某辦公大樓的冰蓄冷及變風(fēng)量空調(diào)設(shè)計(jì)

1、某辦公大樓的冰蓄冷及變風(fēng)量空調(diào)設(shè)計(jì)論文作者：楊鵬摘 要：介紹了該工程的冰蓄冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，討論了變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的內(nèi)外 區(qū)劃分、房間分隔、新風(fēng)、噪聲、末端裝置選擇等問題，并提出一些參考建議。 關(guān)鍵詞冰蓄冷變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)1工程概況該工程位于北京望京科技工業(yè)園區(qū)內(nèi)，項(xiàng)目定位為高標(biāo)準(zhǔn)寫字樓?？偨ㄖ?面積約為17.3萬m2,其中地下建筑面積為5.6萬m2,地上建筑面積為11.7萬 m2,建筑高度96.20m。地下部分3層，地下2層為車庫（兼人防物資庫），地下 一層為車庫和機(jī)電設(shè)備用房，地下夾層為車庫、物業(yè)辦公室以及員工餐廳等。地 上建筑分為A,B,C三座塔樓，均為寫字間。2設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算條件2.1辦公

2、室設(shè)計(jì)參數(shù)：夏季設(shè)計(jì)十球溫度為24C，相對(duì)濕度為55%，冬季設(shè)計(jì) 十球溫度為22 C，相對(duì)濕度為45%。2.2計(jì)算條件：人員密度0.1人/m2,新風(fēng)量40m3/人，照明發(fā)熱量16W/m2,電 子設(shè)備發(fā)熱量25W/m2。2.3建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)：玻璃幕墻性能要求傳熱系數(shù)1.8W/m2 - K,遮陽系數(shù)0.5； 每層實(shí)墻高度0.8m，墻體傳熱系數(shù)0.8W/m2 - K；屋頂傳熱系0.6W/m? - K。2.4全樓中央空調(diào)總耗冷量為11683kW,空調(diào)冷指標(biāo)為67.5W/m2,中央空調(diào)總 耗熱量為8308kW,空調(diào)熱指標(biāo)為48W/ m2 （以上指標(biāo)已包含熱回收節(jié)省冷熱量）。3冷熱源及空調(diào)水系統(tǒng)空調(diào)冷源采用

3、制冷量為1865KW雙工況螺桿式冷水機(jī)組4臺(tái)，制冷量為 1920kW基載螺桿式冷水機(jī)組1臺(tái)?？照{(diào)熱源由鍋爐房提供65/55 C熱水?？照{(diào)水系統(tǒng)根據(jù)使用功能及負(fù)荷特點(diǎn)而分為內(nèi)區(qū)及外區(qū)兩大環(huán)路，各環(huán)路 均為雙管制系統(tǒng)。外區(qū)通過設(shè)于冷凍機(jī)房內(nèi)的電動(dòng)閥切換冷熱水，內(nèi)區(qū)常年供冷。 4 冰蓄冷系統(tǒng)4.1空調(diào)負(fù)荷：設(shè)計(jì)日總冷負(fù)荷132069kWh,設(shè)計(jì)日總蓄冰冷負(fù)荷35650kWh, 設(shè)計(jì)日連續(xù)空調(diào)總冷負(fù)荷96519kWh。4.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)：制冷主機(jī)與蓄冰裝置串聯(lián)式，主機(jī)位于上游的單循環(huán)系統(tǒng)?？?調(diào)制冷系統(tǒng)為間接式，冷凍機(jī)房內(nèi)采用載冷劑，空調(diào)末端采用冷凍水，二者通過 板式熱交換器分隔。制冷系統(tǒng)為靜態(tài)制冰，為非

4、完全凍結(jié)式，蓄冰周期按24h設(shè) 計(jì)。載冷劑采用重量比為25%的工業(yè)抑制性乙烯乙二醇溶液。4.3冰蓄冷設(shè)備：制冰裝置采用鋼盤管，管內(nèi)融冰，管外蓄冰，鋼盤管安裝于 混凝土蓄冰槽內(nèi)。制冷主機(jī)采用4臺(tái)雙工況螺桿式冷水機(jī)組，在蓄冰工況下運(yùn)行 溫度為一6/ 3.4 C，在空調(diào)工況下運(yùn)行溫度為5.6/10.6 C，冷卻水溫度為 32/37 C。冷卻塔、冷卻水泵、乙二醇溶液泵、板式換熱器均與冷水機(jī)組一一對(duì) 應(yīng)設(shè)置，冷卻水泵和乙二醇溶液泵各設(shè)1臺(tái)備用泵。冷卻水泵和乙二醇溶液泵定 流量運(yùn)行，冷凍水泵配變頻控制裝置變流量運(yùn)行。乙二醇溶液泵為單級(jí)，兼作蓄 冰泵、融冰泵和空調(diào)冷凍泵。冰蓄冷系統(tǒng)流程見圖14.4運(yùn)行策略：

