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深圳某超高层办公塔楼电梯机房通风空调设计谭晓君王思懿（悉地国际设计顾问（深圳）有限公司，深圳；西安工业大学，西安）摘要：电梯机房内的环境温度控制十分重要，尤其是超高层办公建筑的高速电梯机房，因为负载大且运行频率高，发热量很大。本文通过对普通住宅和超高层电梯机房通风空调系统的研究对比，介绍了机械通风、空调冷却降温方案的计算方法及利弊。着重对深圳地区某超高层办公电梯机房暖通设计方案及运行策略进行分析，得出机房需设计通风及空调套系统，根据室外温度的不同，为降低能耗需灵活运行通风系统或空调系统，为类似项目的设计及后期运行提供参考。关键词：电梯机房；发热量；机械通风；空调降温；运行策略谭晓君，男，年生，硕士研究生，工程师，主任工程师 深圳市劲嘉科技大厦楼悉地国际设计顾问（深圳）有限公司 ：收稿日期：引言超高层办公建筑由于体量大功能复杂，暖通设计的难度也较大，需要考虑的方面较多，电梯机房的通风空调设计常常不被暖通工程师重视，但电梯机房内温度的控制对电梯的正常运行尤其重要，对整个大楼的正常运转举足轻重。电梯机房一般设置于建筑物顶层及避难层，里面设置有电梯主机、控制屏、曳引机、变频器等设备。为了确保电梯机房内设备的正常运行，一般电梯设备厂家要求其室内温度保持在 。为了达到这一温度要求，暖通专业可以采用通风降温和空调冷却的方式来实现。不同方式有其各自的特点和适用性，初投资和运行费用也各不相同。本文通过对不同降温方式及其运行策略进行分析，以常规住宅电梯机房的通风空调设计为例，着重介绍超高层办公建筑电梯机房通风空调系统的设计及运行策略的选取。电梯机房内的主要热负荷来源于变频器、制动电阻及其电动机，一般情况下，电梯机房室内温度通常较高，围护结构传热量比较小，围护结构得热相对于电梯机房内设备发热量很小。对于住宅项目的电梯机房，由于其室内设备发热量较小，在实际的工程设计中，暖通设计师一般考虑种解决方案：）当室外空气温度较低时，根据 民用建筑供暖通风及空气调节设计规范（简称民规）中推荐的换气次数计算，取 的换气次数即可达到室内降温的要求；）当室外空气温度相对较高时，设置分体空调对电梯机房进行冷却降温。目前许多工程项目，统一给电梯机房设置机械排风及安装分体空调的现象越来越多，但对于超高层办公建筑中的高速电梯机房，其散热措施仅按民规中推荐的换气次数及设置分体的方案不太合理，分体空调的制冷量也不能有效抵消设备散热，故针对该类型项目，其机房的暖通设计需进一步分析研究。机械通风降温方式自然通风由于不需要安装动力设备，是最节能的处理方式，但由于电梯机房的窗户少，自然通风效果差，实际工程中基本不采用。机械通风是设置通风风机，强制将室外自然冷风与室内热空气进行热量交换，从而达到降温的目的。电梯机房负荷基本为显热负荷，其通风量计算公式如下：（）式中为通风量，；为室内电梯设备的显热负荷，；为空气比定压热容，一般取 （）；为空气密度；一般取 ；为室内最高设计温度与室外通风计算干球温度之差，。机械通风的风机设置形式常分种：）对于住宅项目，因室内设备发热量相对较小，安装壁式换气扇其通风量、风压即可满足降低室温的要求；）对于超高层办公项目，因室内设备发热量大，一般的壁式换气扇风量、风压较小，其负压排风产生的气流组织不足以有效排除室内余热，故一般会选择噪声较小且风量、风压能匹配的离心风机，同时设置风管及末端风口，通过机械排风形成合理的气流组织有效排出室内的余热。本文重点分析离心风机、风管及风口组成的通风系统。超高层办公建筑电梯机房机械通风系统的优点是通过该系统能使室外空气与室内热空气进行交换，无需人工冷源，系统相对简单，投资低，运行方便。缺点是要达到电梯机房要求的温度，特别是对于室内散热量大的设备，若机房外的取风温度相对较高，则计算的通风量大，导致风机功率增大、风管尺寸增大。尤其当室外温度很高时，室内外温差很小，极端天气甚至出现室外温度高于室内设计温度的情况，此情况会导致通风系统无法满足机房室内温度要求，引起电梯电气系统故障，影响电梯正常运行和人员安全，室内温度过高甚至会导致火灾发生。为此，当电梯机房外环境空气温度较高时，若采用机房外空气跟室内空气交换，不能有效排除室内热量。