西北地區某辦公樓中央空調設計

楊 陽,強天偉

(西安工程大學環境與化學工程學院,西安710048)

0 引 言

建筑工程是生產、生活重要的環境條件,隨著人們對建筑物舒適度及能耗的要求,空調工程及采暖能夠滿足對舒適的要求,同時,作為建筑物中能耗較大的一部分,必須從它入手,抓住耗能的源頭,從建筑暖通設計入手,達到節能減排的目的。

1 建筑概況

本工程位于陜西省延安市志丹縣,所在區域為夏熱冬冷地區,夏季需要供冷,冬季需要供暖。建筑物建筑面積6679m2,建筑高度23.5m,共6層,地下1層,地上5層。地下一層為車庫,地上部分主要為辦公場地。

2 空調設計

2.1 建筑物指標

本建筑物按《公共建筑節能設計標準》(GB50189-2005)進行設計。體形系數:0.169;外窗傳熱系數:2.6W/m2℃;外墻傳熱系數:0.6W/m2℃;屋頂傳熱系數:0.4068W/m2℃[1]。

2.2 空調設計參數

(1)夏季空氣調節室內設計參數:

辦公室、會議室、接待室等:溫度:25～27℃,濕度:＜65%,新風量:30m3/h

衛生間、門廳:溫度:26～28℃。

(2)夏季空氣調節室外設計參數:

干球溫度:32.5℃,濕球溫度:22.8℃,大氣壓力:89893Pa,平均風速:1.6m/s

經計算,本建筑夏季總冷負荷:475kW;冷負荷指標:71W/m2[2]。

2.3 空調系統采用多聯機中央空調系統

多聯機中央空調系統,又稱為變制冷劑流量(Variable Refrigerant Volume)的直接蒸發式空調系統,簡稱VRV系統。即控制冷媒流通量并通過冷媒的直接蒸發或直接凝縮來實現制冷或制熱的空調系統。VRV系統由室外機、室內機和冷媒配管三部分組成。

多聯機中央空調的優點:

(1)用冷媒直接蒸發式對室內空氣進行冷卻,效率高、耗能低。在制冷時間響應上比其它中央空調二次交換的方式更迅速。而且避免了冷凍水的跑、冒、滴、漏等現象。

(2)不同于其它中央空調,多聯機中央空調系統不需要另設空調機房,室外機可放置于屋頂或地面,節省了大量有限的建筑面積。同時省掉了冷卻塔、循環水泵、軟化水等繁瑣的附屬設備。設備的初投資費用降低,安裝及管理維修方便。

(3)具有很高的設計自由度,室內、外機的配管長度可達150m,室外機布置靈活。

(4)多聯機空調系統真正做到每個房間實行獨立控制,便于管理;不同于水系統中央空調,只要有一個房間使用空調,其冷水系統都要投入使用,無法達到節約能源的目地。

(5)多聯機空調系統采取有線控制或集中控制,當系統中有一臺室內機發生故障,其故障信息會直接顯示在控制面板上,這樣對排除故障帶來方便。

(6)多聯機空調系統是一種無水的中央空調系統,不存在冬季水管路防凍問題,節省了冬季循環水泵的工作能耗。

(7)多聯機空調系統可以根據室內機能力需求實現從10%100%進行無級調節,自由的開啟和停止,室外機組能夠根據室內機組負荷的變化自動調整輸出負荷,使得整個系統消耗的能量最低,比一般中央空調節能15%～25%。

(8)多聯機中央空調系統有多種款式,裝修安裝方便美觀[3]。總的來說,選擇多聯機中央空調系統帶給我們的好處有:無需冷卻塔、水泵等輔助設施,占用空間少,投資少;可隨意的部分負荷啟動運行,控制靈活方便;節約能源、運行費用低等[4]。

雖然多聯機系統優點較多,但結合節能的理念,在設計過程中仍要注意以下幾個方面:

