小型办公室空调系统精细化设计分析

孙志超，苑中源，陆 义（.中国民航大学， 天津 300300；.天津大学建筑设计规划研究总院有限公司， 天津300073）

现代社会办公室是人员普遍长期停留的区域。根据有关统计数据，人们在室内停留的时间占比超过 80%，这其中又有超过一半的时间是处于办公室的。办公室的环境质量，特别是空气品质，对人身体健康的影响重要且长久[1-3]。

1 工程简介

本项目位于华北某高校的校园内，为产学研性质的实验办公楼。该单体共 4 层，其中 1 F、2 F 为实验区，3 F 为开敞办公区，4 F 为独立办公室。本工程为该单体的第三层的空调系统。

该单体的 3 F 为常规的矩形平面，东西向约 60 m，南北向约 23 m，建筑面积约 1 400 m2，其中空调区域面积约1 250 m2，包含一间会议室，其余为开敞区域，功能为开敞办公区及接待休息区。该层层高 4.2 m，装修风格为会议室吊顶，接待区做开敞造型吊顶，办公区不吊顶。本项目冬季有集中热水作为热源，夏季无集中冷源。

根据用户的使用要求，空调系统首先要保证室内空气品质，其中包括温度、相对湿度、CO2浓度、PM2.5及气态有机污染物（TVOC）浓度在内的主要控制参数，要优于国家标准；其次对室内噪声也有较高的标准要求，在空调系统运行时，室内背景噪声应低于 40 dB(A)，为办公科研人员提供一个安静的环境；此外要求空调系统做到美观、节能、可靠、操作简便。

此外，该办公区域不仅作为办公室，还作为接待区，用于接待参观人员。因此，该区域人员变化较大，新风量的需求也有较大的变化。

2 空调系统设计

2.1 方案对比

在前期方案比选时，考虑到若采用传统的多联机＋新风换气机的空调形式，只能实现一般的温度控制要求，对于其他参数只能以某个设计值为基准进行设计，但并不能实现实时控制。由于本工程没有封闭的吊顶，属于开敞环境，多联机室内机的运行噪声虽然分贝值不高，但属于持续性低频噪声，实际上对人的感官体验有着非常负面的影响。此外，根据实际的工程经验，室内机经过几个供冷季运行后，往往因积灰、震动造成的风机叶轮偏移等原因，噪声会明显增大，而且各个室内的风口的清灰等维护工作，以及冷凝水可能存在漏水的风险等，也使后期使用时不便。基于以上原因，未采用传统的多联机空调系统。

本空调系统设计为一次回风全空气系统，结合项目所在地的冷热源条件，末端采用双热源分体式直膨空调机组，设置在空调机房内，办公区域不设置任何空调末端设备。室内机为组合式空气处理机组，其中盘管段采用氟盘管段＋水盘管段的双盘管形式。氟盘管接至屋顶的室外机，室外机采用直流变频多联机，放置在屋顶，用于夏季制冷；水盘管接集中供热的热水，用于冬季供暖。

空调系统冷热源的选择直接影响其运行时的能耗。随着直膨空调机组的发展，目前直流变频多联机室外机，搭配组合式空调机组的技术已非常成熟，空调设备市场上，对于舒适性空调而言，采用氟盘管的直膨空调机组，在功能段的配置、机组的控制等方面，与传统的水盘管空调机组相比，几乎已无差别。对于用户而言，几乎不需要任何后期维护，也不存在水管漏水或水系统缺水的风险，只需定期清洗或更换空调机组的过滤器。

此外，为保证室内空气的洁净，在空调机组内设置初效G4＋中效 F7 过滤器；在送风的静压箱内，再设置一个主动式光电离子净化器，用于产生过氧化氢离子、羟基离子等，随送风进入室内空间，用于净化甲醛、苯等 ，以及杀灭细菌、霉菌及病毒，以保证室内良好的空气品质。

2.2 空调系统模拟设计

在进行空调系统方案设计时，使用 Fluent（一款常用的流体与热传递模拟计算软件）软件对空调系统运行时的室内环境进行模拟，结果用于指导与优化设计。室内温度场模拟结果如图1 所示。由图1 可知，整个区域的温度较为均匀，且处于人体舒适区，但东西两侧温度稍高，存在少量涡流区。后调整设计，在东侧卫生间内增大卫生间的排风量，作为空调系统的一部分排风，西侧的送风调整为大孔口与小孔口结合的送风形式。

图1 室内温度场模拟

室内送风速度场模拟结果如图2 所示。由图2 可知，送风管直接采用下方正送孔口时，孔口下方的风速略高，后调整为风管侧下方双向送风，在安装后运行调试期间，实测整个办公区域无吹风感，1.5 m 高度处，风速均＜0.4 m/s。室内 CO2浓度场模拟结果如图3 所示。由图3 可知，室内的CO2浓度远小于 1 000 mg/L，空气品质十分清新。

