贺永良

中铁十八局集团第四工程有限公司

对大多数人而言，除居住区外，办公区是累计停留时间最长的区域。朝九晚五的工作时间模式下，在办公区内停留的时间约为8小时，占每天时间的三分之一，因此办公区内的室内环境质量显得尤为重要，而作为城市建筑中最典型的高层办公建筑，室内环境质量一直以来就是研究的难点。高层办公建筑人员密度高，建筑气密性好，为了营造舒适、健康的办公环境，需要有合理、有效的空调新风系统。

本文采用实地调查的方法研究高层办公建筑空调新风系统的设计研发。调查内容是现场测试多家科研办公单位的室内空气环境及噪声，并观察记录办公人员的门窗开启习惯及新风系统的使用情况。

调查目的是为办公区新风系统设计提供依据，并分析办公区新风系统设计时需注意的问题。调查过程分为调查前的准备、进入办公区调查及调查后处理三个步骤：

①调查前的准备。先对所调查的企业进行初步了解，如地理位置、平面图纸、空调设计参数、新风系统类型等信息，确定调查目的和调查方法，撰写调查方案。

②进入办公区调查。根据调查方案中的调查内容及方法，进入企业进行调查，对调查对象进行观察、测试，并作相应的统计与记录。

③调查后处理。及时对调查所得到的资料进行整理，撰写调查报告。

1 室内空气环境及噪声调查

调查采用的仪器有智能环境测试仪数字温度计DS18B20，测试精度±0.1℃，噪声测试仪HNT16040，工作温度范围为-10℃～+50℃，在此温度范围内相对于参考温度灵敏度变化不大于±0.5 dB。测试内容包括呼吸区的CO2浓度、空气温湿度及室内噪声。测试分夏季、冬季进行，调查对象包含了超大型、中型、小型三类科研办公单位。各类办公单位的调查比例如表1所示：

表1 各类办公单位的调查比例

科研单位的办公区一般分为开敞的大办公区和单间的小办公室两类。两类办公区的使用人员数量及室内环境质量具有明显的差异，因此调查将办公区分为≥50 m2的大办公区和＜50 m2的小办公区两类。调查的办公区的基本情况如表2及表3所示。

表2 办公区的数量及比例

表3 办公区的人员密度

表4 室外气象参数测试值

测试期间，室外空气温湿度及CO2浓度如表4所示。各参数日变化情况为：室外温度为逐渐升高后再逐渐降低，中午时刻温度最高；相对湿度的变化趋势为先逐渐降低再逐渐升高；室外CO2浓度为在373～698 ppm之间波动，变化趋势为先逐渐升高再降低。

1.1 呼吸区的CO2浓度

办公区的CO2浓度测试结果如表5所示：

表5 办公区CO2浓度测试值

办公区的CO2浓度日变化曲线如图1所示。

图1 办公区的CO2浓度日变化曲线

目前，我国衡量建筑污染物和人员污染物的指标是CO2浓度，且其限值为1000 ppm[1]。调查结果显示，部分办公区的CO2浓度超过限值，超限率为5%～23%，且大办公区的超限率大于小办公区，冬季高于夏季。

定义人员的在室率为逐时人员的数量与人员数量最大时刻的比值。办公区内CO2浓度变化趋势与人员的在室率相同，变化趋势为“增加-减少-增加-减少”的双峰型曲线，且下午的峰值高于上午。

1.2 室内空气温湿度

办公区的室内空气温湿度测试结果如表6所示：

表6 办公区室内温湿度测试值

根据文献[2]的规定，一级舒适度供冷工况室内空气温湿度为24～26℃及40%～60%，供热工况为22～24℃及≥30%，二级舒适度供冷工况室内空气温湿度为22～24℃及≤70%，供热工况为18～22℃。办公区为人员长期停留的场所，舒适度要求较高，空调设计一般以一级舒适度为标准。

定义在测试期间，办公区温湿度不在舒适度范围内的时间与测试总时间的比值为不舒适率。如表6所示，办公区的温湿度的不舒适率为13.0%～45.0%，大办公区的夏季不舒适率高于冬季，下办公区的相反。夏季的不舒适度主要是由于温度过高引起的，冬季则是相对湿度过低造成的。