此时，对于超高层办公建筑，若室内空调区域（含公共区）的空气温度为 （后文具体计算取空调区空气温度为 ），可考虑从电梯井道引入室内空气进入电梯机房，避免出现上述室内外温差很小，或极端天气等不利情况；或者，此时关闭机械通风系统，考虑直接增设空调系统对机房内空气进行内循环降温。暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷空调冷却降温空调冷却降温是通过安装空调室内、外机，依据空气冷却的原理，使空调机组产生的冷风抵消电梯设备产生的热量（因室内没有湿负荷，电梯设备对湿度要求不太高，本文仅从显热角度考虑）。电梯机房考虑显热负荷，其空调降温的计算公式如下：（）式中为通过空调室内机的循环风量，。空调降温的优点主要为：）本系统为内循环系统，与通风系统相比，较不受室外空气温度影响，即使室外温度相对较高时，也不用送入温度较高的室外气体，而是直接降温来达到室内环境控制温度；）在一定的设计工况下，空调系统自身的制冷量可充分抵消室内电梯设备的散热量，有更高的保证率。缺点是初投资较高，需设置室外机设备位置，需注意冷凝水产生，常规空调冷水系统的冷水不能进入机房，因为冷水泄露可能会导致电气设备的损坏。为此，虽说空调室内机类型颇多，但建议室内机不选用吊顶式，因为在送风温度低于露点温度时，室内机风口可能会产生水滴，同时对于常规的冷水空调系统，只能采用全空气空调系统，且送风温度建议不能太低，否则会对电梯设备带来安全隐患。对于住宅项目，因室内设备发热量相对较小，设置分体空调即可有效消除室内热量，分体空调室内机建议采用立柜式或侧壁送风式；对于超高层办公项目，因电梯设备功率大，相应其散热量也高达几十，因分体空调制冷量相对较小，常规设置几台分体空调已不能有效降低室内热负荷，从可靠性、成本和安装的可行性，建议电梯机房的空调系统选择多联机空调，相对于分体空调其制冷能力更大，室外机与室内机之间的距离要求相对分体空调宽松的多，可根据项目现场灵活设置多联机室外机设备位置。实例分析现对笔者经常参与设计的深圳地区项目进行具体分析，设计电梯机房室内设计温度为，查阅民规，深圳地区电气机房的室内、外计算参数统计见表。表室内外设计参数取值夏季通风室外计算温度 夏季通风室外计算相对湿度 夏季空调室外计算干球温度 夏季空调室外计算湿球温度 室内设计温度 室内设计相对湿度 深圳某住宅项目国内某地产公司综合深圳同类型不同高层住宅电梯发热量，结合式（）、（），计算结果见表。由表可知，住宅项目电梯内的发热量相对较小，故设计也相对较简单。工程上有关电梯机房的设计：通常于电梯机房侧墙上设置壁式排气扇（注意，通常为保证开启空调时冷风不通过排气扇渗漏，排气扇与 电动防火阀串联安装于侧墙上）和安装分体空调来实现室内空气的温降，满足机房内工作环境要求。表电梯机房发热量适用楼层层梯速（）机房发热量所需机械通风量（）所需空调制冷量 深圳某超高层办公建筑深圳某超高层建筑的电梯机房（具体项目现已竣工且在正常运行中），位于建筑屋面，室内有部电梯，电梯机房建筑面积，机房层高，设备布置如图所示，室内冷负荷主要为电梯机房设备自身发热量，围护结构冷负荷及照明负荷等相对很小，均可忽略不计，查电梯厂家样本，该电梯机房内台电梯设备总的散热量为 （图为剖面示意图，图示方向仅能显示台电梯设置）。图电梯机房内设备布置可见，超高层办公建筑电梯机房的发热量远大于住宅项目，约为表中机房发热量数值的 倍，故超高层办公建筑电梯机房设置壁式换气扇、分体空调已不再适用。该电梯机房暖通设计具体分析如下。）如果单独采用机械排风降温方式，为了消除此负荷，室外通风计算干球温度取 ，计算通风量如下：（）（）可见，计算所得风量较大，噪声大。风机所需配置的电动机功率较大，末端风管、风口尺寸大，布置相对较困难。结合式（），想办法降低室外空气温度取值，如前文所述，若机房外的空气温度 ，带入式（），计算通风量如下：（）（）可见，风机风量可减小为 ，在工程上相对安装 的风机风量、风压、噪声、风管风口尺寸等要小，现场安装更易实现，且节省了初投资，是工程师在设计时需要考虑优化的方向。）上述设置机械排风时，考虑电动机机房的风量平衡，其补风有种方式：侧墙上设置百叶及电动密闭阀，通过外墙进行自然补风；直接通过电梯井道进行自然补风，补风量均来自于建筑物内各走道、办公等区域的室内空气；安装送风机设置机械补风系统。