图2 室内送风速度场模拟

图3 室内 CO2 浓度场模拟

2.3 柔性风管小孔送风

结合开敞区域不吊顶的室内装修风格，空调送风管采用柔性织物风管，风管上开设送风小孔，采用孔口送风。空调系统的气流组织为上送侧下回的形式，为了最大可能减少开敞区域的吊顶面积，回风采用消音静压箱＋空调机房回风的形式，即办公区域不设置回风管，保证整体的美观性。

由于西侧的接待区，精装设计了开敞的造型吊顶，且吊顶已经紧贴梁下，所以没有安装风管的条件。该区域采用了在吊顶边缘侧送的形式，送风管南北向设置，小孔侧下送与大孔侧送相结合，根据送风距离计算开孔的大小与角度，并根据气流组织模拟结果，对风管的开孔进行优化。

2.4 装配式隔音空调机房

由于本单体在建造时未设置空调机房，为缩短工期及降低工程造价，所以采用装配式隔音房作为空调机房，整体效果较好，也比较美观。空调机房直接采用成品隔音板材（内有吸音棉）在现场拼装，板材之间固定后，再用密封胶密封。由于是成品板材，只在与墙体、地面、顶面连接处需要根据现场情况对板材进行裁剪等加工，其余部分均是模式化拼装，机房整体施工很快。

空调机房的设计隔音值为 45±3 dB(A)，但由于机房侧墙安装了空调回风口，故对隔音效果有负面影响。现场实际检测，在空调机组最大风量送风时，在机房的回风口外 1 m处，实测噪声值 42 dB(A)，虽略高于设计值，但仍符合国家标准 GB 50118—2010《民用建筑隔声设计规范》中办公环境的低限标准。除回风口处外，机房外其他方向，噪声均＜39 dB(A)，办公室的声环境良好。

2.5 空调控制系统

全空气系统的控制相当于是神经系统，空调系统必须设置合理的控制系统，才能实现舒适性运行与节能运行。一般传统的舒适性全空气空调系统，仅根据回风温度调节冷量，虽然设计时也要求根据回风的 CO2浓度，但往往只是一个要求，没有具体的控制与调节逻辑，等到实际项目落地时，如无二次深化设计，调试人员并不清楚如何实现 CO2与新风量的联动调节。

一些项目为了节省造价，机组的新风阀与回风阀选用的是开关型电动风阀，甚至是手动阀，即根本不具备根据CO2浓度自动调节新风量的功能。如果系统的新风量不足，则不利于人员健康，特别在疫情条件下，新风量的保证尤为重要。相反，在目前人们对室内环境关注越来越普遍的情况下，一些项目盲目增大新风比，又会造成能源的浪费，与国家目前的“双碳”目标背道而驰。因此空调系统的自动控制与联动控制，其重要性已不言而喻。

本工程在接待区、会议室各设置 1 个室内环境综合传感器，在开敞办公区设置 3 个室内环境综合传感器，其中检测参数包括温度、相对湿度、CO2、PM2.5、TVOC。本工程采用的是模拟量调节型新风阀与回风阀，根据传感器的监测数据，空调控制系统综合判断新风量的需求，再通过调节新风阀与回风阀的开度，调节新风比与送风量。

对于各个区域出现监测值与设计值不同方向偏离时，则通过调节各支管的电动风阀，实时调整各送风支管的送风量，以实现各区域室内环境相关指标在设计值附近。

监测结果显示，室内空气品质良好。虽然 TVOC 浓度较高，但仍满足国家规范要求的≤0.6 mg/L 的标准。实际上是，现场刚装修完成，油漆、涂料、家具等散发量较大，等这些污染源初期散发结束后，室内的 TVOC 浓度将还会明显降低。

3 结 语

虽然对于工程造价而言，空调系统占比较小，但却是影响人使用体验的重要部分。办公室作为人员长期停留的空间，其室内环境，特别是空气品质对人的身心健康有着重要影响，空调系统需要以人为本，精细设计。对于中小型办公建筑，直膨式全空气系统是一个比较理想的空调形式，其舒适、简单可靠、经济、节能。对于开敞环境，采用柔性风管孔口送风，可以实现有冷无风的良好体验，是一种兼具舒适性与经济性的送风形式。

随着人们对于生活、工作环境要求的提高，空调系统势必需要更加精细化的设计。根据国家“碳达峰、碳中和”的“双碳”目标，空调系统作为传统的用能大户，其控制系统也势必需要切实落地实施，以实现按需供应的目标，既满足人的使用要求，又不造成能源的浪费。