淺談VRV 空調系統在超高層建筑上的應用

劉麗娜

（北京中外建建筑設計有限公司，北京 100000）

1 概述

本工程位于云南省昆明市，是一個由智能化甲級辦公樓、普通辦公樓和復合型商業組成的大規模的超高層建筑。總建筑面積：179836.26m2，地上部分面積：121310.72m2，地下部分面積：58525.54m。A 座建筑高度為99m 普通辦公樓（依甲方要求，僅采用分體空調）；B 座 6F、22F 為設備層（設有避難區），7~21F 為辦公一區，23~38F 為辦公二區；B 座建筑面積60144.65m2，建筑高度164.5m 的智能化甲級辦公樓；裙房為5 層商業（商業部分僅設置夏季空調系統，不考慮冬季采暖，本文裙房商業部分不詳細敘述）。一層東北角為A 座辦公樓及人才交流中心的主入口、西北角為B 座辦公樓的主入口、西南角為地下一層商業的主入口。裙房二至五層均為商業。地下四層，地下一層左側為設備用房，中間區域為商業零售區域，右側為自行車庫。地下二、三、四層均為汽車庫，設備用房位于左側；人防位于地下四層右側，防護等級為乙類6 級，戰時用途用于二等人員掩蔽工程，平時為停車庫）。建筑外圍結構為全玻璃幕墻，結構形式為內筒外框式。

2 空調設計

室外設計參數（昆明地區）:

本文重點論述塔樓B 座辦公區部分：

（1）冷熱源：按甲方要求結合當地氣候條件，裙房B 座辦公部分設置夏季空調和冬季采暖系統。冷熱源采用變制冷劑流量多聯分體VRV 空調系統，IPLV（C）：3.3。室外機設置在裙房屋頂和避難層。塔樓B 座辦公部分夏季總冷負荷4100kW，冷指標64W/m2；塔樓B 座辦公部分冬季總熱負荷1100kW，熱指標20W/m2。

（2）空調風系統B 座辦公區采用新風換氣機，支管送風吊頂回風方式，空氣先經燈具回風口到室內吊頂內，再經通風短管回到走道吊頂內，最后由回風管到達新風換氣機組。新風管裝有手、電動對開多葉調節閥，可根據室內二氧碳濃度調節新風送入量，能實現可調新風比運行。B 座塔樓標準層走道、電梯廳、衛生間等區域新風由辦公室空調正壓滲風提供。

3 B 座超高層為什么采用VRV 空調系統

VRV 空調系統即變制冷劑流量空調系統，VRV 空調系統由室內機、室外機、冷媒管及其自控系統組成。它是通過控制進入室內熱交換器的制冷劑流量，滿足室內冷熱負荷需要的直接蒸發式空調系統。與傳統風機盤管加新風系統的中央空調水系統相比，它具有如下特點：

（1）設備少、管路簡單，節省建筑面積與空間。VRV 系統采用風冷方式并將制冷劑直接送入室內機，不需要冷卻水和冷凍水系統，從而省去了冷卻水循環泵、冷凍水循環泵、冷卻塔等輔助設備及相應的水管系統，VRV 系統不需要龐大的風道系統，減少了建筑物空調機房的面積，從而可以降低樓層高度，節省安裝空間。超級VRV 系統由于采用組合式室外機，可使制冷劑管道大約減少30%，這樣大約節省了70%的管道井面積及空間；在本項目中，6F、22F 的避難層及屋面均設置了空調室外機，就近傳輸，大大避免了能量損耗，不占用制冷機房。空出的地下空間可以作為車庫使用，解決繁華地段停車困難的問題。不占用其地下空間的同時，保證室外機位置不影響其建筑外立面的美觀度，并確保室外機散熱正常，使空調系統可以高效運行，增加更多高品質的使用面積，為項目方創造更多的效益。

（2）VRV 空調系統可有效解決傳統中央空調水系統承壓問題：本項目B 座辦公樓建筑高度為164.5m，傳統風機盤管加新風系統的中央空調水系統，對于一棟150m 高的建筑，在中間不設設備層、膨脹水箱設置于屋頂的情況下，水泵的揚程37.5m，系統內最大壓力約1.9MPa，選用的管材、部件、設備（蒸發器、末端裝置）需要承壓2.1MPa；中間不設板式換熱器、垂直一個系統供回水溫度是7/12℃，如果中間設板式換熱器、上層的供回水溫度就是9/14℃，有一半建筑空調通過板換供冷，熱效率至少下降20%左右，而且末端裝置換熱面積要加大20%，對于安裝、設備投資、噪聲均帶來問題。資料顯示：離心式冷水機組特加強型PN=2.10MPa，螺桿式冷水機組冷媒側的出口管道上設有安全閥，其起跳壓力為2.41MPa，板式換熱器的最大工作壓力為2.2~3.0MPa。風機盤管最大設計工作壓力為1.5MPa；管件及閥門承壓：低壓管道PN＜2.5MPa（GB 1048-70）；中壓管道PN=4~6.4MPa，低壓閥門 PN=1.60MPa（GB 1048-70）；中壓閥門 PN=2.5~6.4MPa，如果采用高承壓設計，設備壓力增大，造價也會隨之提高。為降低承壓，則需采用梯階換熱的方式，將制冷機房的低溫水送至高層。但是將7℃的水改成5℃的水，制冷機的制冷量又要下降20%左右。經翻閱資料，以深圳發展中心大廈（165m）為例，設計：一次水系統供回水溫度是5/10℃，二次水系統供回水溫度是7/12℃，實際運行：一次水系統供回水溫度是7/12℃，二次水系統供回水溫度是9/14℃；其原因是：①選用的離心機式機組在冷水出水溫度是5℃時容易產生“喘振”，出現過多次的停機跳閘現象；②冷水機組在5℃時，由于保溫施工質量較差，系統部件表面冷凝水量過多；③板式換熱器熱效率問題，由于溫差僅在1~2℃左右，即溫壓幾乎等于0℃，按傳熱計算很難精確。提高水路系統承壓能力，關鍵是提高制冷機蒸發器水側承壓能力。由于VRV空調系統布置靈活，設計者可以根據建筑物的用途、不同的負荷、裝飾風格等來靈活地選擇室內機。VRV 空調系統有很長的配管系統和較大的高度差，（當室外機位于室內機之上時，室內外機最大高差50m，當室外機位于室內機之下時，室內外機最大高差90m），使VRV 空調系統布置安裝靈活方便，在本項目中，6F、22F 的避難層及屋面均設置了空調室外機，可滿足超高層建筑的空調需求。

