福州海关大楼空调设计中的几点思考

福州海关大楼(图1)背靠福州风景名胜鼓山，南邻浩荡闽江，主楼和两翼附楼“品”字平面布局与中央观景平台构成了高低错落、富有活力的建筑群体。严谨浪漫的平面构图，清新雄伟的立面造型，远山近水的恬静氛围，体现了国门海关的内涵，也凸显了其在福州东扩战略前沿标志性建筑的地位。该楼曾作为海峡两岸“两马闹元宵”的主会场，受到国家领导和国人的关注。

图1 福州海关大楼实景

大楼由两栋6层附楼（A、B楼）和19层主楼（C楼）组成。主楼主要为办公类用房和门厅，两层裙房的东、西侧分别为大餐厅、礼堂和报关厅、车库，地下室为车库和设备用房；A、B楼一层部分为小餐厅，其它层也均为办公类用房。大楼总建筑面积约33000m2，均要求设置舒适性空调。

大楼空调系统2007年9月正式竣工验收投入使用。本工程暖通空调设计获得2008年度全国工程勘察设计优秀建筑环境与设备专业三等奖、福建省二等奖。

大楼采用可变制冷剂流量变频式和定频式相结合商用多联机空调系统。办公室、小会议室、小餐厅等小开间用房，采用变频式空调，配以四出风天花板式或侧出风式内机；大餐厅、礼堂、报关厅，采用定频式空调，内机协调装修需要采用四出风天花板式或内藏风管式。报关厅送风采用球形喷口侧送，礼堂、门厅、小中庭送风采用旋流风口顶送，以确保空调冷、暖气流高效、可靠送达空调区域。

空调新风均采用全热交换器。办公用房按层设置空调新风系统，大餐厅、礼堂、报关厅按房间功能分别设置空调新风系统。

空调内机配线控或遥控器独立控制，另设置智能化空调中央控制管理系统，对变频、定频空调系统以及全热交换器运行集中控制、管理、计量。

依托全热交换器在办公类用房各层房间或内廊设置排风口，全热交换器引入新风送至各房间，并同时回收排风中冷量；大餐厅、礼堂、报关厅除利用全热交换器排风外，另增设独立排风系统，以加大过渡季室内排风和室外新风引入。

主楼防烟楼梯间和合用前室设置加压送风系统，地下车库和设备用房设置送、排风系统，车库配置战时人防通风系统。

大楼空调计算总冷负荷为3750kw，平均计算冷负荷为113.6w/ m2，设计考虑商用多联机系统空调外机集尘系数1.05、不同层冷媒管长修正系数在0.83～0.9之间、空调外机规格取整等因素，最后确定变频和定频空调外机名义总冷量为4530kw，大楼平均配置空调名义冷量为136 w/ m2。其中变频空调外机名义总冷量为3763kw　(1344匹)，内机名义总冷量为3900kw(1393匹)，外、内机配置冷量比为1:1.04；定频空调外机名义总冷量为750kw(300匹)。

工程空调通风系统决算总价1220万元（其中纯空调系统造价1130万元），平均暖通工程造价为369元/m2。

大楼空调方案从2003年始几经反复，到2005年初设计再次介入时大楼已经封顶；A、B、C三栋楼相对独立分布、又相互联系，确定一种既能适应工程主体已经封顶的特殊情况，又能满足今后灵活使用、方便管理、运行经济的空调系统，是业主的强烈愿望！业主曾组织多方考察、调研，并对各种空调设计方案开展论证，综合技术、经济、施工、管理诸因素，最后确定采用可变制冷剂流量商用多联机空调系统。

设计采用变频和定频相结合的空调方式，可满足业主对空调系统独立运行、灵活调节，管理方便、经济可靠的使用要求；而且相比其它方案也是对原空调系统设计相对影响最小、对其它专业冲击最轻、施工周期最短的。办公、小型会议室、职工餐厅类小开间用房，采用变频式空调，以充分发挥变频空调负荷适应性强、运行灵活、节能的优势；大餐厅、礼堂、报关厅大空间用房考虑人员密集、空调负荷稳定、间断使用，采用定频空调，相比采用变频空调可降低投资近百万元。

空调新风处理均采用全热交换器，新风送入室内同时排出废气、并回收排风中能量，也降低新风能耗和空调设备容量，并减少吊顶中管道，增加建筑有效层高。

本工程实际配置空调设备名义冷量和造价低于同期当地类似工程，说明了设计确定空调方式的合理性、经济性。

3.2 全热交换器的应用

调研知道类似规模全部采用全热交换器处理空调新风的工程国内并不多见，对此我们非常谨慎。设计分析：福州地区夏季空调室外计算湿球温度28℃，室内外焓差为35Kj/Kg，全热交换器效率较高；大楼邻近名胜鼓山风景区和闽江之滨，空气清新，全热交换器运行环境较佳；大楼新风负荷比例较高，回收排风冷量潜力大，减少空调设备投资、降低运行费用成效显著。但全热交换器存在：不同滤芯换热效率差异大，出口新风参数无法达到室内状态，入室新风参数的随意性影响室内参数稳定，且回收效率随运行年限衰减，过渡季送排风量无法改变。对此设计采取了下列应对措施：

