上海三益建筑设计有限公司 上海 200050
摘要：大空间商业办公中采用VAV(变风量)空调系统分区设计，通过改变末端送风量来调节室温以及用做消防时补风系统，能够明显地降低系统的风机能耗。本文通过实际案例分析商业办公中VAV空调系统的应用，及用于精装修时排烟系统补风联动的可行性，并提出几点建设性结论，为今后的设计多提供一个方向。
关键词：大空间办公；VAV空调系统；消防补风；可行性
引言：现代城市化进程加速带动中心城市建筑体积容量不断扩大，集娱乐、购物、餐饮、办公为一体的大型商业综合体高层建筑的出现如雨后春笋。随着增强人们对绿色建筑的意识及国家对绿色节能举措的强化管控，大型商业综合体中减少暖通空调部分能耗的措施也日益完善。越来越多的大型商业建筑采用一次回风变风量末端的全空气系统，即VAV空调系统。其节能优势以及便于多区控制及舒适的优点被普遍接受[1]。
本文以上海某滨江花园（商务区）项目中大空间办公单体楼层为分析对象，浅析分析一次回风的VAV空调系统，后期因精装修的要求增加补风系统，结合工程实际重点分析采用空调新风兼用排烟系统补风的可行性，并进行一定的探讨。
1、VAV空调系统
1.1VAV系统设计介绍
VAV系统是通过保持空调机组的送风温度稳定、改变空调机组或空调末端装置的送风量，实现室内空气温度参数控制的全空气空调系统。空调机组将根据各末端装置的风量变化，自动调节送风机的转速来适应送风量的需求，合理分配新、回风混合比，尽可能的减少风机动力，达到节约能源的目的。
由于采用室内一次回风及过渡季节加大室外新风作为自然冷源，和风机盘管加新风系统比较，有效降低空调机组的能耗。同时，吊顶中不敷设冷水管和冷凝水管，减少检修量，避开了因不规范施工造成的水滴漏现象破坏吊顶。特别是对于大型商业办公楼常会在一次施工图后进行二次分隔及精装修，送风口位置可以根据房间分隔的变化而灵活布置。变风量空调系统基于长时间低负荷运行的特性，根据建筑最大逐时负荷和实际负荷实时调整系统风量及冷量，通过变频控制，可节省系统运行费用20%～30%[2]。
1.2VAV末端装置介绍
VAV末端装置可以分为单风道型（VAV-box）、风机动力型（FanPoweredBox）及旁通型三种类型。目前，单风道型和风机动力型末端装置是民用建筑中普遍采用的两种类型。变风量末端，其原理是利用风阀的节流作用来改变该末端的送风量以适应该区域室内负荷变化来维持区域内空调参数恒定[3]，主要由室温传感器、风速传感器、末端控制器、一次风风阀及金属箱体等组成。
实际工程可根据下表1来选择空调区域送风末端的形式。当内、外区合用变风量集中空气处理机组时，外区末端装置宜采用再热型末端装置，再热装置宜采用热水盘管。
2、工程概况
本工程为上海某滨江花园（商务区）商业综合体，位于浦东新区蒲城路与潍坊西路交叉口东北角。总建筑面积约为68169m2，地上建筑面积46820m2，塔楼地上23层，裙房3层，建筑高度99.6m，主要功能为商业、餐饮、办公；地下室建筑面积21349m2，主要功能为后勤、设备用房及停车库。
其中塔楼部分在一次施工图设计时笼统地将3到23层定为标准办公层（1~2层为裙房层），层高4.3m，单层建筑面积为1668m2，房间进深超过8m。根据业主要求，后期进行精装修时，业主要求3~9层由原来的独立单间改为大空间的敞开式自用办公加局部小隔间格局，10~23层为租赁办公层，仍保留原来的分隔。
2.1VAV空调系统
上海属于典型的夏热冬冷地区，进深较大的空间内空调负荷呈现内外分区特性，宜考虑外区冬季再热。针对本工程的办公楼标准层，一次施工图设计前通过方案对比后选用VAV全空气系统，条缝风口送风，吊顶一次回风设计，每层空调机房内设一台四管制变频空气处理机组。以靠外围护结构4m范围内为外区，其余区域到核心筒之间为内区。结合上文的分析，本工程优先采用内外分区如下图1的末端送风方式，即外区设置并联式风机动力型再热型变风量末端(FPB)，内区设置单风道单冷型末端(VAV-box)，内、外区合用空气处理机组送风。室外新风经屋顶转轮式热回收机组预处理后，通过新风竖井送入每层空调混风箱，新风入口支管上设置CAV定风量装置。同时各楼层排风支管上设CAV定风量装置，屋顶排风机设变频器。通过直接式数字控制（DDC）可以保证楼层内所有空气处理机组的实时监测与复杂控制，并与整个楼宇自控系统。
