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摘要：空调系统是办公建筑物重要的组成部分，其设计质量对建筑物整体功能的发挥有着较大的影响。为此，本文结合工程实例，通过介绍空调设计的特点及参数，重点围绕冷热源系统、水系统和低温送风变风量系统等方面探讨了建筑空调系统的设计工作，并提出了一些有效的控制策略，以供实践参考。
关键词：空调系统；设计参数；冷热源；控制策略
随着我国社会经济建设的快速发展，人们物质生活水平得到不断的提高，对居住及办公环境的空气质量要求也越来越高。空调系统作为办公建筑物常见的配套设施之一，具有节约空间、投资方便、简化管理和满足客户个性化需要等优点，能够有效改善办公建筑内部的空气环境，并防止空调病的发生，目前在工业、高层建筑、政府办公楼和酒店等建筑中有所应用及推广。在空调系统运行过程中，系统设计质量是影响空调系统功能发挥及运行安全的重要因素，若建设单位忽视了建筑空调系统设计环节中的某项工作，则会对建筑整体的运行带来诸多的不便。因此，建设单位必须重视空调系统的设计工作，通过结合建筑的特点，逐步提高系统的设计水平，以确保空调系统整体功能的有效发挥。
1 工程概况
某办公建筑占地面积13200m2，總建筑面积84700m2，建筑高度65m，地下1层，地上14层。地上1～4层为公共服务区域，5～14层为办公区域，其中北侧全部为电力生产调度专业机房。
在该工程设计中，建筑、结构、空调、电气、给排水及可再生能源应用等方面采用了大量的绿色节能技术，经节能专业机构检测认定该工程综合节能率达到65%，其中空调系统的设计特色显著。
2 空调设计特点
为避免昼夜电力系统负荷峰谷差加大，当地电力企业出台了鼓励电力移峰填谷的相关政策，其中包含积极推进在民用建筑中采用冰蓄冷和电锅炉蓄热技术，并给予了电价优惠政策。该工程在空调冷热源设计方面考虑采用这项技术。空调系统设计中采用了以下技术：冰蓄冷技术、电锅炉水蓄热技术、一级泵变频技术、大温差供回水技术、低温送风技术、变静压控制变风量空调技术、热回收型变制冷剂流量技术、根据CO2浓度实现变新风控制技术及通风自控技术等。
在该工程空调设计中，多处应用了当时国内外最新的设计方法和技术，在计算中着重考虑了蓄冰量和蓄热量的计算、供回水温度的确定、低温送风温度的设定和校核、各系统空调箱复核计算、变风量末端的计算及控制方法的确定，并加强了空调系统的调试。
3 空调设计参数及冷热负荷
3.1 空调设计参数
空调室外计算参数采用当地气象参数。室内设计参数见表1。
表1 室内设计参数
注：所有工艺机房空调室内设计参数均由工艺机房设计单位提供。
3.2 空调冷热负荷
大楼空调冷热负荷采用HDY-SMAD软件进行计算。夏季设计日总冷负荷为95268kW·h，尖峰冷负荷为7987kW，冷负荷指标为94W/m2；夏季夜间基载尖峰冷负荷为1244kW。冬季设计日总热负荷为58526kW·h，尖峰热负荷为5605kW，热负荷指标为66W/m2。
4 空调冷热源系统设计
4.1 空调冷热源系统设计
采用冰蓄冷及电锅炉水蓄热技术。空调冷源采用2台额定制冷量为2620kW的双工况水冷离心式机组和1台额定制冷量为1430kW的单工况水冷螺杆式机组，其中螺杆机组作为基载主机，全楼总蓄冷量为26764kW·h。
另外，大楼还设有3台制热量为900kW的电锅炉作为蓄热和供热热源，总蓄热水量为480t。空调冷热源系统设计流程如图1所示。
图1 空调冷热源系统设计流程
4.2 双工况制冷主机的选择
