空调通风系统在古建筑中的应用

某城楼位于北京市中心，修缮工程施工内容是主要对城台和城楼进行全面的修缮改造并提升使用功能。

1  空调系统概况

1.1  原空调系统

大殿内曾改造空调、通风系统，设多联机空调（一拖二），室内机采用暗藏风管式，空调室外机安装于大殿北侧坎墙旁。室内设新风换气机通风换气，新风换气机位于房间屋顶上。其他附属用房设有分体空调，室外机安装于屋顶上方大厅内，大厅内无空调设施。由于空调室外机安装于城楼北侧坎墙边，与古建筑风貌不协调，破坏城楼外美观。大殿内附属用房空调室外机设置于屋顶上方，暴露于大厅内，室外机冷凝器直接向大厅内排热，夏季会加剧温度升高且空调开启时会发出噪声。室内由于自来水管漏水潮气较重，新风换气机噪声较大。

1.2  原通风系统

大厅采用开启南侧外门的方式进行通风换气；房间内设吊顶式排气扇通风换气，排风直接排至大厅内。由于大厅内无对流通风，自然通风降温效果差。大厅内夏季高温天气室温较高，卫生间等有异味的房间排风直接排至大厅，影响大厅内空气品质。

2  空调通风系统改造方案

（1）本项目空调采用VRV多联机系统，冷热媒管采用铜管,空调室外机安装于城台北侧东西两端。室内夏季设计温度为26 ℃。

（2）空调冷负荷约为300 kW，室内人员活动房间及大厅均采用风管式多联机空调室内机制冷；正厅中央会客区采用局部送风方式，会客区两侧屏风底座旁设落地式多联机空调室内机制冷，后厅和东、西展厅采用风管式多联机空调室内机制冷。

（3）会议室、员工休息室、仓库等人员活动房间设新风系统，新风机采用风管式多联机空调室内机，取风来自大厅室内，所有多联机空调室内机、新风机均安装PM2.5空气过滤装置以提高室内空气清洁度。

（4）冬季在建筑内部周边采用散热器采暖方式，由于建筑空间较大且木质结构保温性能不佳，因此仅使用散热器采暖难以满足建筑热负荷需求。为满足正厅中央会客区采暖需求，可考虑同时开启空调补充供暖。

3  空调系统的选用

3.1  全空气直流系统

在大殿东北角和西北角附属用房屋顶上分别设置4台全新风机组，新风接自北侧两端外窗（拆除部分砖墙），送风管及风口均匀布置于附属用房屋顶上。要求室内各区域温度在24~26 ℃。

该方案的优势是风速低，气流组织均匀，室内空气品质高；劣势是对文物本体扰动较大（需拆除北侧部分砖墙，将4扇窗户玻璃更换为过滤网）,噪声及振动控制难度较大，附属用房顶部装饰挡板增高幅度较大（需增高60 cm），影响大殿观感。

室内环境模拟分析如图1所示。

（a）     （b）

（c）     （d）

图1  全空气直流空调系统室内环境模拟（计算机截图）

（a）示意1；（b）示意2；

（c）示意3；（d）示意4

3.2  多联机内循环系统

空调室外机安装于城台东西山墙两侧室的外地面上，空调室内机对称设置于东西两侧附属用房屋顶上，采用喷口和百叶风口相结合的送风方式。东西展厅设两台临时分体柜机。室内机和室外机高差约18 m，冷媒管长约80 m，满足多联机空调设置要求。室内区域平均温度在23~25 ℃。该方案的优势是制冷速度快，除湿能力强，占用空间小，减振降噪相对可控，对大殿观感影响小且充分考虑了室内外温度梯度；劣势是风速相对较高，均匀性较差，临近风口处有吹风感，大厅中央温度相对较高（可通过开启东西展厅临时分体柜机的方式缓解）。

温度分析：大殿中部人员活动区域（即1.5 m以下）温度在23~25 ℃，由于南门敞开，南侧墙温度稍高于北侧墙温度，夏季由附属用房通过南门到室外有温度梯度，温度逐渐升高，如图2（a）所示；大殿中部人员活动区域（即1.5 m以下）速度在0.6 m/s以下，如图2（b）所示。

（a）     （b）

图2  多联机内循环系统室内环境模拟（计算机截图）

（a）水平截面温度分布；（b）水平截面风速分布

4  空调设备设置

大殿内20台室内机对称设置于东西两侧附属用房屋顶上，采用喷口和百叶风口相结合的送风方式；在东西展厅预留2台设置临时分体柜机的条件。大殿内附属用房采用多联空调室内机供冷供热，新风引自大殿。

该设置方式的优点是可利用现有结构安装空调，对大殿现状扰动较小，能保证大部分区域供冷效果；缺点是室内机高档位送风时气流速度较大。空调外机额定输入功率（室外35/24℃，室内27/19℃）约119 kW（东56 kW+西63 kW），最大输入功率（在室外极端工况下保证出力不衰减）约251 kW（东117 kW+西134 kW）。

5  空调通风系统噪声振动控制

5.1  噪声控制目标

会议室、办公室及更衣间噪声值不大于40 dB（A）；大殿噪声值不大于50 dB（A）（考虑环境背景噪声）。

5.2  减震降噪措施

（1）室内机选用直流电机系列机组，以实现转速无级调节，降低噪声值，并可根据不同使用场景通过线控器设置室内机自动静音模式。根据室内温度、人员活动情况等启用自动静音功能，噪声最低可降低至25 dB。

（2）所有通风机均选用低噪声风机。

（3）在机组送回风管上增加消声装置，机组本体增加全封闭消音处理，采用阻抗复合型消声器，在消音腔体内壁粘贴100 mm厚度的波峰棉，腔体中间用波峰棉隔开，消声器导流板由常规的间距20 cm缩小至10 cm，以有效降低噪声。

（4）在多联机空调室内机设置减震垫，室外机设减震器。

（5）在所有通风机进出口及风管与空调机组连接处加设柔性短管。

（6）对未设于风机房内的通风机加设隔声罩进行隔声处理。

5.3  噪声测试

空调设备安装完毕后，使用专用数字式噪声计对所有空调房间进行噪声测试，在室外主干道无汽车噪声影响的工况下测得的噪声数值见表1。

表1  噪声实测值     dB

在室外主干道有汽车通过的工况下，大殿室内的噪声值比无汽车通过高7~8 dB（A）（测试时南侧大门处于开敞状态）。

5.4  测试结果分析

根据测试结果，在室外主干道上无汽车通过时，大殿内房间在空调运行时，室内背景噪声平均值为30 dB（A），均低于GB 50118—2010《民用建筑隔声设计规范》中办公室、会议室的高要求标准[40 dB（A）]；更衣室的空调背景噪声也低于GY/T 5086—2012《广播电视录（播）音室、演播室声学设计规范》中的录音室的噪声指标要求[30 dB（A）]；大殿室内空调背景噪声平均值为38 dB（A），满足GB/T 50356—2005《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》中会堂、报告厅和多用途礼堂的噪声标准[NR-35 40 dB（A）]的要求。

大殿内空调运行背景噪声均低于设计和国家有关规范要求（室外主干道无汽车通过情况下），空调噪声控制水平与该建筑物的使用功能相匹配，完全满足重大政治活动时的使用要求。

6  结束语

在古建筑中应用空调通风技术，需充分考虑对文物的保护，尽可能在不破坏文物本体的基础上充分利用有限的空间布置空调通风设备及管路，通过多重方案的空气模拟实现空气调节效果选择最优方案；尽可能选用低噪声设备，特制消声管路，优化减震降噪措施，将震动噪声对文物本体的影响降到最低。