(1)避免室內外機組之間連接管過長,上下高差過大。由于管路過長,阻力損失大大增加,也將造成制冷壓縮機能耗大為增加;對多聯機中央空調系統的運行性能影響巨大。

(2)避免多聯機容量過大,由于機組容量增加,系統各部件實現優化匹配有難度,導致能耗增加[5]。室外機的容量應根據多聯機所服務的功能區所有室內機逐時負荷的最大值來選擇,而不是室內機總容量之和。如果室外機容量選擇過大,多聯機系統將長時間處于低負荷運行狀態,導致系統能效比大大降低。(3)避免多聯機應用于負荷分散的建筑物和功能區[6]。

2.4 空調設備

一至五層各類辦公室、會議室等均采用多聯機室內出風嵌入式室內機,共165臺;每層有兩臺新風機組,共10臺;五樓的大會議室和指揮中心及衛生間裝吸頂式換氣扇,共26臺;多聯機室外機置于屋面,共8臺,一層、二層大廳入口均設有貫流式空氣幕,共17臺。

辦公室均采用多聯機中央空調加新風的方式,新風冷源采用多聯機室外機提供,同時,為了減小新風管道占用吊頂內的高度,每個新風系統不宜風量太大,故每層設置2臺新風機,采用矩形風管低速送風,通過走廊吊頂內的新風管道送到各個房間,送風采用雙層百葉送風口,風口均勻布置。新風機進出口均設置150mm的耐火軟管。辦公室內多聯機室內機也均勻布置,采用四面出風嵌入式室內機,組織送風均勻,以保證工作人員對空調熱舒適性的要求。小型辦公室采用自然通風,較大空間如:會議室、指揮中心采用吸頂式換氣扇通風[7]。大廳入口設有空氣幕,空氣幕的隔斷性能防止室內外空氣對流,起到防塵,防污染的作用。

2.5 冷媒系統

多聯機中央空調共分六套系統 (K-1～5,KX-1),地上各層為獨立系統,用K-1～5標示;KX-1為新風機專用系統,不與其他室內機共用室外機。冷媒管道要注意保溫,以達到冷量損失小、節約能源的目的。采用變流量系統,通過室內、外機處的電子膨脹閥調節,改變送入末端 (室內機)的冷媒流量和狀態,從而實現不同的末端輸出。VRV空調系統具有明顯的節能、舒適效果,該系統依據室內負荷,在不同轉速下連續運行,減少了因壓縮機頻繁啟停造成的能量損失;采用壓縮機低頻啟動,降低了啟動電流,電氣設備將大大節能,同時避免了對其它用電設備和電網的沖擊;具有能調節容量的特性,改善了室內的舒適性。

空調冷凝水管道用UPVC管材,采用鉑鋁橡膠復合保溫板,厚度為9mm,管道在吊頂內敷設,由各多聯機和新風機組集水盤收集排至各層衛生間,同時,確保0.003的坡度,坡向排放處,以免形成管內氣阻,排水不暢。

2.6 多聯機空調系統的控制

多聯機中央空調系統,采用集散控制方法,主要由控制系統采集室內舒適性參數、室外環境參數和表征制冷系統運行狀況的狀態參數,根據系統運行優化準則和人體舒適性準則,通過變頻調速及設置電子膨脹閥等手段控制壓縮機的制冷劑循環量和進入室內換熱器的制冷劑流量;并控制室內、外換熱器的風扇轉速,調節換熱器的能力;避免室內溫度過冷、過熱,保證室內環境的舒適性,并使空調系統穩定工作在最佳工作狀態[8]。另外每臺機組設有遙控器,更能夠有效控制室內溫度,實現室內溫度的個性化調節,增加舒適效果,且提高人們節能的意識。另外,該建筑為辦公樓,有統一的物業管理,每臺多聯機組上設有故障報警系統,當系統中某一臺室內機出現故障,其故障信息會直接顯示在控制面板上,為排除故障帶來方便。

由于新風機組使用多聯機室外機做冷源,因此,新風機除對送風溫度,室內、外溫度及二氧化碳濃度監測外,應用與控制多聯機空調系統類似的方法控制其新風送風溫度。

3 采暖系統

多聯機穩定工作對室外環境的要求:制冷室外溫度:-5～48℃,制熱室外溫度:-20～27℃,比其它中央空調運行范圍廣。但是,延安地區冬季室外溫度較低 (-10.1℃),低溫會使空調制熱效率降低,因此本次設計冬季采暖系統不予選擇多聯機中央空調設計,而采用普通散熱器采暖。

