辦公建筑應(yīng)用戶式空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計解析的論文

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引言近年來，辦公寫字樓的市場急劇增長，眾多公司、企業(yè)紛紛搬進(jìn)了辦公寫字樓辦公，使辦公寫字樓的物業(yè)管理業(yè)變得十分興旺，各運(yùn)行單位更加注意成本的分?jǐn)偤怂?，不得不考慮整個建筑的運(yùn)行綜合成本問題。由于高檔辦公寫字樓內(nèi)部一般按開敞式大空間設(shè)計，通常多采用大型中央空調(diào)系統(tǒng)，但寫字樓在出租時，面積需要按照用戶的使用要求重新進(jìn)行分割。由于各使用單位所占用的面積不同，且相對獨(dú)立，很難保證用戶都能在一個單獨(dú)控制的空調(diào)單元內(nèi)，再加上各單位的進(jìn)住時間、日常辦公模式、辦工時間、環(huán)境溫度要求等均有所不同，集中空調(diào)系統(tǒng)管理控制起來十分困難。因此，必須更新傳統(tǒng)的設(shè)計理念，打破高檔辦公建筑一定使用大型中央空調(diào)的觀念，緊緊圍繞高檔辦公樓的使用功能及特點(diǎn)，量體裁衣，定制出適合高檔辦公寫字建筑的空調(diào)系統(tǒng)形式。本文以座落在某開發(fā)園區(qū)的辦公建筑群體設(shè)計為例，對使用戶式集中空調(diào)系統(tǒng)的辦公建筑進(jìn)行解析，闡述戶式空調(diào)系統(tǒng)用在辦公寫字建筑中的優(yōu)勢和在設(shè)計、施工中應(yīng)注意的問題，供在今后設(shè)計戶式集中空調(diào)時參考。2 工程概況和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案的確定本建筑群體座落在北京某開發(fā)園區(qū)，一、二期工程建筑面積共45萬平方米，全部建筑為獨(dú)棟式辦公樓建筑，環(huán)境好，品位高，各建筑之間獨(dú)立性好，面積劃分靈活，適用性強(qiáng)，是非常理想的辦公場所，開發(fā)商將其定位在各大公司在中國的總部基地。其中一期工程總建筑面積為20萬平方米，由 83棟十層建筑組成。我們在大廈進(jìn)行設(shè)計調(diào)研過程時發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常發(fā)生一個客戶加班需要空調(diào)，整座大廈的空調(diào)水系統(tǒng)、空調(diào)冷熱源系統(tǒng)全部投入運(yùn)行的情況，盡管有工作人員值班，但僅水泵電耗就可想而知。而且，經(jīng)常發(fā)生用戶與物業(yè)因為空調(diào)問題發(fā)生的糾紛，有時還會造成物業(yè)管理收費(fèi)困難。為此，開發(fā)商想尋求一種適合獨(dú)棟式辦公樓建筑、可靈活地進(jìn)行空調(diào)面積劃分、可分區(qū)域單獨(dú)控制溫度和計量收費(fèi)的中央空調(diào)模式。經(jīng)數(shù)輪多方調(diào)研、論證、比較，最終將數(shù)碼戶式集中空調(diào)系統(tǒng)作為該項目的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計方案之一。戶式空調(diào)，又稱戶式中央空調(diào)，科學(xué)的名稱叫“家用型集中空調(diào)”，源于美國，適合于當(dāng)?shù)厝龑右韵碌莫?dú)立式別墅建筑使用，近年來被引入我國。戶式空調(diào)分許多類型，最常用的是空氣源熱泵系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)具有設(shè)計施工簡單、控制靈活方便、計量和收費(fèi)容易、檔次較高等眾多優(yōu)點(diǎn)，在我國的發(fā)展速度很快，不但被用于高級住宅和別墅建筑，還有相當(dāng)一部分被用于商業(yè)和辦公建筑，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了該空調(diào)系統(tǒng)的“家用”范疇，成為名副其實(shí)的“中小型集中空調(diào)”，為此，我們在本文中暫稱它為“戶式集中空調(diào)”。