京仪科技大厦暖通空调设计体会

徐燕

摘要：京仪科技大厦是集办公、会议、餐饮等各种功能于一体的现代化综合楼。建筑面积为10.3万平方米。地下三层，地上主体为12层，裙房为4层。在设计中结合工程特点,冬季采用市政热力作为热源，夏季内外区均由冷水机组提供冷源；冷冻机房内设三台800RT离心式冷水机组，一台432RT螺杆式冷水机组。冬季采用冷却塔的冷却水系统经设于冷冻站的换热器交换后为局部内区供冷。本建筑全年采用空调系统供冷供热。本建筑空调水系统采用冬夏两用分区双管闭式循环（内外区水系统分设），一次泵变流量系统。

关键词：空调冷热源，冷水机组，空调水系统，空调风系统，自动控制，节能

一、设计标准及参数

1.室外空调通风设计计算参数

夏季：

1) 空气调节干球温度tg=33.2℃

2) 空气调节湿球温度ts=26.4℃

3) 通风干球温度tg=30.0℃

冬季：

1) 通风干球温度tg=-5℃

2) 空气调节干球温度tg=-12℃

3) 室外相对湿度φ=45%

2.外墙玻璃幕墙热工性能技术数据如下

（以下数据由业主提供）

1) 室外：

外片玻璃 玻璃：蓝，浮法玻璃，第二面镀太阳能控制热反射LOW-E膜

厚度：6mm，中空厚度：12mm

内片玻璃 玻璃：透明浮法玻璃，

厚度：6mm

总厚度24mm

2) 室内：

可见光透射率： 37% 太阳能反射率（出）8%

K值 1.9W/m2.℃ 可见光反射率：（出） 13%

遮阳系数（总） 0.34太阳能透射率： 20%

太阳能得热系数 0.30

3.室内空调设计计算参数

表1-1 室内空调设计计算参数

房间名称 温度 ℃ 相对湿度 % 噪声

A(dB) 新风量

m3/h.人

夏季 冬季 夏季 冬季

1 办公室 25 22 ≤60 ≥45 40 50

2 会议室 25 20 ≤60 ≥45 35 40

5 餐厅 24 20 ≤60 ≥45 50 30

6 走廊 27 18 ≤60 ≥45 55 25

4.室内通风设计计算参数

表1-2内通风设计计算参数

编号 房间名称 进风（次/时） 排风（次/时） 备注

1 汽车库 5 6

2 变配电室 按允许工作温度值计算进排风量

3 水泵房 3

4 卫生间 空调与风补风 10

5 厨房 平时按4次/时 操作间工作时按50次/时

6 冷冻站 3 4

7 热力站 3 4

8 人防 1 1

9 中水站 9 10

二、空调冷热源：

1.空调负荷计算

一般情况下，空调房间的夏季计算得热量，主要包括以下几项：⑴通过围护结构（外墙、外窗、屋顶）传入室內的热量；⑵通过外窗进入室内的太阳辐射热量；⑶人体散热量（显热和潜热）；⑷照明散热量；⑸设备散热量；⑹食品散热量等。当上述的热传递达到平衡时，即形成房间冷负荷。空调房间或区域的冷负荷计算采用冷负荷系数法，分别计算上述各项的逐时冷负荷，然后逐时叠加，得出综合最大值，即为本房间的空调计算冷负荷，该值用以确定本房间或区域的送风量和设备规格。空调房间的计算散湿量主要包括以下几项：⑴人体散湿量；⑵食品散湿量；⑶液面散湿量等。

建筑物空调冷负荷，应采用各房间逐时冷负荷的综合最大值，并计入新风冷负荷以及设备、管道温升引起的附加冷负荷。该值可用于确定制冷机的容量。空调系统的冬季计算热负荷为围护结构热负荷加上新风热负荷。本建筑全年采用空调系统供冷供热，按上述方法通过计算，夏季空调系统冷负荷为9493kW，冬季空调系统冷负荷(内区负荷)为650kW，冬季空调热负荷为8500kW。

2.冷热源的选择

常用的冷热源方式主要有：电动式制冷机组加锅炉、溴化锂吸收式制冷机加锅炉、热泵式机组、直燃式溴化锂吸收式制冷机组、电动式制冷机组加锅炉加冰蓄冷系统。冷热源的选择要从性能特点、投资、能耗、环境污染、设备适用性等方面综合考虑。

