苏州行政中心办公大楼空调设计
1 工程简介
苏州行政中心办公大楼(以下简称办公大楼)座落于苏州工业园区，总建筑面积98220m2,地上建筑总面积79900 m2。建筑高度为99米，地上十九层，地下一层，一至三层为裙房，主要为多功能厅、餐厅、会议、大堂等大空间房间。四至十八层主要为办公，十九层为小会议室及餐厅。地下室面积18320m2，其中裙房部分和夹层为停车库，主楼部分为设备用房。
2 主要设计参数
办公大楼大办公室夏季设计干球温度为25℃，相对湿度为50%，冬季设计干球温度为20℃，相对湿度≥40%，个人办公室夏季设计干球温度为23℃，相对湿度为50%，冬季设计干球温度为22℃，相对湿度≥40%，多功能厅夏季设计干球温度为25℃，相对湿度为50%，冬季设计干球温度为20℃，相对湿度≥40%。人员密度：办公室14 m2/p，多功能厅2.5 m2/p。照明按30W/ m2计算，设备发热量按50W/ m2计算。玻璃幕墙的传热系数为1.71 W/(m2℃)。
3 冷热源及水系统
办公大楼设集中空调系统，夏季空调总冷负荷为3000冷吨, 选用3台850冷吨和一台400冷吨的离心式冷水机组，机组进水温度12.5℃，出水温度6.5℃，冬季空调总热负荷为5808000Kcal/h，空调热水由锅炉提供蒸汽，经板式换热器换热而得，热水进出水为50℃/60℃。冷水机组、板式换热器及冷、热水泵置于地下室冷冻机房内。空调水系统采用四管制系统，系统形式见图1空调水系统原理图。根据平面布置，标准层分成左右两个区域，各区设一组供空调机组用的冷热供回水管和一组供外区变风量末端装置再热盘管用的热水供回水管，每层热水管同程布置。膨胀水箱设于主楼屋面，系统工作压力为1.48Mpa。
图1 空调水系统原理图
注：1.冷水机组 2.冷水泵 3.冷水集水器
4.热水集水器 5.热水泵 6. 板式换热器
4 空调系统设计
办公大楼一至三层的会议室、餐厅、大堂等公用场所，这些区域空间较大，使用时间参差不齐，负荷变化大，分别设置全空气大风道空调系统，一些小房间采用变风量空调系统。
四至十九层为标准层，这些办公用房使用时间相对集中，且对舒适性要求高，为了满足业主对新风的需求和每个区域室温的可调要求，标准办公层的空调方式采用变风量空调系统。
以下结合多功能厅和标准办公层的空调系统设计作简单阐述。
4.1 大会议厅空调设计
大会议厅设在裙房二层，建筑高18米，具有观看电影、演出及召开大型会议等功能，大会议厅示意图见图2。由于业主要求多功能厅高大通透，人员工作区空气清新、舒适，室内空气品质好以及系统节能，设计时没有采用上送侧回或上送上回的常规形式，而采用了座位送风方式。
图2 多功能厅示意图
由图2所见，大会议厅下侧是另一大型会议室，大会议厅下面无法设置大静压箱。在确保一层大会议室空调送风和吊顶高度的条件下，利用大会议厅观众区下梁的空间,用混凝土围成的小区域做送风静压箱。为了防止小静压箱送风不均匀，设计时，用两组送风管布置在静压箱内，且每个梁下区域内均由设送风口，且座位出口处设置孔板式可调装置，使每个座位送风均匀。由混凝土围成的送风静压箱均进行保温处理，使其传热阻大于最不利条件下防止静压箱外壁凝露的最小传热阻。
大会议厅空调器设在其下方的一层空调机房内，系统采用座位送风顶部回风的方式，排风和排烟系统设在顶部的机房内。
大会议厅空调系统空气处理过程见图3，由于该系统是一个置换式空调系统，其送回风温差小于7.5℃，小于常规上送上回空调系统送回风温差。基于结构的限制，回风口布置在顶部，系统回风受部分灯光和顶棚传热负荷加热后，再回到空调箱;另一部分灯光和吊顶负荷随排风排至室外。
图3 大会议厅空调系统空气处理过程
由图3可见，回风从人员活动区的N点，一边上升，一边吸收部分灯光负荷和顶棚负荷的热量，逐渐升高到N1点，再与室外新风混合于C点进入空调器。排风也以N1点的空气参数排至室外。置换式空调系统比常规上送上回系统，具有较好的节能效果。
4.2 标准办公层变风量空调设计确定与选型
4.2.1 内外区的划分
房间的负荷一般由两部分组成,即围护结构负荷和以室内人员、灯光、设备等构成的负荷。本工程的标准办公层，进深为9～12米，且有较大的外窗面积，冬季时，靠近外窗的区域需要供热，而不受外界影响的区域，由于人员、灯光、设备等产生的热量，使其处于需要供冷的状态。因此，对标准办公层进行合理的内外分区，是设计好变风量空调系统的基础，笔者以为：在划分内外区时，除了考虑围护结构的影响，还必须考虑到内外区的换气次数的差异，本工程设计时经过反复计算，将靠近外围护结构 3～5米的范围划为外区，其余区域划为内区。图4为标准办公层分区平面，左右对称，分成8个区域。