用戶選擇的數(shù)碼戶式多聯(lián)變冷媒流量的集中空調(diào)系統(tǒng)，是由采用了數(shù)碼寬度脈沖調(diào)節(jié)控制技術(shù)的變?nèi)萘繙u旋壓縮機(jī)的室外機(jī)與多臺可單獨(dú)控制的室內(nèi)機(jī)組成, 室內(nèi)機(jī)還可以按50110的室外機(jī)容量進(jìn)行靈活配備，是新一代模塊化、集約化的多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)（簡稱dvm）。該空調(diào)的最大冷媒配管長度可達(dá)150米，室外機(jī)與室內(nèi)機(jī)高低差可達(dá)50米，完全可以解決室外機(jī)的放置問題。室內(nèi)機(jī)之間高差可以達(dá)到15米，完全可以滿足較大范圍內(nèi)分散空間的空氣調(diào)節(jié)。該空調(diào)系統(tǒng)既可制冷又可制熱，安裝維護(hù)簡便、靈活性強(qiáng)，無任何電磁干擾，適用于多種場所特別是數(shù)碼渦旋技術(shù)能讓壓縮機(jī)在10至100的容量范圍下實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)運(yùn)行，能耗低于一般壓縮機(jī)綜合能源損耗40以上，實(shí)現(xiàn)了整個范圍內(nèi)的無級調(diào)節(jié)運(yùn)行，具有優(yōu)秀的季節(jié)能耗比，特別適合負(fù)荷變化較大的建筑，完全符合節(jié)能設(shè)計規(guī)范中對設(shè)備的要求。在當(dāng)時，如此大面積單獨(dú)使用戶式中央空調(diào)系統(tǒng)的辦公建筑群在北方地區(qū)還不多見，由于北方地區(qū)有冬季采暖及部分建筑設(shè)備保溫防凍的問題，單一使用戶式中央空調(diào)進(jìn)行冬季采暖的設(shè)計風(fēng)險較大，作為設(shè)計者，在設(shè)計之初對該方案是否可以在冬季正常供暖和設(shè)備、管道是否會凍壞的問題上也無太大把握。為保險起見，除提議建筑上加強(qiáng)了維護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能外，還特別對衛(wèi)生間內(nèi)和管道井中的管道采取了保溫防凍措施，避免冬季發(fā)生不測。 3 空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計 室外空調(diào)通風(fēng)計算參數(shù)見表1：室外空調(diào)通風(fēng)計算參數(shù)表1 項 目參 數(shù)項 目參 數(shù)夏季空調(diào)計算干球溫度通風(fēng)計算干球溫度空調(diào)計算濕球溫度平均風(fēng)速/s空調(diào)計算日均溫度風(fēng)向n大氣壓力 冬季空調(diào)計算干球溫度-采暖計算干球溫度-空調(diào)計算相對濕度45通風(fēng)計算干球溫度-大氣壓力平均風(fēng)速/s 風(fēng)向nnw 室內(nèi)設(shè)計參數(shù)見表2：室內(nèi)設(shè)計參數(shù)表表2 房間名稱室內(nèi)溫度相對濕度新風(fēng)量m3/h人排風(fēng)量次/h室內(nèi)噪聲標(biāo)準(zhǔn)nr夏季冬季夏季冬季辦公室24262022 30/3040個人辦公室24262022 40 會議室25271820 40/3040衛(wèi)生間/1618/ 6/ 空調(diào)設(shè)備的選型本建筑群一期工程共有建筑83棟，四種樓型，10余種戶型，由于樓層、朝向有所不同，各房間冷熱負(fù)荷也不相同（單位面積平均最大冷負(fù)荷為146w/m2，熱負(fù)荷為130 w/m2）?？紤]到房間供熱、制冷效果和溫度升降速度，這里以設(shè)備選型匹配的負(fù)荷值進(jìn)行選型說明機(jī)組的配型。某棟建筑的機(jī)組配型表表3樓層房間名稱房間面積機(jī)種臺數(shù)機(jī)器容量系統(tǒng)配置m2w/m2w一層產(chǎn)業(yè)用房,00022hp(1-1)1-1-1 1-1-2 1-1-3avmlh1052產(chǎn)業(yè)用房,0002-1-1 2-1-2 2-1-3avmlh1052產(chǎn)業(yè)用房,00014hp(1-2)1-2-1 1-2-2 1-2-3avmlh1052小計 918870,000 二層產(chǎn)業(yè)用房,50022hp(2-1)1-1-4 1-1-5 1-1-6產(chǎn)業(yè)用房,5002-1-4 2-1-5 2-1-6產(chǎn)業(yè)用房,50010hp(2-2)2-2-1 2-2-2 2-2-3小計 917163,000 三層產(chǎn)業(yè)用房,50026hp（3-1）3-1-1 