北京方圆大厦空调系统设计

北京市建筑设计研究院郑克白孙敏生

1工程概况

方圆大厦(见图 1)位于北京动物园和首都体育馆之间，西外大街与白颐路交会处，总建筑面积9.8万m2，由地上4层、地下4层的裙房和3个高低错落、体形各异的高层建筑组成。其中主楼为出租办公楼，共28层，塔顶高116.6m，每层面积1100m2；娱乐楼为9层，每层面积1100m2左右，包括洗浴、健身、歌舞厅、餐饮等用房；公寓楼为14层高级住宅，共105户；裙房总面积约3.5万m2，每层面积3000—6000m2，主要是由商场(-l—4层)、地下车库(-1—-2层)、职工餐厅、管理办公室、保龄球室、棋牌室、机电用房(地下4层)及人防工事等构成的。该项目于1995—1996年8月设计，1996年10月开工，1999年9月竣工并投入使用。后由于使用功能改变，裙房部分直至2001年初方最终装修改造完毕。

2暖通空调方案

2.1冷热源

选用4台2040kW离心式冷水机组为全楼提供空调冷水，冷媒温度为7。C/12。C。

空调热源由地下3层换热站(由北京煤气热力设计院设计)提供，热媒温度为60。C/50。C。

该工程采用DDC自动监控系统实现对空调机组、制冷、换热设备的监控。

2.2 空调方式

公寓楼夏季采用分体空调器空调，冬季采用散热器集中供暖。娱乐楼的歌舞厅、桑拿室等采用全空气系统，其它房间及裙房中附属的小开间的办公室、保龄球室、餐厅等均采用风机盘管加新风空调系统。

写字楼4—27层为出租办公用房，层高3.46m。标准层除必要的走道及中心筒(包括楼梯、电梯间、机房、卫生间、开水间及配电间)，其它基本是标准大写字间，进深为8—11m。采用内外分区的空调方式。考虑到实际使用时开间分隔的不确定性，只将外围护结构负荷划定为外区负荷，其余均为内区负荷，人员所需新风也由内区空调系统供应。

对于外区，考虑到北京地区季节变化分明，供热和供冷工况交替频繁或同时使用的情况极少，在外区采用冬季送热水、夏季送冷水的二管制风机盘管空调器，承担外区围护结构的冷热负荷及冬季值班供暖。

对于内区，考虑到办公室为人员常年工作的地方，为改善卫生条件，避免风机盘管空调器冷凝水聚积灰尘，滋生微生物和病菌，采用了全空气系统，见图2。开敞式办公的各区域和房间使用时间、负荷特性及温湿度要求基本一致，采用全空气系统是可行的，而且空调设备便于集中消除噪声和集中管理。

为尽量增加每层使用面积，各层空调机房设在建筑的中心筒内，面积不到15m2。新风采集口分别设在4层及顶层外窗上。在4层及28层空调机房各设2台风量为18000m3/h的新风机组，将新风集中进行预冷预热处理后，经风机由竖风道送至各层空调机房。送风竖管断面尺寸为2100mm×600mm，风速为8m/s，图3为空调系统图。

这种新风送风方案节省了竖井面积，且新风集中过滤，并在各层与回民混合后再经过滤，使空气品质得到保证。但由于竖井面积有限，未能采用过渡季增加新风量以节省能源的方案。

1—4层商场进深12—40m，层高4.5—4.8m，各层均为无隔断墙的大房间，其中2—4层有一个12m×32m、总高15m的中庭。商场也采用分区空调。外区由风机盘管承担外围护结构的冬夏冷热负荷及冬季值班供暖。内区由于面积大，商场中央也没有设空调机房的可能，故采用相对集中的新风加吊顶式循环风空调器系统，内区室内热负荷由吊顶式空调器承担。设备均采用二管制，周边冬季供暖、夏季供冷，内区全年供冷。每层设两个新风机房，室外空气冬季加热至15℃，负担部分内区负荷，夏季处理到室内的等焓状态点后送入。中庭采用分层空调的气流组织方式，2—4层沿中庭周边设条缝送风口，2层吊顶侧边沿中庭长边设一组喷口送冷风。在中庭上部采光顶南北侧面分设两台排风机排风。