2.2自控系统设计
全空气系统具有可变新风比功能，本工程采用变新风比焓值的控制方式：根据室内外焓值比较，通过调节新风入口和回风风管上的电动多叶调节阀的开度来调节新风比例，尽可能的引入室外新风的热焓。同时新风入口的电动风阀需要和空调器风机联动，当空调器开启时亦自动开启，当空调器关闭时则自动复位关闭。
1)空调箱变频控制
本工程采用定静压法控制VAV空调箱风机转速，即在距空气处理机出口送风管的1/3长度处（最低静压点处）设静压传感器，一旦某温度区的空调冷负荷减小，VAV末端接受信号逐渐调小其风阀开度，直至最小风量时，DDC控制器将静压点处的压力值与设定值的差值输出给空调箱风机，同时做出变频调速反馈，使空调箱输出的送风量和静压值满足系统实时所需[4]。这种方法具有控制简单，运行可靠，控制VAV末端数量多的特点。
图1.一次施工标准层内外分区VAV系统平面图
VAV空调箱的新风量采用设定最小新风量控制法：在满足设计室内人员新风需求的基础上（35m3/人.h），通过比较实测的系统新风量与预先设定的新风量，设置新风量的差值，由DDC控制器输出信号调整新风阀、排风阀、回风阀的开度来保证新风量始终等于其设定值。
2)VAV末端控制
内区单风道末端按室内冷负荷工况确定，当室内冷负荷变化时，调节一次风阀的开度，使末端一次风送风量调节到能满足室内设计温度时必须的风量值，从而最大限度的保证室内设计温度的恒定。
外区并联型末端风机风量按供热工况确定，首先根据风口特性和室内舒适度要求确定末端的送风温度，并根据一次风最小风量和温度、室内回风温度、末端的供热量及送风温度计算末端风机风量。
本工程均采用压力无关型VAV末端（参数如下表2），其控制由DDC控制器、进风口风速传感器、压差变送器、风阀驱动器和温度传感器组成。
2.3消防系统设计
本工程依照上海市《建筑防排烟技术规程》DGJ08-88-2006规定：防烟分区不宜大于2000m2且长边不应大于60m。隔间小于500m2的房间，其排烟量可按60m3/（h•m2）计算。设有喷淋的大空间办公室（面积大于500m2），其排烟量可按6次/h换气次数计算且不小于30000m3/h。
排烟区域所需的补风量不应小于排烟量的50%。消防补风时应设置与排烟系统联动启动模式，送风口位置宜设在同一空间内相邻的防烟分区且远离排烟口，两者距离不应小于5m。对于小于500m2的房间，可不设置补风系统。
3、排烟补风方案比选
在图1中可见，本工程在一次施工图设计时，建筑格局中每间办公的面积不超过500m2，原消防系统中只设计了排烟系统，而未设计对应的补风系统。因此建筑平面中也没有预留相应的补风管井。然而在进行二次精装修施工图设计时，业主却要求将原来的小空间办公改为敞开式大空间办公，这样一来，必然超过500m2，导致的结果是必须设置对应的补风系统。
在增加消防补风系统的方案中，我方一开始提出两套方案供业主选择。方案①：在3~9层中，每层大空间办公采用机械排烟，自然补风的方式，将原来玻璃幕墙的外立面墙上合适的位置开设一定面积的防雨百叶。该方案的优点是不需要再增加补风机，不需要另外增设补风管井，减少建筑结构的变动量，但是要破坏原有的玻璃幕墙外立面，多处百叶影响外立面的美观性；方案②：由于着火时VAV空调系统是处于关闭状态，那么空调箱及送风管路就处于不利用状态。而采用VAV空调新风兼做排烟时的补风系统，不仅可以是空调箱得到合理的利用，节省了一部分投资，而且也不需要重新增设补风管井，也不影响外立面。
由于该工程位于繁华商业地段，业主方不希望因为破坏整体建筑外立面的建筑风格而影响到将来办公楼的租售，最终采用方案②。但是，由于空调系统和排烟补风系统不是采用同一套自控系统，因此采用方案②时，须对原有VAV空调系统的控制进行改造，并进行可行性分析。