3-1-2 3-1-3avmlh1051產(chǎn)業(yè)用房,5004-1-1 4-1-2 4-1-3avmlh1051產(chǎn)業(yè)用房,50014hp(3-2)3-2-1 3-2-2 3-2-3avmlh1051小計 917977,000 四層產(chǎn)業(yè)用房,50026hp（4-1）3-1-4 3-1-5 3-1-6avmlh1051產(chǎn)業(yè)用房,5004-1-4 4-1-5 4-1-6avmlh1051產(chǎn)業(yè)用房,50014hp(4-2)4-2-1 4-2-2 4-2-3avmlh1051小計 917977,000 五層產(chǎn)業(yè)用房,50026hp（5-1）5-1-1 5-1-2 5-1-3avmlh1051產(chǎn)業(yè)用房,5006-1-1 6-1-2 6-1-3avmlh1051產(chǎn)業(yè)用房,50014hp（5-2）5-2-1 5-2-2 5-2-3avmlh1051小計 917977,000 六層產(chǎn)業(yè)用房,50026hp（6-1）5-1-4 5-1-5 5-1-6avmlh1051產(chǎn)業(yè)用房,5006-1-4 6-1-5 6-1-6avmlh1051產(chǎn)業(yè)用房,50014hp（6-2）6-2-1 6-2-2 6-2-3avmlh1051小計 917977,000 七層產(chǎn)業(yè)用房,50010hp（7-1）7-1-1 7-1-2avmlh10516hp（7-2）7-2-1產(chǎn)業(yè)用房,50010hp（7-3）7-3-1 7-3-2avmlh10516hp（7-4）7-4-1產(chǎn)業(yè)用房,50014hp（7-5）7-5-1 7-5-2 7-5-3avmlh1051小計 917977,000 合計 2,891 63179518,000 需要說明的是，在配置室內(nèi)機(jī)組時，應(yīng)按照室內(nèi)機(jī)組的冷、熱最大出力與建筑物的冷、熱負(fù)荷值進(jìn)行比較，取最大值做為選配機(jī)組的依據(jù)，特別還應(yīng)注意到戶式中央空調(diào)冬季制熱工況除霜逆運(yùn)行時，反吹造成的室溫下降對制熱效果的影響。室內(nèi)機(jī)組可根據(jù)建筑的性質(zhì)和使用情況按照50110的主機(jī)容量配置室內(nèi)機(jī)數(shù)量。該工程共設(shè)置不同型號的室外機(jī)509臺，不同型號的室內(nèi)機(jī)1929臺，同時還使用用于新風(fēng)置換的全熱空氣交換器1200余臺。一期工程已于2003年年底至2004年4月陸續(xù)竣工，目前已有眾多用戶在本基地落戶，從空調(diào)系統(tǒng)的使用效果看，既解決了收費(fèi)問題，也解決了用戶對市內(nèi)參數(shù)的不同需要問題，取得非常好的效果，各方均比較滿意。建設(shè)方?jīng)Q定二期25萬平方米建筑，繼續(xù)采用這種空調(diào)方式。4數(shù)碼戶式空調(diào)在設(shè)計、施工時應(yīng)注意的問題：戶式集中空調(diào)在北方地區(qū)應(yīng)用時，在設(shè)計和施工時還應(yīng)注意如下問題： 設(shè)計時應(yīng)充分考慮建筑節(jié)能問題。選擇適當(dāng)?shù)慕ㄖY(jié)構(gòu)保溫形式和恰當(dāng)?shù)拇皦Ρ?，使建筑的冷、熱?fù)荷減少，從而減少空調(diào)裝機(jī)容量，使空調(diào)的初投資和運(yùn)行費(fèi)用大幅度下降。 北方地區(qū)單獨(dú)使用戶式空調(diào)時，應(yīng)特別注意衛(wèi)生設(shè)備和管道的保溫防凍問題。這也是設(shè)計者最擔(dān)心的問題之一。解決室內(nèi)設(shè)備、管道的防凍問題解決的途徑有兩個：第一，與建筑專業(yè)配合，盡量將廚房、衛(wèi)生間等房間設(shè)計在合理位置，并盡量設(shè)置管道豎井及廚衛(wèi)排風(fēng)管道，通過人工控制排風(fēng)引起的負(fù)荷。其次，根據(jù)不同性質(zhì)建筑，對明裝管道和管井中的管道進(jìn)行保溫設(shè)計，必要時可采用電伴熱防凍措施。 設(shè)計室內(nèi)機(jī)組時，應(yīng)充分考慮室內(nèi)氣流組織問題。根據(jù)所選機(jī)型和出風(fēng)口形式，保證室內(nèi)氣流組織合理，避免出現(xiàn)死角。 