热源以城市热网供热为首选。高度集中的热源能效高，便于管理，也有利于环保。

电动式冷热水机组在技术上比热力式冷热水机组成熟可靠，在调试、运行维护方面比热力式机组方便。从初投资、一次能耗、运行成本来看，电动式机组优于热力式机组，而风冷热泵机组虽然比常规的制冷机加锅炉方案一般节省初投资25%，但是单台机组的容量小，且难以满足冬季同时供冷供热的需要，所以不宜应用在大型建筑中。从能耗方面考虑，蓄冷空调可以起到移峰填谷作用，均衡了电网负荷，提高了电网的供电能力，但是制冷机制冰时COP值降低，所以蓄冷空调比常规空调要消耗更多的电能。吸收式冷水机组的一次能耗也比电动式制冷机组高，若无余热可利用，热水型机组一般情况下应尽量少用。从对环境污染方面考虑，应考虑电动式机组的CFC对臭氧层的影响，以及热力式机组温室气体CO2排放和SO2的排放问题。

综合以上因素和本工程的实际情况，空调冷源由电制冷机组提供，制冷工质为R134a，以减少对大气臭氧层的破坏。空调热源为市政热力。

3.冷水机组的配置

冷水机组的配置主要依据空调系统的冷热负荷情况。为了保证系统可靠的运行以及适应空调负荷的变化，机组宜配置多台。并且要考虑系统的最小负荷，来确定机组的单机容量。使机组的产冷量不但能满足最大负荷的需要，而且始终能与部分负荷相匹配，让机组在较高的效率下运行。

本工程既有大量的商业、餐厅、娱乐场所，又有大面积的办公。在地下娱乐及办公部分，存在大量的内区。夏季，全楼都需要制冷；冬季由于室外气温低于室内，通过外墙、外窗的传热、渗透等影响，外区需要供暖，才能保持室内所需的温度；但是，远离外墙、外窗的内区，冬季不但没有热损失，而且，随着办公设备的迅速进步，室内使用的自动化办公设备的种类和数量愈来愈多，这些办公设备的用电自然最终还是以热的形式散发出来；另外，现代化大厦室内照明的照度标准也远远高于一般常规建筑。这样大功率的照明灯具显然也是全年稳定的散热源。所以，就这部分区间而言，冬季不但不需供暖，而且还得供冷，否则室内便会过热。

本工程夏季空调计算负荷10190 kW，其中内区负荷为630 kW。因此配置3台800RT的离心机组及1台432RT螺杆机组。夏季内外区均由冷水机组提供冷源；冷冻水供回水温度7℃/12℃,冷却水供回水温度32℃/37℃。过渡季节及冬季时外区的空调供热，热源由热力站提供，供回水温度为60/50℃。内区全年供冷：当室外湿球温度ts＞1℃时，开启制冷机组，为内区提供冷源，当室外湿球温度ts≤1℃时，开启冷却塔制冷系统，关闭所有的冷水机组，由冷却塔制冷系统为内区提供冷源，冷却塔冬季供水温度为9℃,回水温度14℃。一次水供水温度为7℃，回水温度9 ℃。

选择离心式制冷机的原因在于它具有制冷量大，COP值高，且输出能量调节范围大等优点。制冷机房设于该建筑地下三层，即可以减少机组振动及噪声对建筑物其它房间的影响，也减少机组重量对结构楼板承重的负担。机房内还包括四台冷冻水泵、四台冷却水泵和两套补水定压设备。四台冷却塔设于群房屋顶。

三．空调水系统

1.闭式一次泵（负荷侧）变流量系统

本工程空调冷水系统采用闭式一次泵系统，负荷侧为变流量，冷冻泵为定流量，采用压差控制器旁通水量。闭式系统是一种在高层建筑空调中常采用的方式，与带有水池的开式系统相比，闭式系统具有如下特点：a）循环水泵耗电少，因水泵扬程仅需克服管路循环阻力，与楼层高度无关；b）管路系统不易受污染和腐蚀。

本工程所采用的单级泵、变流量（用户侧）水系统是一种应用较多，比较成熟的系统。它的特点是在冷水机组入口或出口水管上设循环泵，该泵的流量为冷水机组的额定流量，扬程为系统最不利环路的阻力。在系统供回水总管之间设一旁通管，管上有带压差传感器的旁通阀门，当用户侧负荷减少时，部分供水从旁通管返回回水总管，进入冷水机组，因而冷水机组蒸发器的水流量能保持稳定，保证了传热效率，避免蒸发器缺水被冻裂或冷水机组工作不稳定。它的实质就是通过一根旁通管来保持冷冻机侧定流量而让用户侧处于变流量运行。这种系统的优点是管路简单，省投资，控制元件少，运行管理方便；缺点是不够节能。