4、空调箱补风可行性分析
空调箱送风作为火灾时消防补风的一种手段，不仅能够节省设备、材料成本和建筑空间，同时通过合理的设计能满足消防系统运行的安全性和可靠性。
4.1空调箱补风方案
在一次施工图设计时，每层办公格局如图1所示，整个办公楼部分采用两套排烟系统跨竖向防火分区分别负担每层防火分区内的两个及以上的防烟分区。由于每个防烟分区的面积均小于500m2，单个排烟系统以该防烟分区内最大面积的120m3/（h•m2）计算系统排烟量，不设置对应补风系统。
根据业主的要求，精装修时对3~9层进行了二次分隔，将区域②④⑤⑥的间隔墙打开改为大空间办公，区域①和③的隔间面积缩小。此时，对于面积大于500m2的大空间办公，其防烟分区的排烟量需重新计算，同时需要增设补风系统。然而办公塔楼的核心筒内原来未预留补风的管井，无法增设一套补风系统，唯一的办法是采用空调箱风机作为补风手段。
在原空调运行控制方案的基础上，本文在此提出一种运行更改方案：1）将新风支管上原来的常用型电动调节阀改为带失电自动复位功能的电动调节阀，这样可以减少消防联动系统的复杂性；2)排风支管和回风管路上进空调机房的70oC防火阀（FVD）改为电动防火阀（MEE），防止送风回流，同时避免烟气扩散至其他回路。其消防补风时空调运行原理如图2所示：当一旦发生火灾时，原空调系统的DDC控制器失效，不参与电动调节阀(MVD)的调控，新风和排风支管上的定风量阀（CAV）处于全开状态。同时，消防控制信号发出，空调箱风机的DDC控制回路立即切断，空调箱风机变频失效，保证风机最大风量运行以满足消防补风的要求[5]。
4.2补风量一致性
通过以上分析，可知空调箱兼用补风的设计方法是可行的。但是，空调箱的送风量与消防补风量的一致性问题必须值得关注。考虑到送风口距排烟口有5m的距离要求，精装修时尽量将送风口布置的远一些，实在避免不了的地方，在VAV末端上游支管上必须安装平时常开型的电动排烟阀（MEE）。
本项目一次施工图设计时，塔楼采用两套排烟系统，单台排烟风机最大风量为32000m3/h，后期装修自用办公层的单层大空间面积为989m2，不超1162m2，单层的最大排烟风量可按30000m3/h取值。也就是说，其他楼层的排烟量不变，排烟系统风量可以保持不变。而办公楼3~9层单层空调箱的补风量只需要15000m3/h就可满足要求。结合表2，经复核计算后，当火灾时，空调箱风机及末端装置在采用上述控制方案保证最大风量运行的条件下，可以保证消防补风的风量要求。
图2.消防补风时空调运行原理图
5、结论
综合以上分析，从本工程中，本文总结了以下几点结论：
1.VAV末端装置和装饰风口之间采用软管连接，所以保证末端送风管的漏风量是保证系统风量平衡的关键。
2.空调箱风机补风时应保证补风量满足排烟量的50%要求，实际工程是否存在其他安全隐患。因此，在工程后期验收中系统调试应作为一个必备的环节。
3.针对不同工程，二次分隔后排烟系统风量及VAV末端送风量需要重新复核，消防风机是否考虑重新选型。
4.火灾时，空调回风和排风管上均需设置电动防火阀，回风管路完全关闭，保证新风阀火灾时全开状态，则必须做好与楼宇消防控制联动。
参考文献
[1]方纯.浅谈空调变风量(VAV)系统在大型公用建筑中的应用[J].建筑工程技术与设计,2016(7).
[2]史亚洲.变风量空调系统设计在现代办公楼中的应用[J].四川建材,2007,33(6).
[3]曹旭明.变风量空调系统中末端设备的应用[J].安装,2011(10).
[4]崔文颖.VAV空调系统在“星维办公楼”项目中的应用[J].科技传播,2016,8(5)
[5]黄丽,杨成德.通风空调系统兼作消防补风系统可靠性研究[J],建筑电气,2016,35(9).
论文作者:袁重雨,蒋虹
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/24
标签：风量论文; 空调论文; 系统论文; 新风论文; 排烟论文; 风机论文; 空调系统论文; 《基层建设》2018年第15期论文;