5、部分負(fù)荷蓄冰條件下采用蓄冷空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況下的冷機(jī)優(yōu)先 控制策略，總蓄冰量約占設(shè)計(jì)日空調(diào)負(fù)荷總量的22%。蓄冰系統(tǒng)共有4種運(yùn)行工 況，每種工況的模式為：4.4.1主機(jī)制冰時(shí)段：此時(shí)段為電價(jià)低谷段，雙工況主機(jī)滿負(fù)荷制冰儲(chǔ)存，以備 白天電價(jià)高峰時(shí)使用。4.4.2主機(jī)供冷時(shí)段：此時(shí)段一般處于電力平峰段，在部分負(fù)荷下只需運(yùn)行主機(jī) 即可滿足冷負(fù)荷需求。實(shí)行主機(jī)優(yōu)先運(yùn)行，冷量完全由主機(jī)提供，乙二醇不流經(jīng) 蓄冰槽而直接進(jìn)入板式熱交換器。此工況僅作為非常規(guī)情況下的應(yīng)急措施，一般 不會(huì)采用。4.4.3冰槽融冰供冷時(shí)段：此時(shí)段為電價(jià)高峰時(shí)段，冷負(fù)荷完全由融冰滿足，此 間主機(jī)、冷卻塔、冷卻水泵均停止運(yùn)行，將系統(tǒng)的高

6、峰用電量降至最低，最大限 度節(jié)約用電。當(dāng)建筑物冷負(fù)荷降低時(shí)，可增大單融冰時(shí)段，盡量節(jié)約電費(fèi)。4.4.4冰槽融冰與主機(jī)制冷聯(lián)合供冷時(shí)段：此時(shí)段處于電力高峰階段，主機(jī)優(yōu)先， 主機(jī)全部或部分滿負(fù)荷運(yùn)行，不足冷量由融冰滿足，節(jié)約電費(fèi)。此時(shí)板式換熱器 冷端入口溫度恒定在3.3 C。運(yùn)行策略對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)日逐時(shí)冷負(fù)荷平衡表見圖24.4.5在非設(shè)計(jì)工況下（即平時(shí)空調(diào)冷負(fù)荷小于設(shè)計(jì)日冷負(fù)荷的狀況）采用釋冷 優(yōu)先控制策略。既保證主機(jī)在高效下運(yùn)行，又使得夜間蓄冰在白天全部用完，降 低運(yùn)行電費(fèi)，實(shí)現(xiàn)蓄冰制冷系統(tǒng)負(fù)荷均衡、綜合效益最大化運(yùn)行。4.5小結(jié)：在半年的運(yùn)行中，冰蓄冷系統(tǒng)移峰填谷、平衡用電負(fù)荷的特性降低 了電力增容

7、及運(yùn)行費(fèi)用，提高電能的利用率和發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行效益，緩解電力緊 張狀況。5 變風(fēng)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1在VAV系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，首先進(jìn)行內(nèi)、外分區(qū)。參考相關(guān)資料，本設(shè)計(jì)將距房 間外墻5m以內(nèi)的室內(nèi)區(qū)域作為外區(qū)，其余部分辦公區(qū)作為內(nèi)區(qū)?？照{(diào)機(jī)組按內(nèi) 外區(qū)分別設(shè)置，水系統(tǒng)亦按上述空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的分區(qū)為依據(jù)設(shè)置。對(duì)不同朝向的外區(qū)房間劃分在一個(gè)系統(tǒng)中可能引起的冷熱不均問題，本工程 是基于以下幾點(diǎn)考慮的：第一，由于建筑物朝向原因，每一外立面均有兩個(gè)不同 朝向；第二，考慮過渡季節(jié)供冷工況下東北朝向房間在某些時(shí)刻可能偏冷，設(shè)置 帶電熱盤管的VAV未端裝置；第三，本工程外立面為全幕墻結(jié)構(gòu)，西南向房間過 渡季、冬季中午可能會(huì)偏熱