（3）VRV 空調系統具有顯著的節能效益。VRV 空調系統由于采用變頻型室外機與恒速型室外機組結合的組合型室外機，使系統的容量可在5%~100%之間具有更細化的頻率和步長，完全可以滿足不同季節、不同負荷時，對系統能量的調節要求。同時也使組合式室外機與更小的室內機有更佳的匹配關系，即使在低負荷（額定負荷的30%）下運行時，機組的性能系數仍可高達3.4 左右，由此帶來的節能效益是巨大的；室內機可單獨控制，故不需要空調的房間，可以根據使用者的需求，關閉室內機，減少能源的浪費；不同的房間可以設定不同的溫度，既提高舒適水平，又避免傳統中央空調系統集中控制造成的無效能源浪費。將制冷劑送入室內機，直接冷卻空氣，無二次換熱，提高了能源利用率。傳統水系統空調僅能通過控制水流量或者風量來調節房間溫度，普通VRV 空調系統僅能控制冷媒流量。目前新型的VRV 空調系統搭載先進的VOS6.0 控制邏輯，不僅能自動調節冷媒流量，還能根據房間實際溫度需求自動調節冷媒溫度，更能通過室內機與室外機的信息聯動，實現室內機風量自動調節、室外機風扇及壓縮機負荷自動調節。通過多種控制邏輯結合，提升空調舒適性，同時更加有效的節省能耗。

（4）VRV 空調系統運行管理方便，維修簡單。VRV 空調系統有多種控制方式，室內機可選用有線或無線遙控器，根據用戶的需要分別采用單遙控、雙遙控、組控及中央控制方式，也可與樓宇自控系統聯網，實現計算機統一控制管理，十分方便；系統具有故障自動診斷功能，可以自動顯示處故障的類型及部位，以便迅速二簡單的進行維修，因而不需要專門管理人員，又提高了檢修效率。本項目致力打造智能化甲級辦公樓，VRV 空調系統正好與之契合。

（5）對比傳統風機盤管加新風系統的中央空調水系統，VRV空調系統能科學的電量劃分，PDCA 能源管理：為方便物業統一管理以及更公平的核算空調費用，該項目采用集中控制系統。該系統不僅能夠根據各區域空調的實際使用情況按能耗計量出空調費用，還可以通過日程設定、遙控器權限設定等功能，采用行為管理來避免不必要的空調能耗浪費，甚至可以自動檢測空調的運行狀態，檢索高能耗空調，幫助制定節能計劃，最大限度響應國家節能減排號召。

4 VRV 空調系統的缺點及注意事項

①初投資較大，比一般集中式中央空調約貴30%（本項目節省的其他費用預計可以相抵）；②冬季低溫環境下VRV 空調機組制熱能力衰減（昆明冬季采暖室外計算溫度：0.0°C；冬季空調室外計算溫度：-3.0°C；對上述衰減影響較小）；③由于VRV 空調系統室內、外機連接管較長，接頭多，存在制冷劑泄漏的危險，因而對管道安裝的要求較高；④冷量衰減，VRV 空調系統室內機與室外機是通過冷媒管連接，制冷劑管路的長度與室內外機組的高差影響著空調系統的冷量衰減；以日本大金空調系統產品為例，室內機與室外機之間的制冷劑管長度可至150m，當室外機位于室內機之上時，室內外機高差最大高差50m，各室內機之間的高差小于等于30m，設計中應保證極限值，在這些范圍內設計要注意到，隨著制冷管長度及室內外高差的變化，其冷量衰減相差較大。由此可見，在設計中要考慮到容量修正系數，在系統設計時，盡量使一個系統室內外機的距離最短，高差最小，對高差大、管路上的系統要適當增加機組的容量，這樣才能保證空調的效果。

5 結語

隨著VRV 空調技術的多年沉淀以及良好口碑的積累，VRV憑借著使用靈活、節省空間、分期投入、科學計量、高舒適度等優點，被廣泛使用到超高層建筑中。把VAV 空調系統用于較高標準的建筑，尤其是超高層辦公摟中，其優點十分明顯。