图4 标准办公层分区平面
4.2.2 各分区的负荷计算
采用冷负荷系数法，对8个分区进行24小时逐时计算。再进行逐时合并，经湿空气焓湿图上空气处理过程计算和分析，确定标准办公楼层左右两个空调箱的送风量及进出风参数，结合各区的逐时负荷计算出各区的逐时送风量。
图5为各分区逐时所需送风量。
图5 各分区逐时所需风量
从图可见：不同的分区所需最大风量的时刻不同，外区尤其是东西向外区风量需求变化较大。
4.2.3 变风量空调系统末端形式的确定与选型
变风量空调系统的风量调节除通过改变空调机组风机的频率调节系统风量外，主要是通过变风量末端装置来进行调节，因此，选择一种合适的变风量末端装置很重要。
分析各种变风量末端装置的特点及适用场合，本工程选择风机驱动串联型变风量末端装置。风机驱动串联型变风量末端装置由一次风风阀、风量传感器、执行器、风机和控制器组成(用于外区时另设加热器)，一次风根据房间温控器的指令调节一次风量，经与二次风混合后，通过装置内的送风机送出。当房间负荷减少时，为维持室内设定温度，一次风相应减少，二次风增加，但总送风量不变。由于送入房间的总风量不变，室内气流组织较稳定，换气效果好，人的舒适感较好。
串联型FPB的风机风量与最大一次风风量的比值约为1.2 。外区串联型FPB设有再热水盘管。一般串联型FPB变风量末端装置采用比托管测速，为了保证该测速装置的准确性，其一次风处风速不低于6m3/h，且进入变风量末端装置前需要4倍接管直径长度的稳定段。每个变风量末端装置的控制范围约50~100m2。考虑到串联型FPB的噪声问题，设计时，回风口要尽量远离FPB装置。吊顶材料密度采用不小于560kg/m3 的材料，FPB送风段和二次风回风段分别考虑消声措施。
标准办公层变风量末端装置及风管平面布置详见图6：
图6 标准办公层风管布置平面
4.2.4 各分区新风量的校核计算
输送到变风量末端装置的一次风，不但要承担所服务区域的冷、热负荷，还要确保该区域良好的气流组织及满足卫生要求。为了保证空调房间的新风供应，设计时，在空调器新风入口设置了定风量(CAV)装置，每个定风量装置确保4050 m3/h的新风量。由于房间的负荷是一个动态变化的过程，每一个变风量末端装置的一次风必然随着变化，夏季工况下，各区的负荷差，导致各区同一时间所需一次风量不同。再者，随着负荷的变化，各区域之间一次风需求也将发生较大的变化，这些变化都可能引起空调区域内新风量的不足或太多。新风量不足将引起空调区域内舒适性降低，新风量太多，会造成能量的浪费。因此，变风量系统设计有必要对各分区在全年负荷变化的情况下，进行新风量的核算。
夏季工况下，对于1~3，5分区组成的外区，下午16时，一次风送风量为13821 m3/h，新风比16.5%，平均每人新风量76 m3/h，而内区一次风送风量为10769 m3/h，平均每人新风量29.5 m3/h，可见内区基本达到卫生要求，而外区则人均新风量偏大。
在冬季，内区人员、灯光、设备的负荷基本与夏季相同，外区则需要供热，由于内外区使用的是同一台空调器，故一次风先要满足内区的供冷要求，外区的供热由变风量末端(SFPB)的再热盘管承担。为了最大限度的减少冷热抵消，在满足新风新风量的条件下，要求外区的一次风风量最小，楼层的空调箱由变频装置相应减少一次风送风量。经对各分区新风量的校核计算，可知外区变风量末端装置的一次风送风量为夏季设计风量的30%时，新风比为27.15%，内区人均新风量为37.5 m3/h，外区人均新风量为49 m3/h;随着外区变风量末端装置一次风量的提高，新风比下降，当外区一次风量是夏季设计一次风量的40%时，内外区人均新风达45 m3/h左右。
尽管取外区变风量末端装置的一次风量确定为夏季设计风量的40%使新风的分配更为合理均匀，考虑到节能及实际使用情况，使各个因素达到其最佳的组合，在设计时，外区的变风量末端装置的一次风量最小值确定为夏季设计工况下风量的30%。
5 结束语
综上所述，针对不同的建筑特点，应选用适合该建筑的空调方式，对于层高较高的大空间建筑，结合座位送风，可以达到舒适及节能的效果;对于人体舒适性要求高并且可以划分内外区的办公大楼，为保证良好的气流组织和适当的换气次数，只要处理好噪声问题及设计、安装、调试中出现的一些问题，使用风机驱动串联型变风量末端装置，是一种比较好的选择。