由于商场人员密集，新风量大，如直接排出室外则造成能源浪费，考虑到地下2层及部分地下1层的车库需要通风换气，本工程将商场各层排风收集至地下车库，由风机送至车库各处，不足部分由新风机组(冬季经加热后)补入，然后再由排风机排至室外，使商场排风得到进一步利用。

3空调水系统

本工程空调水系统采用分区两管制一次泵系统，即空调冷热水在各自的分集水器之前为独立的四管制系统(热水分集水器在热力站内)，分集水器之后接空调器末端设备的管线则分为仅供冷水和冬季供热、夏季供冷的两个两管制系统。另设冷热水合用的分集水器，在冷水和热水总出入口处设季节转换阀门，实现外区夏季供冷及冬季供热的转换。冷、热水循环泵分设，空调冷水和热水的膨胀水箱均设在主楼屋顶水箱间，循环泵及补水泵设在地下3层泵房内(见图4)。

由于系统较大，干管管路系统较长，有部分环路水力计算难以达到平衡，考虑水力调节及将来实际负荷变化的可能，在各并联分支环路的回水管上除设置检修阀门外，均设置了可调节阻力的平衡阀。

4 运行、调试

该工程于1999年9月竣工验收，经1999—2000年度两个冬夏调试运行，空调系统满足设计要求。冬季在达到室外设计温度(-12℃)，写字楼及商场夜间无人员及灯光负荷，且外区风机盘管的风机不开时室内温度仍能保证10℃左右，满足值班供暖要求。白天工作时段冬夏室内温湿度均达到设计要求，基本无内区过热现象。特别是主楼各层风速和温度适宜，噪声较低，空调效果良好。各层出租后虽然被分割成若干房间，室内亦无冷热不均现象，业主较为满意。

由于市场原因，裙房各层及原娱乐楼自l999年底开始进行大面积装修改造，各层使用功能发生变化，空调负荷分配也随之变化，由于空调水系统各分支均设有可调阻力的平衡阀，装修完毕后调试工作得以顺利完成，未出现末端不冷、不热现象。

5 经验教训

在方圆大厦这样一个内区范围大且功能复杂的建筑中，空调水系统采用分区两管制是成功的，避免了常见的过渡季和冬季内区过热现象。空调水系统每分支加装平衡阀，不仅解决了由于系统庞大造成的水力失调问题，还便于今后灵活使用及改造。

空调冷却塔的安装位置对运行及环境的影响是较易被忽略的问题。本工程因空间所限，冷却塔设在公寓楼裙房屋顶上，距公寓楼西侧最近处为15m，造成公寓部分房间室外噪声超标。另外，为了美观，建筑师将女儿墙特别加高，使冷却塔通风不好，在2000年最热月不能正常运行。后经专门的降噪及通风治理，这些问题虽得到解决，但不可避免地造成了投资及能源的浪费，在今后的设计中应吸取

教训，并予以足够的重视。

6 结论

本工程的实践表明，分区两管制系统由于实现了过渡季部分(内区〕供冷及冬季(内外区)同时供冷供热，在解决冬季内比过热问题方面是行之有效的、可靠的方法。如果采用一般的二管制系统，在这样一个内区面积很大的工程中是无法解决不同负荷特征区域的特殊要求的。当然四管制系统由于在同一区域内可随时供冷供热同样可解决上述问题，但由于造价较高一般仅适用于供热和供冷工况交替频繁及同时使用或标准更高的场所，对于本工程，由于投资将明显增加而不宜采用。而分区二管制系统，由于未增加空调设备的盘管个数，且不同的区域均仍为两条管路供冷或夏季供冷、冬季供热，管线的长度也没有大的改变，其初期投资并未增加很多，是比较适合我国国情的一种较为经济实用的方式。另外，从节约能源角度看，由于增加了内区，使冬季供热管线缩短，从而降低了管网热损失，而冬季供热设备的减少，在夜间风机停止运行情况下，仅满足值班供暖的较低温度，则减少了一般两管制因内区盘管依然散热而造成的不必要损失。在当今节能要求越来越高的形势下，也是有积极意义的。总之，笔者认为分区两管制在我国，尤其是在北京地区，是一种经济实用的空调方式，在各类存在内区的大型建筑中值得广泛应用。