A、设备采购招标文件明确全热交换器滤芯材料技术要求；

B、要求供货厂家应提供全热交换器的夏季制冷焓交换效率、温度交换效率和制热焓交换效率，并限定制冷焓交换效率不低于60%；

C、限定空调外、内机容量比，避免应标单位为降低造价随意加大容量比，以保证外机充足的制冷能力；

D、新风与回风汇合后送出，提高回风参数，降低新风对室内的直接干扰，提高空调舒适度，提高空调内机效率；

E、注重新风吸入口位置，尽量拉大进排风口距离，以确保空气品质，为全热交换器预留足够维护空间，新排风口均设置滤网，并在设计施工说明中强调滤网的定期清洗，确保其高效、持久工作。

F、报关厅、大餐厅、礼堂大空间人员密集，另增设独立排风系统，以方便调节过渡季排风量，最大限度利用室外新风。

A、B、C楼标准层面积小、南北进深浅、裙房部分空调负荷大，无空调要求的地下室面积小（仅约900 m2），大楼空调面积比例高，且作为《公共建筑节能设计标准》颁布之前的建筑，相比同类工程空调冷负荷理应大些，而大楼最后平均计算冷负荷为113.6w/ m2（配置空调设备名义冷量136 w/ m2），也说明了全热交换器对降低大楼空调设备容量的贡献。

大楼全热交换器总处理新风87800m3/h，制冷时平均冷焓交换效率若按保守的40％计，大楼空调总冷负荷可降低10%，仅以夏季6个月运行计算每年约少耗电16万多度，长期运行将是一笔可观的节省。

3.3 空调外机容量和放置位置

随着大容量、长冷媒管商用多联机的发展（单机容量高达48匹、甚至60匹），在方便设计师选型的同时也出现了追求单机大容量配置的趋势。相关资料和研究表明，变频空调外机随着单机容量增加，其COP或IPLV呈下降趋势。本工程设计中坚持系统最小化原则，慎重采用大匹数外机系统，按层独立设置系统的同时，优先考虑合适匹数外机和适中规模的系统，容量悬殊内机尽量不划分在同一系统，以利系统冷媒流量平衡，提高空调系统能效比。

主楼1～8层空调外机放置在下部裙房屋面，9层以上放置在主楼屋面(图2)，A、B楼放置各自屋面，屋面空调外机均按东西向分别布置。设计按管长最短原则考虑，空调外机就近灵活放置，既缩短冷媒管长和垂直高差，又提高了空调系统能效比；既满足空调外机布置要求，又不影响建筑立面和景观；既改善空调外机散热条件、降低设备噪声影响，又化整为零，空调外机“不显山露水”与建筑浑然天成，和谐共处。

图2 福州海关大楼主楼空调冷媒系统图

3.4 冷媒的选择

2005年正是多联机空调市场冷媒流行R407c、兴起R410a、传统R22承受极大压力的非常时期，在“环保冷媒”猛烈宣传攻势面前业主十分迷茫。设计反复考虑后首先排除了非共沸点的R407c，以确保今后空调系统制冷工况的稳定；考虑R410a仍属于高GWP冷剂，理论制冷效率低于R22，在全球气候变暖加剧背景下，其所存在的潜在问题和使用前景令人三思，且明显提高设备造价，设计权衡再三确定还是采用传统冷媒R22，并取得业主理解认可，也为降低空调系统投资奠定了基础。

3.5 空调内机形式和特殊风口的应用

办公类小开间用房，空调内机优先考虑四面或两面出风的天花板嵌入式机型，裙房大空间采用天花板机和风管机相结合，以减少现场风管、风口、保温等施工量，保证空调效果、加快施工进度，节省投资，也有利与装修协调。

报关厅采用球形喷口侧送风(图3)，送风方式简洁、经济、高效；礼堂(图4)、门厅(图5)、中庭送风均采用风向可调、有效射程大、送风均匀的旋流风口，确保空调冷、热气流均匀、宁静、可靠送达人员区域，特别门厅、中庭非常规采用旋流送风口较好解决了玻璃幕墙强太阳辐射对室内的影响，并更好与装修协调、改善了高空间空调效果。

图3 　福州海关大楼报关厅风口布置

图4 　福州海关大楼礼堂风口布置

图5 　福州海关大楼门厅风口布置

大楼空调通风系统2006年9月投入试运行使用至今3年多，运行良好，并获得业主的良好评价。运行效果说明了设计确定的空调方式和采取的措施对大楼空调通风系统的灵活、可靠、经济运行是有效的，也满足了业主投资和使用要求。