超高层办公建筑空调系统课题研究

黄诚

【摘要】本文针对24个超高层办公建筑空调系统进行课题研究，指出在进行超高层办公楼空调系统时，应从建筑空间、造型、整体能耗等多方面进行考虑，以确定品质优良的空调系统与产品。

【关键词】空调系统；空调与建筑

1 空调系统概念

空调系统形式的选用除了影响到办公大楼的空气品质、整体能耗外，对建筑空间与造型设计也产生一定影响。

空调系统一般由冷热源机组、冷量输送系统、空气处理设备、空气输送设备、空气分配设备、被调对象组成。

空调系统有多种分类方式，其中与建筑比较相关的是按空气处理设备的设置情况分类，分为集中空调系统、半集中空调系统、分散空调系统，其中集中及半集中空调系统亦可称为中央空调。

集中空调系统：空气集中于机房内进行处理，而空调房间内只有空气分配装置的空调系统。常见的有单风道定风量系统、双风道定风量系统、变风量系统。

半集中空调系统：除了集中空调机房外，还设有分散在空调房间内的二次设备（又称末端装置）的空调系统。常见的有风机盘管+新风系统。

分散空调系统：（局部机组）是把冷、热源和空气处理、输送设备（风机）集中设置在一个箱体内，形成的空调系统。常见的有单联式分体空调及多联式分体空调。

2 空调系统与建筑的关系

针对高层建筑的经验以及对市场分析，空调系统末端（即标准层内）一般采用四种形式：风机盘管+新风系统、多联式分体空调（VRV）、VAV空调系统、单联式分体空调。

空调系统对建筑的影响主要表现在三方面：占用建筑面积、影响立面、影响层高。

空调系统对建筑立面的影响主要表现在百叶的设置上。空调机运作，带走了室内的热量，热量的排放需要直接排放到室外，或通过管井直接对外的百叶窗。

2.1传统空调系统

a. 风机盘管+新风系统--市场写字楼最普遍采用

？定风量空调系统，市场上最成熟，最普遍空调系统。各房间布置风机盘管，新风经过空气处理机处理后送入室内。一般应用于宾馆、酒店。

优点：布置灵活，可根据不同房间不同使用功能布置，各自房间相互独立，管理方便。可以真正实现按需

要开启。新风机房占用建筑空间小。合理布置运行费用低，实现真正意义上的省钱。

缺点：房间内有冷凝水管，施工时冷冻水管、冷凝水管保温需要做好，以防漏水。

对建筑的影响：除了在地下室设置制冷机房外，还需要每层设置新风机房或空调管井，面积约每个20～30㎡，占用建筑面积。

如华南国际港航服务中心4层至16层办公区均采用风机盘管加新风系统方式，每层需设置新风机房4.2mX2.9m，及新风井1.6mX2.9m，可实现各层独立控制空调设备的开关，方便管理，另每个避难层设置空调机房90㎡至160㎡不等；禅城绿地中心T3、T4塔楼标准层需设置空调管井，面积约9㎡，每个避难层设置新风机房、空调换热间等，面积约130不等，一个新风机房控制多层空调设备，只能多层同时开关，管理较为不便。

风机盘管+新风机房属于中央空调，顶层设有冷却塔，热量可以被带上冷却塔处理，故对于这种系统来说，只需在外立面设置约等于每层新风井面积2～2.5倍的百叶面积即可，对立面影响比较小。

根据经验，风机盘管+新风系统室内走管高度约250mm，走道约350mm。当加上电气等其他设备走管时，办公室内需要预留约600mm高度空间。

华南国际港航服务中心空调系统布置

b. 多联式分体空调（VRV）

？VRV（Variable Refrigerant Volume）系统--变冷媒（制冷剂）流量多联系统，即控制冷媒流通量并通过冷媒的直接蒸发或直接凝缩来实现制冷或制热的空调系统。VRV空调实质上是另一种形式的分体式空调，它可以一台室外机组拖室内机组20～30台，机组可以不同规格、不同容量，而且室外机组为模块型。冷媒的配管长度最长为100m，室内外机组高差最大可达50m，室内机组之间的最大高差为30m，但当配管过长会出现能量衰减、能耗过大情况。

优点：使用能独立开关，方便分区控制调节室温，分户计费；

缺点：影响建筑立面；初期投资大。

对建筑的影响：不需要设置空调机房，或机房设置在屋顶，不占用计容面积。多联式分体空调（VRV）不存在制冷机房跟冷却塔，故所有热量只能通过室外机组排放。室外机组可放置于室外（如屋顶）或设备换热层内，而根据冷媒管的长度，对于高层超高层建筑来说，一般只能把室外机组设置在避难层，为满足散热要求，避难层必须设置大面积百叶，这将会对建筑立面造成比较大的影响。

