VRV空調系統設計探討
——以中國科技館某機房為例

王文淵

（中國科學技術館，北京 100012）

0 引言

多聯機具有能耗低、熱舒適性高、安裝便捷等優勢，集變頻、變容等技術于一體，通過不同容量機組的組合滿足不同規模建筑物的要求，具有節能、舒適、控制靈活等特點，其市場規模不斷擴大。VRV（Variable Refrigerant Volume）是一種變制冷劑流量多聯機系統，最早由日本大金公司于1982年研發，經過多年的技術改善和革新，已經在世界各地得到了廣泛的關注和應用。VRV空調系統由制冷劑管路連接室內機和室外機，通過控制室外機中壓縮機的制冷劑循環量和進入室內換熱器的制冷劑流量，從而達到滿足室內冷、熱負荷要求和控制室內溫度的目的，每臺室內機可以自由的運轉或者停止。采用VRV空調系統有如下特點：各個房間可以單獨控制和調節室內溫度，滿足不同房間不同空調的負荷要求；系統中沒有大型風管、水管，減少管路占用空間，適用于無水管房間；通過冷媒蒸發的方式進行室內溫度調節，無需二次換熱，工作效率較高；室外機采用高效率壓縮機，EER較高，可在變負荷場所應用。

本文以中國科技館某機房為例，在原有機房內分體空調制冷效果不佳的情況下，分析VRV空調系統的設計和應用，從而滿足機房室內溫度高效控制的要求。

1 工程概況和設計要點

中國科技館新館位于奧林匹克公園內，于2009年9月16日建成開放，是實施“科教興國戰略”“人才強國戰略”“創新驅動發展戰略”，促進公眾理解科學，提高全民科學素質的國家級綜合性大型科普設施。中國科技館場館內展廳采用變風量系統中央空調形式，影院等大空間系統采用定風量全空氣空調系統，部分公共區域、辦公室、衛生間等采用VRV空調系統。本工程對中國科技館內某機房的空調系統改造進行設計，機房面積約45m，機房內無窗并且機房門一般處在關閉狀態。機房內電氣設備較多，目前使用一臺3匹容量柜式分體空調用于制冷，高溫天氣下機房內溫度略高。

本項目設計要點主要有：

（1）滿足機房內冷負荷要求。由于近幾年機房內用電設備增多、發熱量增大，機房內出現極端高溫天氣下溫度過高情況，由機房要求的溫度20～230°C升高至26～280°C，甚至更高，不利于機房內電氣設備正常工作，存在安全隱患。同時，由于業務發展，新的大功率發熱設備又將陸續進入機房，對機房供冷設備提出更高要求。

（2）提高系統穩定性和安全性。機房內電氣設備較多，安全穩定運行至關重要。高溫天氣下，如何確保運行中部分制冷系統出現故障后，機房內溫度仍能達標，是需要著重考慮的地方。

（3）積極響應國家節能政策，采用節能空調制冷設備。新設備應能根據機房內的負荷變化自動調節供冷量，負荷低時能耗下降，運行費用降低。

（4）由于機房位置特殊，項目實施后，施工周期要盡可能短，房間吊頂等區域破壞要盡可能小。機房內部空間有限，盡可能少占用機房面積，機房吊頂管路密集，不適用大型管路安裝施工。

（5）若采用VRV空調系統，系統冷媒管的等效長度宜不超過70m；室外機變頻設備應與其他調頻設備保持合理的距離，防止相互干擾；冷媒管的管徑、管材和管道配件等應按產品技術要求選用。

2 機房空調系統設計分析

2.1 設計方案

機房空調系統必須依據國家相關標準規范進行設計，同時結合項目現場特點給予優化。目前，常見的改善室內溫度措施有增裝分體空調、風機盤管、中央空調、VRV空調等，本項目空調系統設計時，首先應該確定采用何種空調系統。本項目中由于分體空調室外機安裝位置和管路長度限制，新增分體空調的室外機無合適位置安裝，故不適合增裝分體空調。機房內電氣設施設備較多，房間特點決定風機盤管不適用，而中央空調初期投資較大，也不適用于本項目。故計劃在機房內增裝VRV空調室內機a、b，制冷管路分別與相鄰房間A的2套VRV空調系統連接（見圖1），通過增加制冷系統從而確保達到機房內溫度適宜的目的。

圖1 機房增裝VRV空調室內機位置圖

為了提高系統穩定性和安全性，改造完成后，機房將出現3套相互獨立空調系統：原分體空調及2套獨立的VRV空調系統。機房內冷負荷較低時可開啟分體空調，負荷升高時再開啟1臺或者2臺VRV空調室內機。3套空調系統之間可互為備用，互不影響。

2.2 室內機選擇

VRV空調室內機的形式根據機房的功能、使用和管理要求來確定，為保證機房內空氣氣流合理，室內機選擇四面出風型室內機并進行吊頂安裝，型號為MMU-UP0241HYF-C。

室內機的容量需要根據機房內冷熱負荷確定。由于機房內為電氣設備，對運行溫度上限有嚴格要求，故僅需要考慮機房的冷負荷，控制機房內溫度上限。目前單位面積冷負荷約為150W/m，機房內分體空調制冷量7.2kW。考慮到夏季極端天氣和近期機房內設施設備增容等需要，經過測算，需要確保單位面積制冷量不低于300W/m，總制冷量不低于13.5kW。選擇室內機數量2臺，制冷量均為7.1kW。