本工程的每台空调机组、新风机组和风机盘管的回水支管上均设有动态平衡电动调节两通阀，两通阀的开度分别根据回风、送风或室内温度传感器的信号控制，使用户侧冷负荷达到变流量调节。同时该阀的开关与风机实行联动。

2.分区两管制水系统

分区两管制的特点是内区外区分别设两管制水系统。外区水系统在一供一回两根水管中，根据季节性及室内的需要选择供冷或供热。它包括外区风机盘管系统、新风机组系统、空调机组系统。内区主要包括内区风机盘管系统，由于全年供冷，在一供一回两根水管中，始终走空调冷水。这种分区两管制，既可以满足内外区各取所需的要求，又具有管路系统简单、初投资少等优点。

3.系统承压

本工程空调水系统最大静水高度约为45m (0.45MPa),循环水泵扬程经计算选为40m（0.4MPa）,冷水机组位于冷冻水泵的出口，所以所有空调设备承压均大于0.9MPa。

四、空调风系统

1.空调系统的划分原则

本工程中各层空调系统的划分原则是根据空调房间的使用功能和时间的不同进行划分，且不跨越防火分区。

2.全空气系统

本工程大空间的会议室、餐饮均采用全空气系统。空调机组采用单风机组合式，空调箱设有初效过滤段、混合段、表冷（热）段、送风机段。新风口和新风管的尺寸按总风量计算，这样，空调季节可关小新风电动调节阀达到设计的最小新风量（30%左右），过渡季节又可采用全新风运行，缩短制冷机开机时间，有利于节能。同时，每套全空气系统设两台排风机。其中一台风机为空调季排风机，排风量为空调季使房间保持5Pa正压后多余的新风量。另一台风机为过渡季排风机，过渡季排风机与空调季排风机风量之和应能保证过度季全新风运行时，室内正压小于50Pa。这样既可满足卫生要求，又可使空调房间保持适当的正压。而首层商业的排风由于外门多，且位于相对的两个方向、人员进出频繁，所以设由压差控制器控制启停的集中排风机，当室内外压差达到5Pa时，方才开启排风机。

全空气系统的气流组织形式是上送上回。会议室、餐饮的送风口为散流器，由于它具有作用范围大，扩散快的特点，所以便于空调送风与室内空气充分混合，气流比较均匀，使工作区处于回流状态。回风形式是在空调机房附近的吊顶上设集中回风口，利用大空间回风，缩短回风管，这样有利于布置风管，避免交叉打架。

3.风机盘管加新风系统

办公区域采用风机盘管加新风方式。风机盘管负担室内冷、热负荷，新风机组负担新风负荷。这种方式具有布置灵活，各房间可独立调节室温的特点。且房间无人时，可关掉机组，节约电能。它广泛应用在宾馆和办公建筑中。办公区域的风机盘管水系统按内外区分别设置，一般距外围护结构5m以内为外区，距外围护结构5m以上为内区。本工程开发商要求，办公部分设计成大开间式，将来用户租买后，再搭建隔墙。根据这一特点，办公区采用卧式暗装风机盘管接风管送风，吊顶回风，新风采用上送方式直接送入室内，这样便于在过渡季节单独送新风。风机盘管送回风口和新风口在吊顶上交错均匀布置，以适合于今后房间重新分隔的要求。新风系统不跨越防火分区，新风机组除设有初效过滤段、表冷（热）段、送风机段外，还设有加湿段，采用湿膜加湿方式。冬季对办公新风系统加湿是十分必要的，由于办公区域与商场相比人员密度很小，人体散湿量很小，将室外寒冷、干燥的空气经加热、加湿后送入室内，可以使工作人员的呼吸系统和皮肤感到舒适，避免人们相互接触时产生令人讨厌的“放电”现象，同时还可防止现代化的办公设备产生静电，影响使用。办公区域的空调排风除经走廊两端的卫生间排出外，其余通过排风机集中排出。

五、空调系统的自动控制

为了合理利用现有设备，充分发挥设备的功能，节省能源和人力资源，确保空调设备系统的安全运行，采取对空调设备及系统进行有效、合理的控制和管理，使设备及系统达到最佳的工作状况。

1.空调水系统的监控

控制对象：冷却塔风机启停，进塔冷却水蝶阀的开关，冷却水循环泵的启停，冷水机组的启停，冷冻水循环泵的启停，补水泵的启停，空调采暖循环泵的启停，压差阀的开度及电动水阀的开度。

