低于一般压缩机综合能源损耗40％以上，实现了整个范围内的无级调节运行，具有优秀的季节能耗比，特别适合负荷变化较大的建筑，完全符合节能设计规范中对设备的要求。

空调系统设计
1、室外空调通风计算参数见表1。

2、 室内设计参数见表2。

3、 空调设备选型
本建筑群一期工程共有建筑83栋，四种楼型，10余种户型，由于楼层、朝向有所不同，各房间冷热负荷也不相同（单位面积平均最大冷负荷为146w/m2，热负荷为130w/m2）。考虑到房间供热、制冷效果和温度升降速度，应以设备选型匹配的负荷值进行选型机组的配型。
需要说明的是，在配置室内机组时，应按照室内机组的冷、热最大出力与建筑物的冷、热负荷值进行比较，取最大值做为选配机组的依据，特别还应注意到户式中央空调冬季制热工况除霜逆运行时，反吹造成的室温下降对制热效果的影响。室内机组可根据建筑的性质和使用情况按照50～110％的主机容量配置室内机数量。
该工程共设置不同型号的室外机509台，不同型号的室内机1929台，同时还使用用于新风置换的全热空气交换器1200余台。一期工程已于2003年年底至2004年4月陆续竣工，目前已有众多用户在本基地落户。从空调系统的使用效果看，既解决了收费问题，也解决了用户对室内参数的不同需要问题，取得非常好的效果，各方均比较满意。建设方决定二期25万平方米建筑继续采用这种空调方式。

数码户式空调设计、施工时应注意的问题
户式集中空调在北方地区应用时，在设计和施工时还应注意如下问题：
1、设计时应注意的问题
选择适当的建筑结构保温形式和恰当的窗墙比，使建筑的冷、热负荷减少，从而减少空调装机容量，使空调的初投资和运行费用大幅度下降。
在当时，如此大面积单独使用户式中央空调系统的办公建筑群在北方地区还不多见。由于北方地区有冬季采暖及部分建筑设备保温防冻的问题，北方地区单独使用户式空调时，应特别注意卫生设备和管道的保温防冻问题。这也是设计者最担心的问题之一。室内设备、管道的防冻问题解决的途径有两个：一是与建筑专业配合，尽量将厨房、卫生间等房间设计在合理位置，并尽量设置管道竖井及厨卫排风管道，通过人工控制排风引起的负荷；二是根据不同性质建筑，对明装管道和管井中的管道进行保温设计，必要时可采用电伴热防冻措施，以避免冬季发生不测。
设计室内机组时，应充分考虑室内气流组织问题。根据所选机型和出风口形式，保证室内气流组织合理，避免出现死角。设计时，还应该注意较大建筑的内外区划分问题，尽量使内外区的空调机组分开设置，以保证不同的需要。
“非典”流行过后，人们对空气的品质要求提高，许多户式空调用户希望能够提供足够的新风，但从建筑节能的角度，新风量又不宜过大。通常提供新风有三种方法：第一种方法也是最简单的方法，就是定时开窗通风换气；第二种方法是将新风用管道直接引到机组的新风接口，但提供的新风量有限；第三种方法就是采用恒温换气机（全热空气交换器）进行通风置换，由于换气机同时进行送排风，使房间压力基本保持平衡，并能提供足够的新风，同时还可以回收部分冷热量，节约了能源，但会增加初投资。在条件允许的情况下，应尽量采用该种方式。
2、施工中应注意的问题
由于空间高度的限制，凝结水管的坡度有时难以保证，国外多采用在设备上增加排水泵进行强排的方法，凝结水排放没有任何问题。而国产末端设备大多数没有凝水排水泵，有些产品将排水泵作为选配件，多被用户订货时取消，而采用自然排水，就需要根据实际情况采取必要的技术措施，确保凝水的排放。
在北方地区，有时会忽视冬季的设备管道保温防冻内容，在施工时应作提醒。特别是对于民用建筑，由于人们习惯人走关空调，在没有其他辅助采暖措施时，亦会发生管道冻坏现象，因此管道设备保温十分重要。在冬季取暖时，其室外温度越低，建筑所需的热负荷就越大，但这时空调机组的供热出力是最低的，因此，应在做好经济比较的前提下，决定是否同时采用其他辅助采暖方式。
室外机的安装，既要不影响建筑物的美观，还要注意集中安置室外机对周围气流产生的影响，尽量避免因室外热气流引起的温度随楼层升高而形成的温度场对空调制冷效率的影响。因此，应尽量避免室外机外设置不必要的遮挡，在凹陷式露台设置室外机组时，还应当设置必要的导流措施。

户式空调系统运行
户式空调的最佳运行方式是连续不间断运行，公共建筑、办公建筑能够做到，对于民用建筑，往往习惯人走关闭空调的“行为节电”运行方式。这种运行方式在夏天尚可行，但在北方地区冬天如此运行却是非常危险的。从蓄热和供热安全的角度看，建议采用连续运行方式，可以利用机组的运行自控功能，将机组设置成两种运行模式，即 “正常（温度）工况”和“值班（温度）工况”，两者按设定时间和设定的参数自动进行切换运行，这对于数码户式空调系统是很容易做到的。当然也可以进行人工控制，这样就可满足不同用户、不同时间段的运行要求。
再从运行管理的角度看，由于户式集中空调系统可进行小范围的温度自动调节，并由用户自行进行设置温度并控制运行，减少了物业方对空调系统的管理工作量，还能很好地解决因房间温度不均引起的投诉问题。由于户式空调单纯使用电力，计量和收费关系简单明了，收费管理非常容易。
从已建成的使用户式集中空调系统的建筑和运行效果来看，户式集中空调完全可以适应办公写字楼建筑使用，甚至还是一种不错的空调方案选择。随着有关部门相继制订的户式集中空调产品的国家标准的出台，特别是《户式空调工程技术规范》的颁布，将使户式空调系统的设计、施工及验收有章可循、有法可依，这也会促进户式集中空调的发展。