設(shè)計時，還應(yīng)該注意較大建筑的內(nèi)外區(qū)劃分問題，盡量使內(nèi)外區(qū)的空調(diào)機(jī)組分開設(shè)置，以保證不同的需要。 設(shè)計時應(yīng)考慮新風(fēng)問題?！胺堑洹绷餍羞^后，人們對空氣的品質(zhì)要求提高，許多戶式空調(diào)用戶希望能夠提供足夠的新風(fēng)，但從建筑節(jié)能的角度，新風(fēng)量又不宜過大。通常提供新風(fēng)有三種方法：第一種方法也是最簡單的方法，就是定時開窗通風(fēng)換氣；第二種方法是將新風(fēng)用管道直接引到機(jī)組的新風(fēng)接口，但提供的新風(fēng)量有限；第三種方法就是采用恒溫?fù)Q氣機(jī)（全熱空氣交換器）進(jìn)行通風(fēng)置換，由于換氣機(jī)同時進(jìn)行送排風(fēng)，使房間壓力基本保持平衡，并能提供足夠的新風(fēng)，同時還可以回收部分冷熱量，節(jié)約了能源，但會增加初投資。在條件允許的情況下，應(yīng)盡量采用該種方式。 施工中應(yīng)注意的問題 注意凝結(jié)水的排放問題。由于空間高度的限制，凝結(jié)水管的坡度有時難以保證，國外多采用在設(shè)備上增加排水泵進(jìn)行強(qiáng)排的方法，凝結(jié)水排放沒有任何問題，而國產(chǎn)末端設(shè)備大多數(shù)沒有凝水排水泵，有些產(chǎn)品將排水泵作為選配件，多被用戶訂貨時取消，而采用自然排水，這就需要根據(jù)實(shí)際情況采取必要的技術(shù)措施，確保凝水的排放。筆者在工程中曾嘗試過如下的作法：在吊頂內(nèi)采用d40的u-pvc管，基本無坡環(huán)形敷設(shè)，室內(nèi)機(jī)的凝結(jié)水全部排放到管道中，在環(huán)形管的幾個地方分別引出排水管至排水點(diǎn)，解決了凝水排放問題。現(xiàn)在的許多末端產(chǎn)品都可以配備排水泵，建議有條件的用戶采用這種排水方式為宜。 北方地區(qū)的管道保溫及輔助供熱問題。由于種種原因，有時設(shè)計會忽視這部分設(shè)計內(nèi)容，施工時應(yīng)作提醒。特別是對于民用建筑，由于人們習(xí)慣人走關(guān)空調(diào)，在沒有其他輔助采暖措施時，亦發(fā)生管道凍壞現(xiàn)象，因此管道保溫十分重要。在冬季取暖時，其室外溫度越低，建筑所需的熱負(fù)荷就越大，但這時空調(diào)機(jī)組的供熱出力是最低的，因此，應(yīng)在做好經(jīng)濟(jì)比較的前提下，決定是否采用其他輔助采暖方式。室外機(jī)的放置問題。室外機(jī)的安裝，既要不影響建筑物的美觀，還要注意集中安置室外機(jī)對周圍氣流產(chǎn)生的影響，盡量避免因室外熱氣流引起的溫度隨樓層升高而形成的溫度場對空調(diào)效率的影響。以本設(shè)計為例，建筑專業(yè)較好的解決了室外機(jī)的安裝位置，但我們發(fā)現(xiàn)，在夏季某無風(fēng)天測量室外機(jī)安裝位置附近的溫度時（室外溫度33，其機(jī)組全部開啟），其上部溫度比首層溫度高出2左右，這將會影響上部空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率。曾有研究表明：室外溫度升高1，其空調(diào)的效率下降1左右。因此，盡量避免室外機(jī)外設(shè)置不必要的遮擋，在凹陷式露臺設(shè)置室外機(jī)組時，還應(yīng)當(dāng)設(shè)置必要的導(dǎo)流措施。5戶式空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行問題戶式空調(diào)的最佳運(yùn)行方式是連續(xù)不間斷運(yùn)行，公共建筑、辦公建筑能夠做到，對于民用建筑，往往習(xí)慣人走關(guān)閉空調(diào)的“行為節(jié)電”運(yùn)行方式。這種運(yùn)行方式在夏天尚可行，但在北方地區(qū)冬天如此運(yùn)行卻是非常危險的。從蓄熱和供熱安全的角度看，建議采用連續(xù)運(yùn)行方式，可以利用機(jī)組的運(yùn)行自控功能?？蓪C(jī)組設(shè)置成兩種運(yùn)行模式，即 “正常（溫度）工況”和“值班（溫度）工況”，兩者按設(shè)定時間和設(shè)定的參數(shù)自動進(jìn)行切換運(yùn)行，這對于數(shù)碼戶式空調(diào)系統(tǒng)是很容易做到的，當(dāng)然也可以進(jìn)行人工控制，這樣就滿足不同用戶、不同時間段的運(yùn)行要求。 6結(jié)論不管今后戶式空調(diào)形式被定義為“