为充分发挥冰蓄冷空调系统的优势，结合国内外一些冰蓄冷空调系统设计经验，确定设计工况下二次水的供水温度为3.5℃，一次乙二醇侧进板式换热器的温度为2.5℃。此时，二次侧基载主机（供水温度为3.5℃时）实际供冷量Q2为1286kW。
一次乙二醇侧需提供冷量为
Q1=Q-Q2（1）
式中：Q1为一次乙二醇侧实际供冷量，kW；Q为总冷负荷（考虑5%冷损失），kW；Q2为二次侧基载主机实际供冷量，kW。
一次乙二醇侧在设计工况下考虑主机优先，并满足下列关系：
Q12=Q1-Q11（2）
式中 Q12为融冰供冷量，kW；Q11为双工况水冷离心式机组供冷量，kW。
需要注意的是，双工况水冷离心式机组供冷量Q11与机组的乙二醇出液温度相关，乙二醇出液温度越低，供冷量越小，即机组效率越低。因此需要根据流量、温度与冷量的关系反复迭代，直至计算出各时段满足要求的主机出入口温度与相应制冷量。
根据式（2）可以推算出融冰供冷量与逐时剩冰量的关系，调整主机运行台数控制融冰率在18%以下（蓄冰盘管加密）。给出了夏季设计工况下制冷主机计算分析结果。在实际运行中，根据负荷情况，特别是部分负荷情况下，多采用融冰优先的策略。
5 空调水系统设计
为满足建筑功能要求，充分利用蓄冷空调冷源的优势，空调水系统采用一次泵、变频、大温差、四管制、异程系统。其中主机与10台蓄冰量为2 676kW·h（761rt·h）的蓄冰槽联合供冷时，乙二醇侧供回溶液温度为2.5℃/10.5℃，冷水侧供回水温度为3.5℃/13.5℃，温差10℃。10个48t的蓄热水槽与电锅炉联合供热，板式换热器一次侧供回水温度为85℃/55℃，二次侧供回水温度为55℃/45℃。冬季基载主机供冷时，基载主机冷却水温度控制在13℃以上，以保证主机正常运行。
6 低温送风变风量系统的设计
6.1 送风量计算
该工程采用低温送风系统，调整室内设计参数，室内相对湿度设定为35%左右，使其送风机器露点温度在7.5℃左右。送风量为 （3）
式中：G为系统总送风量，kg/s；ho为送风比焓，kJ/kg；hn为室内空气比焓，kJ/kg。
该系统房间采用变风量末端，一次风量为
（4）
式中：G′为房间送风量，kg/s；Q′为房间冷负荷，kW；h′n为房间内空气比焓，kJ/kg，当各房间内设计参数一样时，hn=h′n。
6.2 送风防结露计算
由于采用低温送风系统，需考虑室内风口防结露的混风温度。送风温度7.5℃，房间温度26℃，相对湿度35%，露点温度9.37℃。风口送风温度以高于露点温度2℃左右计算，取值11.4℃。根据下式计算混合比X，结果为1.27。
7.5×1+26（X-1）=11.4X（5）
即在设计工况下，低温送风的风口必须具备1：0.27诱导比或串联风机二次混风量应大于等于一次风量的27%。考虑到单风道变风量型低温送风系统启动时，室内露点温度较高，所以选择的低温风口诱导比应加大，以防结露。
此外，需要利用系统各房间实际新风量与一次风送风量比值计算得出的新风比最大值作为关键分区新风比F，对系统新风比作修正，修正后新风比Y=X/（1+X-F）。修正新风比后，对空调箱耗冷量会产生附加，附加后空调箱耗冷量为
Q+=Q+（Y-X）G（hw-hn）（6）
式中：Q+为附加后空调箱耗冷量；hw为室外空气比焓。
6.3 风管温升的影響
低温送风系统的风管温升对系统风量影响较大。该工程对风管保温层作加厚处理。
（7）
其中，
（8）