8、，為此而改變內(nèi)外區(qū)劃分或增設(shè)單獨(dú)服務(wù)的空調(diào)機(jī)組 工程投資將增大，建議用戶采取遮陽措施或者開門通風(fēng)增強(qiáng)內(nèi)外區(qū)空氣對(duì)流等措 施解決；第四，按照外區(qū)進(jìn)深為5米劃分后的內(nèi)外區(qū)面積基本相同，新風(fēng)量相同， 原新風(fēng)立管系統(tǒng)可以維持不變（在采用VAV系統(tǒng)前原設(shè)計(jì)是風(fēng)盤加新風(fēng)系統(tǒng)，樓 層功能按照敞開式辦公設(shè)計(jì)，每層的新風(fēng)由置于屋頂或地下的兩臺(tái)相同新風(fēng)機(jī)通 分別過兩個(gè)新風(fēng)立管提供），標(biāo)準(zhǔn)層空調(diào)平面見圖3。圖3標(biāo)準(zhǔn)層空調(diào)平面 /5.2負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備選型：將內(nèi)外區(qū)細(xì)分為若干溫度控制區(qū)域，每個(gè)溫度控制 區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)VAV末端，分別逐時(shí)計(jì)算各區(qū)冷熱負(fù)荷，按照最大冷負(fù)荷及送風(fēng)溫差 計(jì)算一次風(fēng)最大風(fēng)量選取VAV末端，按照各區(qū)逐

9、時(shí)負(fù)荷最大值及送風(fēng)溫差選取空 調(diào)箱。5.2.1關(guān)于溫控區(qū)域劃分時(shí)，作者建議有條件時(shí)盡量要求業(yè)主或者裝修單位提供 詳細(xì)的劃分資料，否則溫控區(qū)域劃分過大，使末端設(shè)備過大，并會(huì)影響溫度控制 及溫度精度及噪聲等問題；而溫控區(qū)域劃分過小會(huì)使末端設(shè)備與控制設(shè)備過多， 投資過大。本工程設(shè)計(jì)時(shí)是按照業(yè)主提出的開敞式大空間方案考慮，送回風(fēng)口均 采用燈盤風(fēng)口，每個(gè)外區(qū)溫控區(qū)域面積約50m2,內(nèi)區(qū)約65m2，而實(shí)際交付使用時(shí) 外區(qū)大都被分割成1020m2左右的獨(dú)立辦公室，由此帶來幾個(gè)問題：第一，每 個(gè)房間不能單獨(dú)控制溫度，裝設(shè)在公共區(qū)域的溫控器設(shè)置頻繁變化，直接造成 VAV系統(tǒng)的頻繁波動(dòng)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性；第二，辦公區(qū)

10、采用燈盤風(fēng)口，燈盤數(shù)量確 定后送風(fēng)口面積很難增大，而某些區(qū)域被分割成數(shù)個(gè)朝向不同的房間，對(duì)每個(gè)房 間而言負(fù)荷發(fā)生較大變化，但是送風(fēng)量已很難隨之調(diào)整。造成房間的冷熱不均。 第三，當(dāng)某區(qū)域功能變?yōu)闀?huì)議室等人員密集場(chǎng)所時(shí)，新風(fēng)量很難達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 第四，當(dāng)房間劃分過多或內(nèi)外區(qū)分隔較嚴(yán)密時(shí)會(huì)增加回風(fēng)阻力，影響VAV系統(tǒng)的 空氣循環(huán)。VAV系統(tǒng)大多采用吊頂集中回風(fēng)，實(shí)際工程中吊頂內(nèi)所?？臻g很小， 而且有的房間還可能根據(jù)消防要求隔墻都隔到上層樓板底，吊頂不能成為連通 整體。作者建議在吊頂內(nèi)考慮預(yù)留回風(fēng)通道或者在氣流死角增設(shè)風(fēng)機(jī)等設(shè)備，辦 公條件允許也可以選用百葉門。5.2.2本工程外區(qū)選擇風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)串聯(lián)型變