1.3 室内环境噪声

办公区的室内环境噪声测试结果如图2所示：

图2 办公区的噪声调查结果

根据《民用建筑隔声设计规范》（GBJ118-1988）室内安静程度要求，办公室的最低噪声标准是≤55 dB(A)。根据调查，测试的办公区的平均噪声值为50 dB(A)，约有13%的办公区噪声大于55 dB(A)，不符合规范要求。究其原因，基本都是由于新风机吊装在办公室内造成的。

2 门窗开启习惯及新风系统使用情况调查

办公区门的开启增加了办公区之间及办公区与其他区（休息区、走道等）之间的空气流通，使办公区之间的空气环境更容易趋近相同。若在过渡季节开启外窗，可增加室内外的自然通风，但在空调（供暖）季节，开窗则会导致室内无组织新风量，增加空调系统运行能耗。了解办公区内人员的习惯利于设计师设计的新风系统更加合理，制定的运行控制策略更有效。

2.1 门窗开启习惯

据实地观察，办公区门窗开启情况如表7所示。

表7 办公区门窗开启情况

①不同季节办公区门的开启习惯基本相同。据观察统计小办公区的门开启时间较少，大办公区之间的门上班时间全天开启（有门禁管理要求的除外），以方便人员通行，下班时间所有门均关闭。

②不同季节外窗的开启习惯有所不同。过渡季节，所有办公区的外窗基本为开启状态，而空调（供暖）季节办公区有47%和55%的办公区外窗为关闭。

③外窗的开启情况与室外空气质量（PM2.5浓度等）的情况有关。室外空气质量差时，开启的外窗数量及开启时间较少。

2.2 新风系统的使用情况

调研对象的空调形式大多数为半集中式空调方式，如风机盘管+独立新风系统、多联机空调+独立新风系统等，均为独立新风系统形式。调研单位的上班时间均为8:00～18:00。

上班期间，新风系统开启情况分为从不开启、间歇性开启及连续开启三种，各类情况比例如图3所示。

图3 新风系统的开启情况

办公区内人员密度大、新风量大，新风负荷大约占空调总负荷的30%。据调查，约有35%～45%的办公区从不开启或间歇开启新风系统以节约空调系统的运行成本，造成室内新风量不足，CO2浓度超标等问题。

在测试过程中发现，部分办公区不同测点的CO2浓度差别较大，内区测点的浓度普遍高于外区测点。合理的气流组织设计可减少内外区测点CO2浓度差，提高新风送风效率。

3 新风系统的设计分析

为避免出现调查中办公区出现调查中发现的问题，新风系统在设计时应使系统的划分合理、新风量的计算准确、新风机的设置正确及室内气流组织设计有效。并选择合理、高效的节能、节支措施，提高新风系统的平时使用率，从而改善办公区的室内空气环境质量及声环境。

3.1 新风系统的划分

通风的目的是为了消除人员与建筑产生的污染物，并为室内人员提供所需的新鲜空气，满足室内人员的舒适与健康要求。

办公区的入驻单位及分隔经常变化。不同办公单位的空调使用时间及室内舒适度要求不同，新风系统宜按照企业进行划分，以便运行控制及费用结算。而在建筑功能分隔不确定时，提高新风系统对分隔变化的适应性，系统宜尽量划分为多个小系统。

对于开敞的大办公区，靠外窗的外区与内区之间的过渡季节要求的通风方式不同，外区可直接开窗通风，而内区需通过加大新风量来改善室内环境。系统划分宜按照内外区划分新风系统。

办公建筑的设计层高一般为3.9～4.2 m。而办公区对层高要求较高，否则办公人员会感觉压抑，不舒适。因此单个新风系统不宜划分过大，风管高度过高。

3.2 新风量的确定

常用的新风量的确定方法主要为性能设计法和规定设计法两类[3]。性能设计法是指运用质量守恒方程，分别计算满足室内人员健康和舒适要求的新风量，取最大值作为该空间的最小新风量。规定设计法是直接规定空调通风房间人员部分所需的“每人所需的最小新风量”和建筑部分所需的“单位地板面积所需的最小新风量”[4]。《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）中规定的办公室的设计最小新风量指标为30 m3/(h·人)。