式（7），（8）中tc为离开风管管段空气温度；tr为进入风管管段空气温度；ta为风管管段周围空气温度，取30℃；Acs为风管截面积；v为风管内风速；ρ为风管内空气密度；K为风管总传热系数，忽略管壁热阻，取保温材料传热系数，该工程中保温材料导热系数为0.032W/（m·K），厚度为50mm，K=0.64W/（m2·K）；P为保冷后风管周长；Ld为风管长度。
7 空调系统的控制策略
空调系统控制策略是根据大楼空调系统的特点来确定的。
1）变风量系统采用变静压变风量空调控制策略，将每层根据建筑自然分区和功能分区，划分成若干个功能相对一致的区域，控制每个系统的VAV-BOX数量，采用静压值再设的变静压变风量控制策略；
2）结合末端电动调节的特性，空调水系统采用一级泵变频变流量系统，节约能源；
3）考虑到低温送风宜结露的特点，空调系统采用“软启动”逐步降温的控制策略；
4）空调系统中还设有根据CO2浓度进行新风量控制、变新风工况、全新风工况和进排风联动控制策略；
5）地下室汽车库通风系统根据CO浓度进行通风量控制，实现节能运行。
8 空调运行效果及经济指标
该项目的设计工作得到了业主的认同，并获得了众多荣誉。其空调设计本着“先进、舒适、节能”的目的，实现了多项先进技术的集成，对建筑节能和绿色建筑工作的推动有一定的示范作用。
冬、夏季空调系统运行稳定，室内环境能够达到设计指标，节能效果显著。冰蓄冷系统和水蓄热系统运行正常，电力移峰作用明显，特别在过渡季节，白天空调系统运行常常无需开启主机。
空调工程总投资8260万元，单位建筑面积空调工程造价975元。
9 结语
综上所述，空调系统对办公建筑的日常运作有着重大的影响。因此，建设单位必须重视空调系统设计过程中各个环节的工作，采取切实有效的设计方案和控制策略，逐步提高空调系统的设计水平。本工程竣工后空调系统运行稳定，经济效益显著，取得的效果也得到了各参建方的一致好评。
参考文献：
[1]黄健勇.某超高层公共建筑空调系统设计[J].城市建筑.2013年第04期
[2]于雷.公共建筑中央空调系统节能设计探讨[J].洁净与空调技术.2013年第02期
关键词：空调系统；设计参数；冷热源；控制策略
随着我国社会经济建设的快速发展，人们物质生活水平得到不断的提高，对居住及办公环境的空气质量要求也越来越高。空调系统作为办公建筑物常见的配套设施之一，具有节约空间、投资方便、简化管理和满足客户个性化需要等优点，能够有效改善办公建筑内部的空气环境，并防止空调病的发生，目前在工业、高层建筑、政府办公楼和酒店等建筑中有所应用及推广。在空调系统运行过程中，系统设计质量是影响空调系统功能发挥及运行安全的重要因素，若建设单位忽视了建筑空调系统设计环节中的某项工作，则会对建筑整体的运行带来诸多的不便。因此，建设单位必须重视空调系统的设计工作，通过结合建筑的特点，逐步提高系统的设计水平，以确保空调系统整体功能的有效发挥。
1 工程概况
某办公建筑占地面积13200m2，總建筑面积84700m2，建筑高度65m，地下1层，地上14层。地上1～4层为公共服务区域，5～14层为办公区域，其中北侧全部为电力生产调度专业机房。
在该工程设计中，建筑、结构、空调、电气、给排水及可再生能源应用等方面采用了大量的绿色节能技术，经节能专业机构检测认定该工程综合节能率达到65%，其中空调系统的设计特色显著。
2 空调设计特点
为避免昼夜电力系统负荷峰谷差加大，当地电力企业出台了鼓励电力移峰填谷的相关政策，其中包含积极推进在民用建筑中采用冰蓄冷和电锅炉蓄热技术，并给予了电价优惠政策。该工程在空调冷热源设计方面考虑采用这项技术。空调系统设计中采用了以下技术：冰蓄冷技术、电锅炉水蓄热技术、一级泵变频技术、大温差供回水技术、低温送风技术、变静压控制变风量空调技术、热回收型变制冷剂流量技术、根据CO2浓度实现变新风控制技术及通风自控技术等。
