北京第五广场空调系统设计案例分析
1、工程概况
本工程位于北京市东城区东四危改小区沿街公建北区D5区，北邻新保利大厦，南邻东方文化艺术中心，东侧为二环路，西侧为南新仓国际大厦。建筑效果图见图1。
图1 北京第五广场立面效果图
地上分为A，B，C座3栋塔楼，之间由两层交通层连接，其中A座地上17层，高80m;B座地上14层，高72m;C座地上11层，高60m;均为高档写字楼。地下共4层，地下1层为商业用房，地下1夹层为自行车库及部分设备机房。地下2层～地下4层为汽车库，其中地下3层和地下4层局部为设备机电用房，制冷机房、热力站、中水机房、消防水箱均占地下3层及地下4层两层空间。地下3层和地下4层汽车库战时为人防物资库。首层和2层为高档商业、银行、餐饮等用房，3层至顶层为办公层。
建筑占地面积13660m2，总建筑面积121340m2，其中地上建筑面积75478m2，地下建筑面积
45862m2。本工程设计时间为2004年初，2004年10月1日开工，2008年1月31日竣工。
2、设计参数
室内设计参数见表1。
3、空调冷热源
3.1冷源
本工程在地下4层分别设置4个独立的制冷机房，分别为A，B，C座办公楼及商场供冷。这种设置是有特定原因的，是项目原港方业主根据当时市场销售的意向确定的。但从今天节能、节地、节约投资的理念考虑并不可取。
注:本工程是在北京市《公共建筑节能设计标准》(DBJ 01 621 ?2005) 执行之前进行的设计。
为提高制冷机组的使用效率，选用以下制冷机组的组合，供不同的建筑物使用。A座办公楼选用2台2461kW和1台879kW的制冷机组(系统原理图见图2);B座办公楼选用2台2320kW和1台703kW的制冷机组;C座办公楼选用2台1969kW和1台527kW的制冷机组;商场及餐厅选用3台1406kW的制冷机组。本工程空调总冷负荷为18300kW，设备供冷负荷共为19710kW。
由于本工程是在北京市《公共建筑节能设计标准》(DBJ01-621-2005)执行之前设计的，其冷负荷指标偏大，主要由以下三种原因造成:
1)按港方要求，室内设计温度较低，为23℃。
2)传热系数K取值偏大。屋顶传热系数K=1.5W/(m2·K)，外墙传热系数K=2.5W/(m2·K)，外窗传热系数K=1.9W/(m2·K)，外门传热系数K=6.4W/(m2·K)。外墙部分实际也是玻璃幕墙，其内侧为5cm厚防火岩棉隔板及梁，考虑到玻璃构件与楼板间连接处的冷热桥的影响，这部分玻璃(即所谓的外墙)的K值取值比相应玻璃窗的K值1.9W/(m2·K)还要大。幕墙构造见图3。
3)当时的设计规范没有规定要设置送排风热回收系统，因而没设置热回收装置。
3.2热源
供暖及供热热源:由城市热网提供高温一次热水，夏季为70℃/40℃、冬季为125℃/70℃。经设在地下4层的换热站进行换热后，提供60℃/50℃的空调热水供新风机组、空调机组、VAV末端的热盘管、风机盘管及首层的地板供暖用。冬季空调供暖总热负荷为9800kW。整组建筑集中设置一个热力站。
4、空调水系统
4.1冷水系统
冷水机组提供的冷水设计供水温度为7℃，回水温度为12℃，4个制冷机房的冷水系统均为一次泵定流量水系统。空调水系统为四管制，且高低不分区(见图4)。
4.2热水系统
A，B，C座办公楼3层至顶层每层外区VAV的热盘管为仅设热水的两管制水系统，其余的空调机组、新风机组、风机盘管均采用四管制水系统。首层大堂入口局部设置地板供暖系统。地下1层以上的空调供热与地板供暖的热水系统为下供下回双管异程系统，供回水总干管设在地下2层顶板下。地下2层以下的空调供热系统为上供上回双管异程系统，供回水干管分别设在地下2层和地下3层(见图4)。
4.3冷却水系统
A，B，C座办公楼及商场各部分的冷却塔与各制冷主机相匹配，其冷却水进水温度为37℃，出水温度为32℃。A，B，C座办公楼系统的冷却塔放置于各自建筑的屋顶，商场及餐厅系统的冷却塔放置于B座屋顶。冬季及过渡季初期使用冷却塔+板式换热器的制冷系统，经换热器为冷水系统供冷以节省能源。冬季用冷却塔集水箱及管路均作电伴热防冻，并采取冬季运行时防白雾措施(见图4)。