种补风方式对应设置的排风量及通风系统示意图分空调制冷暖通空调 年第 卷增刊别见表、图。表种补风方式对应设置的排风量取风设计温度排风量（）备注自然补风 机房设置取风百叶通过电梯井道自然补风 室外通风温度较大时选用机械补风 设置送风风机图电梯机房对应种补风方式的通风示意图在设置机械排风的情况下，分析是设置自然补风还是机械补风。由于排风系统对应总的压力损失约为 ，在工程上此压力偏小，自然补风就可满足相关要求，若设置机械补风则需增设送风机，增加初投资，同时机房内会占用更多的管线空间，故一般不考虑方案；对于方案、而言，当室外温度最高取值为夏季通风室外计算温度时，采用方案对应本机房的风机最大计算风量为 ；当室外温度较低或室外温度较高但采用方案时，对应本机房的风机最大风量计算值为 。由）、）可知，当室外通风计算温度较高时，即室外通风温度高于 时，通风系统设置优先选用方案；当室外通风温度较低时，即室外通风温度低于 时，优先选用方案，故本项目的风机最大风量设计值为 （考虑 的风量附加）。）如上文所述，电梯机房设置空调系统不仅有更高的保证率，相对通风系统而言受室外空气温度影响的变化更小，故该电梯机房设置机械通风与空调相结合的方式来排除室内余热。为进一步研究，笔者联系该大楼运营人员对该工程电梯机房通风空调系统进行现场测试及分析，发现风机和空调的能耗存在图所示变化关系（注：空调的能耗即耗电量，空调系统的耗电量 ，为空调的制冷量，为空调系统的制冷性能系数；风机的能耗即风机的电动机输入功率，电动机输入功率 ，其中为风机风量，为系统压力损失，为风机全压效率，为全压效率，为电动机效率）：由图可知：当室外温度降低时，机械通风与空调的耗电功率都降低，但机械通风降低的更多；反之，当室外温度升高时，机械通风与空调的耗电功率都增加，但机械通风增加的更多。该项目通过对该电梯机房通风和空调系统运营数据统计、分析，知其临界切换点温度约为 ，所以在室外温度低于 时运行通风系统最节能，且直接从室外自然补风即可，即推荐运行图中的方案。当室外温度高图风机及空调随室外温度变化对应设备的能耗变化于 时，测得该项目空调能耗、通风系统能耗均较大，但采用图中方案对应风机能耗最低，此时宜运行通风方案。需要注意的是：具体工程的电梯机房通风及空调系统的切换温度取值与设备的散热量、室外温度等密切相关，本文图仅描述其不同系统能耗随室外温度取值不同的变化趋势，不同项目其切换温度的取值不同（即空调系统能耗与图中方案通风系统能耗相同点的取值也不相同）。综上所述，该项目电梯机房采用的运行策略总结为：）当室外空气温度低于 时，主要为过渡季节及冬季，优先采用机械通风方式，补风采用室外风自然补风，系统运行最节能；）夏季室外温度介于 时，优先采用空调系统，运行节能；）当室外温度高于 时，优先采用通风系统，具体方案推荐表中方案（即图中通风系统方案）；）当室外机温度介于 时，开启通风系统及空调系统的运行能耗相等，可灵活运行任一系统。结论住宅项目和超高层办公项目的电梯机房均采用机械通风与空调降温的方式避免室内温度过高，前者的通风空调设计相对较简单，侧墙上安装壁式换气扇和分体空调即可，但后者设计及运行策略相对较复杂。首先，设计方案上，超高层办公电梯机房不同于住宅项目电梯机房的设计，壁式排气扇及分体空调已不满足要求，建议设置离心排风机及多联机空调系统。其次，后期电梯机房的通风运行需根据具体室外空气温度来决策其补风是来自于室外空气还是来自于通过电梯井道自然补风的室内空气。再次，后期电梯机房的通风空调运行需根据具体室外工况来决策是开启风机还是运行空调。最后，该项目从理论和实际设计出发，并结合室内外环境温度，提出相对合理的设计方案和运行策略，对深圳乃至整个夏热冬暖地区超高层办公建筑电梯机房的暖通设计具有参考借鉴意义。参考文献：张铁辉，蔡志涛，刘大为深圳中洲控股中心暖通空调设计暖通空调，（）：周慧鑫沈阳某商业综合体暖通空调系统设计建筑热能通风空调，（）：，中国建筑科学研究院民用建筑供暖通风与空气调节设计规范：北京：中国建筑工业出版社，孙一坚，沈恒根工业通风 版北京：中国建筑工业出版社，：赵荣义，范存养，薛殿华，等 空气调节 版北京：中国建筑工业出版社，：暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