在该工程空调设计中，多处应用了当时国内外最新的设计方法和技术，在计算中着重考虑了蓄冰量和蓄热量的计算、供回水温度的确定、低温送风温度的设定和校核、各系统空调箱复核计算、变风量末端的计算及控制方法的确定，并加强了空调系统的调试。
3 空调设计参数及冷热负荷
3.1 空调设计参数
空调室外计算参数采用当地气象参数。室内设计参数见表1。
表1 室内设计参数
注：所有工艺机房空调室内设计参数均由工艺机房设计单位提供。
3.2 空调冷热负荷
大楼空调冷热负荷采用HDY-SMAD软件进行计算。夏季设计日总冷负荷为95268kW·h，尖峰冷负荷为7987kW，冷负荷指标为94W/m2；夏季夜间基载尖峰冷负荷为1244kW。冬季设计日总热负荷为58526kW·h，尖峰热负荷为5605kW，热负荷指标为66W/m2。
4 空调冷热源系统设计
4.1 空调冷热源系统设计
采用冰蓄冷及电锅炉水蓄热技术。空调冷源采用2台额定制冷量为2620kW的双工况水冷离心式机组和1台额定制冷量为1430kW的单工况水冷螺杆式机组，其中螺杆机组作为基载主机，全楼总蓄冷量为26764kW·h。
另外，大楼还设有3台制热量为900kW的电锅炉作为蓄热和供热热源，总蓄热水量为480t。空调冷热源系统设计流程如图1所示。
图1 空调冷热源系统设计流程
4.2 双工况制冷主机的选择
为充分发挥冰蓄冷空调系统的优势，结合国内外一些冰蓄冷空调系统设计经验，确定设计工况下二次水的供水温度为3.5℃，一次乙二醇侧进板式换热器的温度为2.5℃。此时，二次侧基载主机（供水温度为3.5℃时）实际供冷量Q2为1286kW。
一次乙二醇侧需提供冷量为
Q1=Q-Q2（1）
式中：Q1为一次乙二醇侧实际供冷量，kW；Q为总冷负荷（考虑5%冷损失），kW；Q2为二次侧基载主机实际供冷量，kW。
一次乙二醇侧在设计工况下考虑主机优先，并满足下列关系：
Q12=Q1-Q11（2）
式中 Q12为融冰供冷量，kW；Q11为双工况水冷离心式机组供冷量，kW。
需要注意的是，双工况水冷离心式机组供冷量Q11与机组的乙二醇出液温度相关，乙二醇出液温度越低，供冷量越小，即机组效率越低。因此需要根据流量、温度与冷量的关系反复迭代，直至计算出各时段满足要求的主机出入口温度与相应制冷量。
根据式（2）可以推算出融冰供冷量与逐时剩冰量的关系，调整主机运行台数控制融冰率在18%以下（蓄冰盘管加密）。给出了夏季设计工况下制冷主机计算分析结果。在实际运行中，根据负荷情况，特别是部分负荷情况下，多采用融冰优先的策略。
5 空调水系统设计
为满足建筑功能要求，充分利用蓄冷空调冷源的优势，空调水系统采用一次泵、变频、大温差、四管制、异程系统。其中主机与10台蓄冰量为2 676kW·h（761rt·h）的蓄冰槽联合供冷时，乙二醇侧供回溶液温度为2.5℃/10.5℃，冷水侧供回水温度为3.5℃/13.5℃，温差10℃。10个48t的蓄热水槽与电锅炉联合供热，板式换热器一次侧供回水温度为85℃/55℃，二次侧供回水温度为55℃/45℃。冬季基载主机供冷时，基载主机冷却水温度控制在13℃以上，以保证主机正常运行。
6 低温送风变风量系统的设计
6.1 送风量计算
该工程采用低温送风系统，调整室内设计参数，室内相对湿度设定为35%左右，使其送风机器露点温度在7.5℃左右。送风量为 （3）