2.检测内容：

冷却水供、回水温度，水流开关信号，冷冻水供、回水温度，冷冻水供、回水压差信号，冷水机组正常运行、故障及运程/本地转换状态，冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机工作、故障及手/自动状态，空调采暖循环泵的工作，故障及手/自动状态，换热器一次水及二次水出水温度、压力。

现场监控站根据上述监测的状态数据和设定的设备参数，自动控制设备运行。

3.联锁及保护

1）根据设定的工作程序表：DDC顺序启动→冷却塔进水阀→冷却水循环泵→冷却塔风机→冷冻水循环泵→冷水机组；停机顺序相反。

2）啟动后，水流开关检测水流状态，发生缺水、断水故障、自动停机。

3）设置时间延时和冷量控制上下限范围，防止机组启停频繁。

4.风机盘管的控制

风机盘管冷量控制主要通过设在回水管上的电动二通阀来实现水量的调节，室内的三速开关主要调节盘管风机的风速，室内人员可以根据自己的生活习惯来手动调节温度

5.新风机组系统控制

按设定时间程序启、停风机，并与进风阀门连锁。根据送风温度与设定值之差，以比例模式控制盘管水阀开度。冬季时设定阀门最小开度，以维持盘管不冻结最小热水流量。冬季停机时，室外温度低于2℃，调节阀开度设10％的最低开度，当表冷器温度低于5℃时，防冻器报警，并自动开启热水调节阀开度为最大。测量过滤器两侧气流压差，若超过设定值，更新过滤网。根据室内新风控制CO2浓度，控制进风风阀开度。

6.空调机组系统控制

根据设定时间程序启、停风机，累积运行时间。根据回风温度与设定值之差，以比例积分调节模式调节供水阀开度；春、秋季按比例调节风阀，改变新风、排风及送、回风混合比例；根据表冷器温度设、控制防冻开关。根据回风温度、湿度计算焓值与设定值之差，控制加湿段启停。加湿段与送风风机启停连锁。测量过滤器两侧气流压差，超过设限值，更新过滤网。

六、采暖系统

在有外围护结构且潮湿或有腐蚀性、不宜设风机盘管的区域设散热器作为值班采暖。

地下车库送风机选用热风机组，冬季采用热风采暖，保证室内5℃的防冻要求。

七、通风系统

本工程地下二、三层汽车库设机械送排风系统，并兼做排烟及补风机，送风量为5h-1，排风量为6h-1。由于地下车库层高很低，为了减低风管所占高度，只设置送风机与排风机，中间不设风管，设诱导风机接力。通风系统按防火分区设置。地下汽车库的送排风机启停采用二氧化碳浓度探测器进行自动控制，同时设手动就地控制。

地下三层汽车库战时兼作六级人防物资库，共两个防护单元，每个防护单元各设一套人防专用送、排风机，换气次数1h-1。在进排风竖井处增设防爆波设施和密闭风阀。

为了排除室内余热、余湿和有害气体，维持室内良好的环境，位于地下二、三层的变电所、水泵房、冷冻机房、热力站、卫生间均设有机械通风系统。

公共区域的卫生间均设有吊顶式排气扇，通过竖风道排至屋顶，屋顶设一台排风机进行接力排风，该风道上任何一台排风扇开启，则屋顶排风机运行，排风效果很好。

餐饮部分的厨房和餐厅均预留排油烟和排风竖井，风机设在屋顶。厨房排风量很大，补风量约为排风量的80%，其余20%的排风量来自厨房的空调风和餐厅，使餐厅相对厨房保持正压。

为保证本建筑空调新风质量要求，空调系统用室外新风进风口宜低于排风口3m以上；当进排风口在同一高度时，宜在不同方向设置，且水平距离不宜小于20m。进风口底部距室外地面不宜低于2m,当在绿化地带时不宜低于1m。

八、防排烟系统设计

地下二、三层汽车库每个防火分区设一套机械排烟系统，按《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》的要求，排烟风机排烟量不小于6h-1，每个防火分区内设一台排烟风机，在排烟管上设常闭的板式排烟口，每个防烟分区一个，在排烟风机入口设防烟防火阀，平时常开，当烟感报警时，控制中心可通过DC24V电信号使着火的排烟分区的排烟口打开排烟，着火部位的送风系统仍在运行，作为排烟补风，其它机械通风系统均关闭。