3.1 采暖設計參數

冬季采暖室外設計溫度:-10.1℃。

冬季采暖室內設計溫度:辦公室、會議室、接待室等:18～20℃;

衛生間、樓梯間、門廳等:14～16℃[2]。

采暖系統設計熱負荷根據房間得、失熱量的平衡進行計算,即房間設計熱負荷=房間耗熱量總和-房間得熱量總和[9]

經計算,本建筑設計熱負荷為:213kW;熱負荷指標:32W/m2。

3.2 采暖系統

采暖系統集中供暖,熱媒為熱水,供水溫度為80℃,回水溫度為60℃,由戶外熱力管網引入,供室內散熱器使用 (如圖1)。采用雙管下供下回式系統,緩和了垂直失調現象,且室內無供水干管,房間美觀且方便二次裝修。散熱器選擇銅鋁復合散熱器,散熱效果好,不僅有銅耐腐蝕的優點,而且質量輕[10]。

在運行時,隨著室外氣象條件的變化,建筑物熱負荷也會隨之變化,對熱量的供應就應隨之改變。該系統直接由戶外管網供應熱水,無法改變熱水溫度。但可以選擇分階段改變流量的方法。所謂分階段改變流量法,是指在采暖期的不同階段,采用不同的流量進行的集中調節。該調節方法的操作較為簡單,只是在過渡季節由人工手動關小水閥,減少熱水流量,以達到節約能量的目的。另外,每組散熱器設有恒溫控制閥,更能夠有效控制室內溫度,實現室內采暖的個性化調節,增加舒適效果,且提高人們采暖節能的意識。

圖1 采暖系統圖Figure1 Figure of Heating System

4 通風系統

地下一層為車庫,共有兩個系統,送風系統和排風兼排煙系統 (如圖2)。送風系統送入新鮮空氣,以便有害物含量稀釋到國家規定的衛生標準。排風兼排煙系統是用同一臺風機和同一管道系統,平時作排風用,火災時作排煙用。系統均應用管道式送、排風機,且要注意防火閥的安裝。

圖2 地下車庫通風系統平面圖Figure2 Underground garage ventilation system plan

配電間、電梯機房設壁式排風機。

5 結束語

辦公樓作為較為常見的建筑類型,根據其建筑特點和使用特點選擇系統形式:夏季使用多聯機中央空調系統,冬季選擇散熱器供暖的形式。建筑節能已成為 “十二五”期間節能減排的重要一環。胡錦濤總書記在多次講話中提到我們要注重加強節能環保。住建部對建筑節能工作的新部署主要為:改善城鎮及農村的建筑,全面推進綠色建筑的發展,推廣使用新能源技術。

[1]中國建筑科學研究院.公共建筑節能設計標準 [M].北京:中國建筑工業出版社,2005

[2]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊 [M].北京:中國建筑工業出版社,2008

[3]張旭.熱泵技術[M].北京:化學工業出版社,2007

[4]何馳.淺析某綜合大廈空調通風工程設計[J].制冷與空調,2011(4):146-148

[5]彥啟森.論多聯式空調機組 [J].暖通空調,2002,32(5):2-4

[6]清華大學建筑節能研究中心.2008年中國建筑節能年度發展研究報告[R].北京:中國建筑工業出版社,2009

[7]廉學軍.福順天天大酒店空調設計[J].低溫建筑技術,2004(4):89-90

[8]朱華威.建筑節能與變冷媒流量多聯機空調系統的適用性[J].建筑節能,2007(12).2-4

[9]閆秋會,趙建會,張聯英.供熱工程 [M].北京:科學出版社,2008

[10]趙琰森,李志剛,楊曉玲.房屋裝飾中散熱器的選擇與建筑節能的關系[J].蘭州工業高等專科學校學報,2010(6).44-47