北京东环广场写字楼的
（美）汪善国!
摘要对比了中美办公楼空调系统选用上的差别及近年来的发展趋势，详细分析了风机盘管加新风空调系统与多分区集中空调系统两者的优点与缺点，认为对参数控制要求较高、每个风系统有!个以上分区者，宜考虑选用变风量集中空调系统，而对每个风系统仅有" 个以下分区的开敞式建筑，如受造价制约，亦可选用多分区集中空调系统。中国主权信用评级
关键词办公楼风机盘管加新风变风量多分区空调系统
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无机材料学报
!目前中国和美国办公楼选用空调系统的概况一个办公楼在设计时选用的空调系统，对工程完成后使用时室内环境的控制、室内空气品质的好坏、室内人们的舒适和健康、能源的消耗，以及空调工程的一次投资、维护和保养等，有着显著的影响。
根据文献［#!$］中的资料，目前国内新建的开敞式办公楼建筑中采用得最多的是风机盘管加新风的空调系统。在上海地区%&世纪’&年代建造的数百幢办公楼中，变风量（()(）系统约占*+，仅限于少数高级办公楼。
根据文献［!］美国能源部情报署商业建筑性能调查，#’’%年美国商业建筑总面积约为*"亿,%。从二次世界大战后#’$*年起，至#’’%年止，美国商业建筑中，变风量集中、风机盘管加新风和单房机组三种空调系统的建造面积，如表#中所示。
首先要加以说明的是：
-）#’’%年总计中包括#’$*.#’’%年建造的，也包括#’$*年以前建造的。
/）变风量集中是指一种集中空调系统。它送冷热风
表!美国商业建筑在!"#$%!""&年期间
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变风量集中系统##2!&21#20%2!$2$&2’风机盘管加新风系统"2*&2%!&21!#2&!&2$"&2#单房机组系统#*20"2&"2"%2$#2!&2#给建筑的不同部分的风量是根据冷热不同的需要而变更。
3）风机盘管加新风空调系统是指这样一种系统：主要应用一种风机盘管机组冷却或加热室内循环风来吸收室内冷或热负荷，并设置专用系统处理室外空气。
"!汪善国，男，#’#0年$月生，机械工程硕士，纺织工艺硕士
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!）单房机组空调系统是指一般采用无风管、工厂组装窗式、墙式仅在单独房间内应用的空调机组。
其次，商业建筑包括办公楼、商场、医疗、学校、公寓、仓库等建筑。
第三，由于调查时，某种空调系统可能重复包括在另一种空调系统内，因此各种空调系统所占百分比加起来，会大于"##$。
根据文献［%］第一章转载美国能源部情报署的资料，美国商业建筑在"&&’年采用得最多的是整体机组空调系统，以建筑面积计占()$。住宅建筑"&&*年采用得最
多的也是整体机组空调系统，约为("+#,"#
%户，占空调用户的’’$。因此，在美国商业建筑包括办公楼中，下列趋势是明显的：
图!!"#$年#月在香港一间教员办公室中实测的
室内温度（%）和室内相对湿度（&）
-）应用冷、热水的集中空调系统显著地多于风机盘管加新风空调系统。
.）风机盘管加新风空调系统从/#世纪)#年代以
后，建造面积开始减少，&#年代及以后，急剧减少。0）单房机组空调系统从/#世纪1#年代以后，建造面积开始减少，&#年代以后，
急剧减少。多分区集中空调系统
［"］，应用一种和双风管集中空调系统相似、接近定送风量的冷热风机组。每个空调分区有一条送风管。一个风系统最多可以有"/个分区，或是"/条送风管以及相应的回风管、新风管和排风管等。这种多分区集中空调系统/#世纪1#年代在美国南部发展，)#年代及以后，
在美国逐渐被双管变风量集中空调系统及变风量集中空调系统所取代。
’风机盘管加新风空调系统存在的缺点以及多分区集中空调系统的优点
目前国内办公楼主要采用风机盘管加新风空调系统，根据文献［/］和［*］，在实际运行中，存在着严重的问题：
-）很多系统在设计时，未考虑内、外区负荷差别。而国内办公楼风机盘管加新风空调系统的水系统，大多采用二管式。结果冬季运行时，外区室内温度正常有时偏冷；内区偏热，往往高/!*2甚至更高。
.
）风机盘管冷凝水外溢现象严重，形成潮湿面，容易滋生霉菌。
）由于新风量较送风量小很多，未能在过渡季和冬季充分利用新风降温。
!）很多水管、设备进入吊顶或直接安设于空调区域内，维护检修工作多多，困难重重。
除了上述问题以外，风机盘管加新风空调系统与多分区集中空调系统比较，尚有下列缺点：
-）风量占总送风量1#$!)#$风机盘管的循环风系统，由于小风机的总压一般为"’#3-，只能应用低效过滤器。而目前越来越多集中空调系统为了过滤掉霉菌、冷却塔污染菌，消除吊顶上和风口附近出现的黑点，以及避免盘管堵塞，都在冷热风机组（送风机组）中采用中、高效过滤器（大气尘比效率在(#$!(’$以
上）。
.