地上长度超过20m的内走廊均设机械排烟。地上面积超过100m2，地下单个房间面积超过50m2或总面积超过200m2，且经常有人停留和可燃物较多的无窗房间设机械排烟。地下部分的排烟系统同时设置了排烟补风系统，其补风量按不小于排烟分区排烟量的50%进行计算。

无外窗的防烟楼梯间及其合用前室均设机械加压送风系统，加压送风机设于楼顶。楼梯间每隔两层设一固定百叶风口，前室加压送风口为常闭多叶送风口且每层设置。火灾时，打开着火层及其上下两层的加压送风口。加压送风机的开启由消防控制中心控制，且与每层前室加压送风口连锁。

排烟风机采用专用的高温消防排烟轴流风机。排烟风机入口处均设置280℃自动关闭的排烟防火阀并与其相应的排烟风机及排烟补风机联锁。风管穿过机房隔墙处、防火墙处、楼板处安装70℃防火阀。

所有防排烟设备的启停运行均由烟感、或温感通过消防控制中心进行实施。排烟系统、加压送风系统均为双电源配制，当某一防烟分区火灾时该区除排烟系统、加压送风系统投入运行外，其余通风、空调系统全部停止运行。

九、消声与减振

暖通工程的设计，除作好计算选型、系统设置等工作外，还不应忽视隔音、降噪和减振方面的问题。因为随着社会的进步，人们更注重生活和工作环境。上述问题如果处理不好，会引起用户的不满，还会影响设备的正常运行。我本人和其他工程师设计的工程中均有这方面的教训。所以在本工程的设计中，我们做到：⑴ 空调机房、新风机房的顶板与四壁均贴吸音材料（与建筑配合），机房门选用防火隔声门。⑵冷水机组、空调机组、通风机的基础配减振基座，吊装风机安装减振吊架。⑶空调系统、新风系统、通风系统的送回风主管上安装宽频带的阻抗复合消音器，室外新、排风口的风速不大于3m/s。⑷冷水机组、水泵及空调机组、水管接管处设金属软接头。⑸屋顶风机配防雨隔声箱。⑹制冷机房、换热站等尽量设置在最底层，并远离人员活动的房间。通过采取以上措施，会将设备噪声和振动的影响降到最小程度，满足规范要求。

十、空调系统的节能

空调系统的节能是一个系统工程，要求在能源利用的各个环节和系统从规划到运转的全过程中贯彻节能的观点，才可能达到节能的效果。

首先应做好建筑节能，采用保温效果好的保温材料，透过率低的玻璃等建筑措施减少建筑物维护结构的得热量。

确定合理的室内温、湿度，采用合理的空调系统及冷源方案。在本工程中，选择两台COP值高、效率高、制冷量大的离心机组，同时也选择两台小制冷量、调节能力强的螺杆机组。可随着负荷的增加，逐台开启小冷量、大冷量的机组以适应负荷的需求。这样通过设备的互相匹配及控制，可根据负荷的变化开启不同的机组，减小设备的运行能耗，达到节能的目的。另外，本工程采用冷却塔制冷解决冬季内区制冷的问题，使过渡季及冬季尽可能少的开启冷冻机，以减小能耗达到节能的目的。

减少输送系统的能耗，尽量采用较好的保温材料，减少设备管道的能量散失。

空调气流组织设计也非常重要，不仅是保证工作区舒适性的需要，同时，气流组织会影响室内空气温度分布，影响系统回风和排风温度，从而影响空调能耗。

采用热回收技术，选用带热回收的空调机组，将进、排风进行热交换后再排出室外，可将能量再利用，达到节能的目的。本工程游泳池部分采用直流系统，能量损失过大，故选用一台热回空调收机组，这也是节能的一项措施。

本工程全空气系统设过渡季排风机，考虑过渡季采用全新风运行，减少制冷机运行时间，也达到节能的目的。

结论

以上就是我在京仪科技大厦暖通空调设计中的一些体会与总结。在这些年的暖通设计工作中，我深深感觉到，仔细精确的计算是设计工作的基础，而对规范和新技术的不断学习是设计质量的保证。只有作到这两点，才能使工程设计达到完美。

参考文献：

[ ] 《空气调节设计手册》(第二版)电子工业部第十设计研究院主编

[2] 《全国民用建筑工程设计技术措施－暖通空调•动力》2003

建设部工程质量安全监督与行业发展司中国建筑标准设计研究所编

[3] 《建筑设备专业技术措施》北京市建筑设计研究院编

[4] 《供暖通风设计手册》陆耀庆主编

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。