5、空调风系统
5.1裙房部分
本工程裙房部分即首层、2层及地下1层为商业、餐厅、银行等用房，这几层的大空间采用全空气定风量系统，新风由设在首层上部的新风百叶引入 ;小空间(精品店、管理用房等)采用新风+四管制风机盘管的空调系统;均相应设计排风系统。
5.2办公部分
办公层每层面积为1787m2，均采用全空气变风量空调系统。每层设置2台变频空调机组(每台风量为25000m3/h)，新风经屋顶设置的新风空调机组处理后加压送至竖井供各层空调机组用，空调机组设CAV定风量阀控制新风量。吊顶内回风道接至机房，以机房作为回风静压箱。办公室分内外区，VAV系统控制采用定静压控制法;新风采用定最小新风量控制，即冬、夏季为30m3/(人·h)，新风量相当于10%的总送风量;过渡季为60m3/(人·h)。办公区分内外区，以A座标准层为例，外区采用(带热盘管的)串联风机动力型末端，共10台;内区采用单风道VAV末端，共10台。办公室均设有排风系统(见图5)。
6、租户用冷却水系统
考虑到办公层租户用的计算机、电信机房内的空调机房专用机组的制冷需要，集中设置了租户用冷却水系统，24h提供给租户32℃/37℃的冷却水用于机房专用空调的制冷。系统按每层20m2的机房面积预留，每m2机房面积按1400W考虑预留机房设备的冷负荷。沿用业主要求的冷源按栋分别设置的原则，A，B，C座办公楼分别在屋顶设置租户用闭式冷却塔，并在地下4层相对应地设置变频循环水泵。其中A座为流量为50m3/h的冷却塔，2组;B，C座各为流量40m3/h的冷却塔，2组;均为一用一备。配套对应的变频循环水泵也为一用一备。
7、变风量空调系统末端的设计
1)串联风机动力型末端压头:末端风管约5～6m长，压头按计算取值，控制在3～5Pa/m;弯头+风口的压头取值控制在30～50Pa。
2)气流组织:
①房间内根据内、外区划分设置了外区的串联风机动力型末端及内区的单风道型末端，并相应地合理布置送风口、回风口及排风口。风口位置及风口形式详见图6。形成沿房间进深方向两边顶送风，中间顶回风，靠走道的房间内侧顶排风的气流组织格局。风口送风速度控制在2～3m/s(考虑噪声要求及舒适度)。外区变风量末端送风温度夏季为15℃，冬季为26℃，内区末端(即为空调机组)的送风温度夏季为15℃，冬季为14℃。
②外区采用条缝形送风口的原因是考虑在玻璃幕墙内侧设置这种风口，送出的送风气流一是就近消除外窗玻璃的冷热负荷;二是消除夏季室内的余热、余湿，且冬季气流下沉能更好地减少外窗的冷风渗透等负荷。内区送风口采用方形散流器，可均匀地消除室内四周的余热及余湿。
③回风口采用与灯具结合的风口形式，一是可带走房间负荷，二是可就近带走灯具的设备负荷;回风口采用吊顶回风的形式，要注意在后期精装房间的隔墙时，吊顶内不要封死，要计算后留有回风通路;各租户之间的隔墙通路为安全起见应用钢丝网封上。
④排风口设在房间内墙侧也是考虑到室内的空气质量由外窗到送风口(含新风)再到内墙侧是逐渐变差的;再者，出于吊顶内管道的合理布置考虑，排风口设在内墙侧也是最佳选择。
3)最好使用ECM电动机，无论下游静压如何变，风量不变，电动机效率为70%，节能效果明显。
4)变风量末端控制箱旁边至少要留400mm检修距离。
5)要注意对吊顶材料的限制，宜采用高密度矿棉板、石膏板等吸声、隔声效果好的吊顶材料，不宜采用铝扣板的吊顶材料。
8、设计体会
8.1对于一个工程，当不是独栋建筑时，冷源是分散还是集中设置要从节能、节地、经济及物业管理等多方面考虑，综合比较后确定。
8.2冷源的冷水泵设计备用泵是港方的设计方法，在大陆较少采用。
8.3变风量空调系统作为一个可靠、节能、卫生、舒适的系统正在被更多的工程应用，这也符合目前节能、节约型社会的要求。在变风量空调末端选择上，外区采用串联风机动力型末端，内区及走道采用单风道型末端，这是进行了节能、舒适、调试、维修及经济性比较后选择的。但从更节能、更舒适的角度考虑，并联风机动力型末端是更佳选择。