式中：G为系统总送风量，kg/s；ho为送风比焓，kJ/kg；hn为室内空气比焓，kJ/kg。
该系统房间采用变风量末端，一次风量为
（4）
式中：G′为房间送风量，kg/s；Q′为房间冷负荷，kW；h′n为房间内空气比焓，kJ/kg，当各房间内设计参数一样时，hn=h′n。
6.2 送风防结露计算
由于采用低温送风系统，需考虑室内风口防结露的混风温度。送风温度7.5℃，房间温度26℃，相对湿度35%，露点温度9.37℃。风口送风温度以高于露点温度2℃左右计算，取值11.4℃。根据下式计算混合比X，结果为1.27。
7.5×1+26（X-1）=11.4X（5）
即在设计工况下，低温送风的风口必须具备1：0.27诱导比或串联风机二次混风量应大于等于一次风量的27%。考虑到单风道变风量型低温送风系统启动时，室内露点温度较高，所以选择的低温风口诱导比应加大，以防结露。
此外，需要利用系统各房间实际新风量与一次风送风量比值计算得出的新风比最大值作为关键分区新风比F，对系统新风比作修正，修正后新风比Y=X/（1+X-F）。修正新风比后，对空调箱耗冷量会产生附加，附加后空调箱耗冷量为
Q+=Q+（Y-X）G（hw-hn）（6）
式中：Q+为附加后空调箱耗冷量；hw为室外空气比焓。
6.3 风管温升的影響
低温送风系统的风管温升对系统风量影响较大。该工程对风管保温层作加厚处理。
（7）
其中，
（8）
式（7），（8）中tc为离开风管管段空气温度；tr为进入风管管段空气温度；ta为风管管段周围空气温度，取30℃；Acs为风管截面积；v为风管内风速；ρ为风管内空气密度；K为风管总传热系数，忽略管壁热阻，取保温材料传热系数，该工程中保温材料导热系数为0.032W/（m·K），厚度为50mm，K=0.64W/（m2·K）；P为保冷后风管周长；Ld为风管长度。
7 空调系统的控制策略
空调系统控制策略是根据大楼空调系统的特点来确定的。
1）变风量系统采用变静压变风量空调控制策略，将每层根据建筑自然分区和功能分区，划分成若干个功能相对一致的区域，控制每个系统的VAV-BOX数量，采用静压值再设的变静压变风量控制策略；
2）结合末端电动调节的特性，空调水系统采用一级泵变频变流量系统，节约能源；
3）考虑到低温送风宜结露的特点，空调系统采用“软启动”逐步降温的控制策略；
4）空调系统中还设有根据CO2浓度进行新风量控制、变新风工况、全新风工况和进排风联动控制策略；
5）地下室汽车库通风系统根据CO浓度进行通风量控制，实现节能运行。
8 空调运行效果及经济指标
该项目的设计工作得到了业主的认同，并获得了众多荣誉。其空调设计本着“先进、舒适、节能”的目的，实现了多项先进技术的集成，对建筑节能和绿色建筑工作的推动有一定的示范作用。
冬、夏季空调系统运行稳定，室内环境能够达到设计指标，节能效果显著。冰蓄冷系统和水蓄热系统运行正常，电力移峰作用明显，特别在过渡季节，白天空调系统运行常常无需开启主机。
空调工程总投资8260万元，单位建筑面积空调工程造价975元。
9 结语
综上所述，空调系统对办公建筑的日常运作有着重大的影响。因此，建设单位必须重视空调系统设计过程中各个环节的工作，采取切实有效的设计方案和控制策略，逐步提高空调系统的设计水平。本工程竣工后空调系统运行稳定，经济效益显著，取得的效果也得到了各参建方的一致好评。
参考文献：
[1]黄健勇.某超高层公共建筑空调系统设计[J].城市建筑.2013年第04期
[2]于雷.公共建筑中央空调系统节能设计探讨[J].洁净与空调技术.2013年第02期