11、風(fēng)量末端裝置，內(nèi)區(qū)選擇單風(fēng)道變風(fēng)量 末端裝置。外區(qū)房間負(fù)荷減少時(shí)，為維持室內(nèi)設(shè)定溫度，一次風(fēng)相應(yīng)減少，二次 風(fēng)增加，但總送風(fēng)量不變，室內(nèi)氣流組織較穩(wěn)定，換氣效果好，人的舒適感較好， 大部分房間換氣次數(shù)在10次/h以上；內(nèi)區(qū)房間冷負(fù)荷較為穩(wěn)定，送風(fēng)量變化不 大，房間換氣次數(shù)大都達(dá)到6次/h，房間舒適感業(yè)主也較滿意。5.3新風(fēng)供給與室內(nèi)空氣品質(zhì)：本工程新風(fēng)系統(tǒng)采用新風(fēng)集中處理熱回收方 式，新風(fēng)機(jī)組送排風(fēng)機(jī)分別配置變頻器，采用轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置，在每層新風(fēng)入 口設(shè)置定風(fēng)量裝置CAV,各樓層回風(fēng)管內(nèi)安裝CO2傳感器。5.3.1新風(fēng)集中處理，并且內(nèi)外區(qū)新風(fēng)分別由不同新風(fēng)機(jī)組提供，不僅減小樓 層空調(diào)箱負(fù)荷，

12、增強(qiáng)了其穩(wěn)定性，也減少了新風(fēng)能耗。但是受集中新風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道 尺寸限制難以實(shí)現(xiàn)較大幅度的變新風(fēng)比運(yùn)行。5.3.2本工程新風(fēng)負(fù)荷占比較大，因此采用新風(fēng)集中處理熱回收方式。可回收 總冷量為1566kW，可回收總熱量為2989 kW，回收后實(shí)際總冷量約為計(jì)算總耗冷 量88.2%，回收后實(shí)際總熱量約為計(jì)算總耗熱量73.5%。5.3.3新風(fēng)機(jī)組采用變頻調(diào)速，可以保證系統(tǒng)靜壓的同時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)節(jié)能。5.3.4設(shè)置定風(fēng)量裝置CAV作用：保證樓層空調(diào)箱一次風(fēng)總風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)， 新風(fēng)量不變以保證室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求；各樓層新風(fēng)量可由控制系統(tǒng)方便地再設(shè) 定；不使用樓層可關(guān)閉新風(fēng)CAV。5.3.5回風(fēng)管內(nèi)安裝CO2傳感器，既

13、可監(jiān)視室內(nèi)空氣品質(zhì)，又能控制新風(fēng)量。5.3.6除空調(diào)器配備相應(yīng)過濾裝置外在FPB二次風(fēng)入口配一次性空氣過濾器， 建議物業(yè)管理在日常運(yùn)行管理中密切監(jiān)視空調(diào)箱過濾段的終阻力檢測(cè)報(bào)警裝置， 及時(shí)清洗或更換過濾器，嚴(yán)格控制吸煙，室內(nèi)空氣品質(zhì)應(yīng)得到有效保障。5.4噪聲控制：由于本工程樓層空調(diào)箱機(jī)房是由原新風(fēng)豎井改造而成，機(jī)房面 積不足只能訂制廠家非標(biāo)產(chǎn)品，設(shè)備性能的不確定性增加，噪聲曾經(jīng)是業(yè)主頗為 擔(dān)心的問題，因此在設(shè)計(jì)階段與就專業(yè)消聲工程公司配合設(shè)計(jì)解決樓層空調(diào)箱的 消聲問題。對(duì)變風(fēng)量末端的箱體材質(zhì)、消聲隔熱層、風(fēng)閥閥片性能、風(fēng)機(jī)等參數(shù) 做出嚴(yán)格要求，并建議業(yè)主選用質(zhì)量可靠的產(chǎn)品，對(duì)吊頂材料消聲性能、變風(fēng)量 末端消聲靜壓箱、風(fēng)口靜壓箱消聲性能提出具體要求，要求風(fēng)口前接1.5m以上 的消聲軟管，回風(fēng)口位置盡可能避開末端等施工要求。采取上述措施后滿足辦公 室噪聲標(biāo)準(zhǔn)NC-35,用戶反應(yīng)良好。5.5自動(dòng)控制：系統(tǒng)采用定靜壓控制