設計完成后，機房內3套空調系統（分體空調，VRV空調室內機a、VRV空調室內機b）制冷量分別為7.2kW、7.1kW、7.1kW，空調總制冷量為21.4kW，根據室內溫度需要，負荷很低時，開啟分體空調，負荷升高后，再開啟1臺VRV空調室內機，總制冷量＞13.5kW，滿足機房預期冷負荷增量的需要。同時，有1臺VRV空調室內機備用，滿足安全、穩定運行的需要。

通過經驗值校核如下：經查詢國外部分建筑空調設計指標概算值，計算機房冷負荷為（190～380）W/m。本項目機房面積約45m，冷負荷估計8.55～17.1kW。原有的1臺分體空調制冷量僅為7.2kW＜8.55kW，通過增加2臺室內機后，當任意2套空調系統工作時，制冷量均大于14kW，滿足概算值要求。

2.3 室外機選擇

機房增裝的室內機分別接入房間A的2套VRV空調系統，即使用房間A空調系統的室外機。房間A有2套獨立的VRV空調系統，每個系統均有2臺室外機，室外機型號均為MMY-MHP1204HT8-CF1，2套獨立的VRV空調系統容量均為24 HP。房間A室外機布置在屋頂，高度約45米，屋頂較空曠，無其他調頻設備相互干擾，室外機排風順暢，散熱性良好。

2.4 容量匹配

本項目選擇的VRV室內機品牌和房間A的VRV空調系統室內機、室外機為同一品牌。經查詢設備品牌系統容量限制：室內機連接數≤48臺；當室內機之間高差≤15米時，室內機容量最大為室外機容量的135%；當室內機之間高差＞15米時，室內機容量最大為室外機容量的105%。

機房新增的2臺室內機和房間A空調系統中所有室內機之間高差均小于15米，故室內機容量最大為室外機容量的135%。房間A現有的2套VRV空調系統各增加一臺7.1kW室內機后，室內機占室外機容量的比值分別為：121.67%、125.83%，均小于135%。同時，2套系統室內機連接數均小于25臺，室內機和室外機容量匹配滿足要求。

2.5 制冷劑選擇

R410a制冷劑具有穩定、無毒、性能優越等優點，是一種新型環保的制冷劑。本項目選擇制冷劑為R410a。

2.6 管路選擇

經過計算和校核，機房新增的2臺室內機和房間A空調系統冷媒管的總等效長度＜70m，配管總長度＜135米，銅管液管口徑為9.5mm，銅管氣管口徑為15.9mm，分歧管采用73T。銅管焊接中焊口也是最容易出問題的地方，也是后期運行中易出現制冷劑泄漏的地方，由有焊接作業資質的工作人員施焊，做到焊口均勻、規則、光滑、無虛焊、無脫焊等，按規范進行管路的壓力和真空試驗等。管道支架進行防腐處理，涂防銹漆和保護漆。

2.7 控制系統選擇

由于機房附近有機房值班人員的辦公室，同時機房內溫度設定、運行模式和控制要求較為特殊，故本系統VRV空調室內機未與整個VRV空調集控系統連接，采用機房內單獨控制的方式進行溫度調節。

機房新增的2臺VRV室內機獨立控制并獨立調節室內的溫度，線控器型號選擇為RBC-ASCU11-C，數量是2個。每臺線控器均可以對室內溫度、風量大小、運行模式等進行設置和顯示，也能就地控制室內機啟動和停止。

2.8 冷凝水排水管路選擇

為了保證室內機冷凝水排水管排水順暢，機房新增的2臺VRV室內機冷凝管沿著水流方向有一定坡度（約1%），冷凝水管與現有分體空調冷凝水管連接，由地漏統一排出室外。

3 結語

根據本項目設計，機房內新增2臺VRV空調室內機后，在暑期高溫等極端天氣下機房內溫度適宜，改造完成后經過多次測溫，機房內溫度均能控制在22℃左右，3個制冷系統切換正常，達到機房空調系統預期改造效果。與傳統空調系統相比，VRV空調系統有明顯的優勢，但隨著科學技術的不斷進步，VRV空調系統仍然需要不斷優化。實際運行后，本項目所設計的空調系統在以下幾個方面仍存在繼續完善和改進的地方。

（1）管路檢修不便。由于VRV空調系統管路復雜煩瑣、運行工況多變，經常會發生各類故障，如四通閥故障、制冷劑泄漏、電子膨脹閥卡死和泄漏、冷凝器臟污等。針對本項目，由于室內機系統擴容，存在冷媒管路切割和重新焊接的情況，位置均在吊頂內，并且管路較長，一旦發生冷媒泄露，漏點查找難度較大。

（2）系統運行的節能策略。本項目VRV空調系統投入運行后，需要根據機房內實際溫度情況調整控制策略，統籌房間內溫度要求和空調系統開啟臺數，在保證機房內溫度合適的前提下，降低空調制冷系統運行的能耗。

（3）冷凝水存在泄漏的風險。雖然VRV空調室內機冷凝管路設計存在一定的坡度，但是在實際運行中可能出現管路堵塞導致冷凝水泄漏的情況發生，工作人員應該在日常空調系統運維中加強巡視，一旦發現管路堵塞要及時清掃，并且將定期清掃作為設備維護的項目之一。

（4）機房內空氣質量控制有待提高。由于位置限制，機房內無自然通風窗口和機械通風系統，機房內無新風。在機房內直接引入新風系統不但增加造價，而且風管等布置由于場地限制也受限。后期在機房內空氣質量（包括顆粒物濃度、細菌數等）凈化方面需要進一步研究，保證機房內空氣質量安全、衛生。