）很多风机盘管安装在室内空调区域内外墙窗下、窗旁或回风吊顶内，因而对减小风机噪声比较困难。风机盘管加新风空调系统室内的4声级噪声往往要比安装在风机房内的集中空调系统要高约’!5或更高。0
）在部分冷负荷时，风机盘管控制双通冷水阀的开启度或开闭频率，减少进入冷盘管内的冷水量，提高冷水离开冷盘管时温度，减少需要冷却空气与冷水的对数温差，因而减少从需要冷却空气传入盘管冷水内的热量，直到与部分冷负荷平衡（相等）。盘管要除去潜热，必须把需要冷却空气中过饱和的水分凝结出来。
风机盘管加新风空调系统在夏天部分负荷运转时，虽然各个空调分区的给定温度仍可保持和设计冷负荷时相同，但是冷盘管中的平均冷水温度已经升高，需要冷却空气中冷凝出来的湿量减少，因此，空调分区的相对湿度会提高。相对湿度提高的程度，受下列因素的影响："）冷水的温度，是否再给定；/）部分负荷率；*）盘管的构造和大小。
美国某一风机盘管制造厂产品目录中，从/号到%号风机盘管的冷量如表/所示。
表’风机盘管冷量
机械工程学报英文版机组
显冷量／67
总冷量／67
/"+*"+)*"+)/+%(/+%*+’%*+)
’+"
加上安全系数，风机盘管设计时选的型号，往往会比设计计算时所需要的冷量大/#$!
(#$。结果，应用风机盘管加新
风空调系统在部分负荷时，盘管中冷水温度提高，加上不同型号冷量差异的影响，往往使室内相对湿度升得比较高。
图"是"&)%年)月在香港一个学校办公楼里面一间
教员办公室中实测的室内温度和室内相对湿度。记录仪
可以自动记录一个星期的温湿度。记录仪的温度敏感元
件是合金片，相对湿度敏感元件是动物毛发。这是从
!"#$年#月!#日（星期一）早上#点开始，连续%日的记录。
这间教学办公室（&%’!）应用风机盘管加新风空调系统，是单独教员使用的小办公室。冷水由离心冷水机组集中供应。在部分负荷时，改变一定时期内双通冷水控制阀开、关的时间，调节进入盘管的冷水量。在!"#$年#月!#日#：((到#月))日!#：((，白天工作时间内，室内记录点（办公桌上）平均温度约在))!)*+之间，平均相对湿度约在%(,!%-，之间。风机盘管的小风机是在低速（./012334）下运行。
4）风机盘管加新风空调系统的水系统采用四管式时，投资高，吊顶内水管、风管拥挤。如采用二管式，冷、热工况转换费时，内、外区室内温度调节控制复杂。
和风机盘管加新风空调系统比较，多分区集中空调系统以及变风量集中系统有下列优点：
5）过渡季节和冬季应用新风降温以节省冷量与电量时，在冷热风机组吸入的新风量往往比所需最低新风量要大很多，而且甚至!((，全部送风量都是新风。这样，多分区集中和变风量集中空调系统显著地提高了室内空气的品质，改善了室内环境。
6）无论是一个多分区集中空调系统或是一个风机盘管加新风空调系统，往往会有很多空调分区。对一个多分区的空调系统，由于运行情况与负荷的变化，对新风量的要求不同空调分区、不同时间会有所不同。如果这个集中空调系统正是处在!((，新风降温运行工况下，这时送入各个空调分区的都是新风，远远大于各个分区对新风的需要。
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如果这个空调系统各个空调区域内人们散发有害物（或室内产生有害物）的负荷在工作时间变化，则需要应用测量78
或其它室内空气品质的敏感元件，使冷热风)
机组吸入的新风量按新风量的需求，经常保持等于或大于在夏天设计工况下，空调区域内每个工作人员所需的新风量（文献［$］)*章）。
如果空调区域内人们散发有害物或室内其它有害物产生的负荷比较稳定，文献［$］)*章建议应用冷热风机组混合箱定压控制，来保持运行时不同时间、不同负荷情况下能吸入接近固定的所需新风量。
当冷热风机组吸入设计工况下所需的新风量以后，如何满足这个空调系统的各个空调分区，在不同时间、不同新风量的要求呢？当送入一个空调分区的新风比9新风量／送风量（以同样单位计算）高于规定的需要时，结果是这个空调分区的循环风里面，未被应用的新风成分会增加（更确切地说，是循环风空气中有害物的浓度降低），因而提高了冷热风机组送给其它空调分区这种循环风时，稀释有害物浓度的能力。
由于多分区集中空调系统有冷热风机组可以汇合各个空调分区的回风，成为循环风，平衡各个空调分区，在不同时间对循环风稀释室内有害物的浓度。而风机
调系统的缺点