例如白云绿地中心在避难层必须设置了大面积的开敞式设备区。

例如同样采用VRV空调系统的禅城绿地中心T2塔樓无避难层，三层至二十层每层靠外立面均设置两处设备间放置VRV空调设备，可实现各层独立控制空调开关，但是为满足设备散热要求，设备间对应外立面处均设置百叶，另由于每层设备经常同时运作，进出气流互相影响，故一般此立面设置的设备间及空调百叶高度应小于75米。

VRV空调系统室内走管高度约250mm，走道约350mm。当加上电气等其他设备走管时，办公室内需要预留约600mm高度空间。

禅城绿地中心空调系统布置

c.VAV空调系统--甲级写字楼普遍采用，香港市场使用尤多

？变风量（Variable Air Volume）空调系统（属全空气系统）是一种通过改变送风量来调节室内温湿度的空调系统。变风量空调系统由空气处理机组、新风/排风/送风/回风管道、变风量空调箱、房间温控器等组成，其中变风量空调箱是该系统的最重要部分。

优点：节能，无冷凝水烦恼，噪声低，灵活，提高建筑智能化程度，结构简单，维修工作量小，使用寿命长。

缺点：统一主机，不利于分户控制；新风作冷源，会因离风口的远近出现冷热不均现象；末端装置价格高，整个系统投资很大；实际工程中能按实际使用状况调出静压点的工程不多，真正意义上成功案例不多。

对建筑的影响：同风机盘管+新风系统，VAV空调系统也是需要除了在地下室设置制冷机房外，还需要每层设置新风机房，

占用建筑面积。以半新风系统为例，需要25㎡的新风机房，内含1.8㎡的新风井道。如广州富力中心各层需设置两6.8mX4.6m

的新風机房及0.9mX4.7m的管井，避难层设置新风机房等，面积约250㎡。

VAV空调系统风机与盘管+新风机房同属于中央空调，它们在顶层都设有冷却塔，故同样只需设置2至2.5倍新风井面积的百叶面积即可，对立面影响比较小。

根据经验，VAV系统室内空调走管高度约400mm，走道约500mm，当加上电气等其他设备走管时，办公室内需要预留约600mm高度空间。

富力中心空调系统布置

d.单联式分体空调

？即为一个室外机对应一个室内机。多应用于住宅、公寓或小规模办公楼。

优点：机组体积小、安装容易，控制灵活方便。

缺点：设备初投资高；运行能耗大；由于室内机组湿工况运行，在使用时间长不及时清洗，就会造成空气的二次污染；送风温差大，舒适性差；影响建筑外观。

对建筑的影响：不占用建筑面积，不影响层高，但影响建筑立面。单联式分体空调的室外机组较多联式分体空调要多很多，当使用这种形式时候，建筑外立面则需要每层在外墙设置空调板跟百叶。右图为白云绿地中心采用单联式分体空调的公寓部分墙身大样。

白云绿地中心空调布置

2.2地板送风系统

空气系统气流组织形式也是需要慎重考虑的一方面。目前国内外市场上甲级写字楼层高设置一般为4.0m～4.5m，考虑设备走管等原因做天花吊顶后净高2.7-3.0m，如何组织气流、布置空调管道影响着建筑室内净高。

传统的商业建筑中央空调系统基本上采用天花送风方式，空调末端装置和风管都安装在天花吊顶内部，占用空间大。如上文所说，传统空调系统走管加上电气等其他设备走管时，办公室内需要预留约600mm高度空间。 现今商业办公楼出现了一种新的空调形式--地板送风空调系统，它是由英国AET公司经过长期系统的研发，并成功地把技术推向全球。以往这种方式一般应用于洁净要求的电脑机房内。这种送风空调形式采用下送下回送风方式，在回风部位补给新风，排放废气口设在上方。通常这种地板送风空调系统与架空活动地板、可自由拆卸的组合间墙、方块地毯及综合布线系统等现代建造业成熟的技术有机的整合，为现代商业办公楼可持续发展提供了坚实的技术平台。

每台空调机、送风机和回风口栅格全部安装在活动地板上。与吊顶式系统相比，地板送风系统取消了大部分的风管，减少了安装工序，可以迅速、便利地安装及调整更换；从下而上的送风，新鲜空气直接送至工作岗位，上升的气流带走污染物，改善了热舒适性和室内空气品质；因为地板静压箱通常比吊顶静压箱要薄，采用地板送风系统，地板架空高度一般为400mm高，若房间内没有排烟设施，此种方式要比传统的天花板送风要节省最少200mm左右的高度。