设计人员无法确定办公区人员数量时，一般参考设计手册参数确定人员密度，取0.125～0.25人/m2。根据实地调查，办公区的人员密度分布如图4所示。办公区人员密度大于0.25人/m2的情况分别占59.3%和64.3%，人员密度大于设计值。因此，应根据项目实际情况调整人员密度的设计值。设计人员可根据性能设计法和规定设计法分别计算新风量，将计算结果与规范规定的最小新风量（30 m3/(h·人)）进行对比，取大值作为设计新风量。

图4 办公区人员密度分布图

办公区的入驻单位经常变化，不同单位的人员数量不同，导致需求新风量不同。新风系统设计时应考虑新风系统变风量运行，以满足室内变新风量的需求。

在过渡季节，靠外窗区域可采用自然通风散热，办公区内区房间或无外窗房间可考虑加大新风量进行通风换气，改善室内环境。因此，内区新风量的确定需考虑过渡季节通风要求。

3.3 气流组织设计

同一办公区内，不同测点的CO2浓度差别较大。一部分原因是由于新风系统的送风过于集中，新风口无法送达的区域内空气质量较差。还有可能是因为新风口的位置与排风口过近，气流短路，新风无法送到人员呼吸区。因此，在新风系统设计时，对于开敞的大办公区，要注意新风口均匀布置，并远离排风口，使室内气流组织合理，新风送风有效。

调查中观察到，新风口附近吊顶有不同程度的污染。近年来，室外空气污染指数越来越高，室外新风不再“新”。在新风系统设计时，应增加新风过滤措施，改善引入室内的新风质量。

3.4 新风机的设置

据医学专家介绍，噪声的危害是多方面的。轻者，可引起听力损失，精力不能集中，失眠，神经衰弱；严重者，可使血压升高，心脏功能失常，并能诱发其他疾病。另外，噪声还会严重影响人的工作效率，有时甚至引起一些不必要的矛盾和纠纷。

调查过程中发现，部分办公区新风机从未开启及间歇开启的原因是由于新风机安装在办公区的吊顶内，噪声太大，严重影响办公人员的正常工作。员工不堪忍受噪声干扰，只能牺牲室内环境质量，关闭新风机。因此，新风系统设计时，新风机的设置位置应考虑对办公区人员的噪声影响。不能满足噪声要求的新风机最好安装在机房内，且应做好消声隔振措施。吊装在办公区或者走道内的新风机，应采用静音型或采取隔声处理，使室内声环境满足相关规范和使用要求。

3.5 节能节支措施

办公区人员密度大，新风负荷大约占空调总负荷的30%，新风系统能耗高。在设计时选择合理的新风系统节能措施，节约空调系统能耗具有重要的意义。

应根据项目的地理位置、使用要求、具体情况等加强围护结构热工性能设计、做好遮阳和自然通风，尽可能采用被动式节能措施，降低建筑基础能耗。同时采取有效的主动式措施，如新风热回收技术、夜间取有效的主动式措施，如新风热回收技术、夜间通风、蓄能、地道风、复合通风等节约新风能耗，节省空调系统运行费用。

4 结语

①对近40家科研办公企业的室内空气环境、室内声环境的进行了实地调查，调查结果显示，办公区存在室内CO2浓度超标、冬季空气相对湿度过低、夏季空气温度湿度过高、室内噪声值超标等的问题。

②对办公区内人员的门窗及新风系统开启情况进行了实地观察，发现办公区内人员存在空调季节开窗、开门及新风系统经常不开或间歇开启等问题，造成室内空气环境较差，增加空调系统的运行能耗。

③基于上述调查分析，建议新风系统设计时应在系统的划分、风量的计算、风机的设置、气流组织设计及节能、节支措施等方面认真推敲，尽量避免调查中出现的各类问题，是新风系统设计合理、高效。