!"#根据文献［!］第三章，与多分区集中空调系统比较，风机盘管加新风空调系统有下列优点：
"）灵活性强，适应各种建筑和平面布置。
#）有专用并借正压送风的新风系统，便于控制、调节新风。
$）循环送风管很小，往往不需要回风管。新风管尺寸较送风管小很多，易于在吊顶中安设。尤其是在高层建筑中，新风管占建筑空间小。
%）送风和循环风仅及于本空调分区，与其它空调分区隔断。防止空气中的有害物通过送风和循环风系统，跨越空调分区，污染其它空调分区。
&）在空调分区无工作人员逗留时，可仅应用风机盘管的水系统，进行值班供暖。
’）文献［(］的作者应用常用的暖通空调年耗能量电脑计算软件，计算四管式风机盘管、变风量集中系统、水源热泵系统以及分区再热系统)种空调系统在美国*个不同地区、不同围护结构、不同内部负荷时，暖通空调的年耗能量，以+,-计。计算结果美国圣路易斯、密尼苏达和斐尼克斯.个地区变风量集中空调系统平均年耗能量为四管式风机盘管加新风空调系统的/!01（高的!01）。风机盘管的小风机和电
动机的联合效率一般仅为2*1。由于循环风的总压通常不超过/*03"，而且风机盘管加新风空调系统制冷系统，往往用离心制冷机，效率很高，
!"#4’达到56*。这和20世纪(0年代笔者在香港实际调查所得的风机盘管加新风空调系统的年耗能量比变风量集中空调系统的年耗能量显著要低的结果一致。
!"$和风机盘管加新风空调系统比较，多分区集中空调系统有下列缺点：
"）一个多分区集中空调系统的风系统如果有*个甚至超过*个空调分区时，吊顶中会有*条或以上的送风管以及相应的回风管、新风管及排风管。投资高、送风管道温升增加，而吊顶中布置困难。由于每个空调分区的敏感元件要靠近这个空调分区；而调节机构风阀却设置在多分区冷热风机组里面。很多控制线路往往要长途旅行。实际运行中发现调节管理复杂，维护保养困难。
#）当一个大空调分区的风阀调节送风量时，往往会影响小空调分区的送风量和工况。
%东环广场写字楼以及选用的空调系统的特点
根据文献［/］和［2］，北京市东直门外东环广场的写字楼南楼与北楼，各有)!7层。以*，5层为例，每层外区为//5.82，内区/.)!82，每层层高.658。写字楼以及选用的空调系统有下列特点：
"）开敞式现代化办公楼
#）空调分区主要根据外区朝向、内外区有别来区分。每个标准层有(个空调分区，每个风系统（冷热风机组）有2到.个空调分区，空调分区少。每个外空调分区的平均面积为/7*82，平均送风量为55*08.／-。每个内空调分区的平均面积约为5*082，平均送风量为/2*00 8.／-。
$）国内在20世纪70年代中期，尚未有大量生产各种品种、系列变风箱及有关控制设备的工厂。
正是因为风机盘管加新风空调系统不能大量利用新风降温，内区室温过高；而且冷凝水管溢水现象严重、易
生霉菌；循环风只能选用低效过滤器。虽然比变风量集中、多分区集中空调系统，风机盘管空调系统耗能量要少，但在提高室内空气品质方面的严重缺点，以及空调分区温度过高，促使东环广场设计时放弃选用风机盘管加新风空调系统。
正是由于变风量集中空调系统一次投资价格高昂，不少设计人员对变风量空调系统，还不是很熟悉。除了要求较高的空调工程以外，国内较少采用。
正是因为东环广场是开敞式办公楼，每个风系统仅有2到.个空调分区，多分区集中空调系统主要缺点即送风管多、控制繁复就不突出。
因此，在东环广场写字楼，设计人员结合国情，打破传统，合宜、有效地选用了多分区集中空调系统。
根据文献［2］，东环广场写字楼经过/77(年冬季及/777年夏季的实际使用，效果良好，业主满意。
&结语
现代的空调系统和相联结的程控、节能控制系统是复杂的。根据设计要求结合具体条件。考虑各方面的因素，全面、正确、合宜地选择暖通、空调、风、水、供暖、制冷、自动控制等系统以及主要设备，是一个有效、节能、业主满意的空调工程的前提。
多分区集中空调系统和变风量集中空调系统相似，今后的发展，根据具体情况而定。
"）对室内空气品质，空调分区温度或其它参数控制要求比较高，以及空调系统每个风系统有*个或以上空调分区，建议考虑选用变风量集中空调系统。
#）对于空调系统的每个风系统仅有.个及以下空调分区的开敞式建筑，而且，若变风量箱届时国内仍然不能大量生产，依靠进口价格高昂，则多分区集中空调系统仍然是一种可以选用的空调系统。
参考文献
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