西北地区某办公楼中央空调设计

杨 阳,强天伟

(西安工程大学环境与化学工程学院,西安710048)

0 引 言

建筑工程是生产、生活重要的环境条件,随着人们对建筑物舒适度及能耗的要求,空调工程及采暖能够满足对舒适的要求,同时,作为建筑物中能耗较大的一部分,必须从它入手,抓住耗能的源头,从建筑暖通设计入手,达到节能减排的目的。

1 建筑概况

本工程位于陕西省延安市志丹县,所在区域为夏热冬冷地区,夏季需要供冷,冬季需要供暖。建筑物建筑面积6679m2,建筑高度23.5m,共6层,地下1层,地上5层。地下一层为车库,地上部分主要为办公场地。

2 空调设计

2.1 建筑物指标

本建筑物按《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)进行设计。体形系数:0.169;外窗传热系数:2.6W/m2℃;外墙传热系数:0.6W/m2℃;屋顶传热系数:0.4068W/m2℃[1]。

2.2 空调设计参数

(1)夏季空气调节室内设计参数:

办公室、会议室、接待室等:温度:25～27℃,湿度:＜65%,新风量:30m3/h

卫生间、门厅:温度:26～28℃。

(2)夏季空气调节室外设计参数:

干球温度:32.5℃,湿球温度:22.8℃,大气压力:89893Pa,平均风速:1.6m/s

经计算,本建筑夏季总冷负荷:475kW;冷负荷指标:71W/m2[2]。

2.3 空调系统采用多联机中央空调系统

多联机中央空调系统,又称为变制冷剂流量(Variable Refrigerant Volume)的直接蒸发式空调系统,简称VRV系统。即控制冷媒流通量并通过冷媒的直接蒸发或直接凝缩来实现制冷或制热的空调系统。VRV系统由室外机、室内机和冷媒配管三部分组成。

多联机中央空调的优点:

(1)用冷媒直接蒸发式对室内空气进行冷却,效率高、耗能低。在制冷时间响应上比其它中央空调二次交换的方式更迅速。而且避免了冷冻水的跑、冒、滴、漏等现象。

(2)不同于其它中央空调,多联机中央空调系统不需要另设空调机房,室外机可放置于屋顶或地面,节省了大量有限的建筑面积。同时省掉了冷却塔、循环水泵、软化水等繁琐的附属设备。设备的初投资费用降低,安装及管理维修方便。

(3)具有很高的设计自由度,室内、外机的配管长度可达150m,室外机布置灵活。

(4)多联机空调系统真正做到每个房间实行独立控制,便于管理;不同于水系统中央空调,只要有一个房间使用空调,其冷水系统都要投入使用,无法达到节约能源的目地。

(5)多联机空调系统采取有线控制或集中控制,当系统中有一台室内机发生故障,其故障信息会直接显示在控制面板上,这样对排除故障带来方便。

(6)多联机空调系统是一种无水的中央空调系统,不存在冬季水管路防冻问题,节省了冬季循环水泵的工作能耗。

(7)多联机空调系统可以根据室内机能力需求实现从10%100%进行无级调节,自由的开启和停止,室外机组能够根据室内机组负荷的变化自动调整输出负荷,使得整个系统消耗的能量最低,比一般中央空调节能15%～25%。

(8)多联机中央空调系统有多种款式,装修安装方便美观[3]。总的来说,选择多联机中央空调系统带给我们的好处有:无需冷却塔、水泵等辅助设施,占用空间少,投资少;可随意的部分负荷启动运行,控制灵活方便;节约能源、运行费用低等[4]。

虽然多联机系统优点较多,但结合节能的理念,在设计过程中仍要注意以下几个方面:

(1)避免室内外机组之间连接管过长,上下高差过大。由于管路过长,阻力损失大大增加,也将造成制冷压缩机能耗大为增加;对多联机中央空调系统的运行性能影响巨大。

(2)避免多联机容量过大,由于机组容量增加,系统各部件实现优化匹配有难度,导致能耗增加[5]。室外机的容量应根据多联机所服务的功能区所有室内机逐时负荷的最大值来选择,而不是室内机总容量之和。如果室外机容量选择过大,多联机系统将长时间处于低负荷运行状态,导致系统能效比大大降低。(3)避免多联机应用于负荷分散的建筑物和功能区[6]。

2.4 空调设备

一至五层各类办公室、会议室等均采用多联机室内出风嵌入式室内机,共165台;每层有两台新风机组,共10台;五楼的大会议室和指挥中心及卫生间装吸顶式换气扇,共26台;多联机室外机置于屋面,共8台,一层、二层大厅入口均设有贯流式空气幕,共17台。

办公室均采用多联机中央空调加新风的方式,新风冷源采用多联机室外机提供,同时,为了减小新风管道占用吊顶内的高度,每个新风系统不宜风量太大,故每层设置2台新风机,采用矩形风管低速送风,通过走廊吊顶内的新风管道送到各个房间,送风采用双层百叶送风口,风口均匀布置。新风机进出口均设置150mm的耐火软管。办公室内多联机室内机也均匀布置,采用四面出风嵌入式室内机,组织送风均匀,以保证工作人员对空调热舒适性的要求。小型办公室采用自然通风,较大空间如:会议室、指挥中心采用吸顶式换气扇通风[7]。大厅入口设有空气幕,空气幕的隔断性能防止室内外空气对流,起到防尘,防污染的作用。

2.5 冷媒系统

多联机中央空调共分六套系统 (K-1～5,KX-1),地上各层为独立系统,用K-1～5标示;KX-1为新风机专用系统,不与其他室内机共用室外机。冷媒管道要注意保温,以达到冷量损失小、节约能源的目的。采用变流量系统,通过室内、外机处的电子膨胀阀调节,改变送入末端 (室内机)的冷媒流量和状态,从而实现不同的末端输出。VRV空调系统具有明显的节能、舒适效果,该系统依据室内负荷,在不同转速下连续运行,减少了因压缩机频繁启停造成的能量损失;采用压缩机低频启动,降低了启动电流,电气设备将大大节能,同时避免了对其它用电设备和电网的冲击;具有能调节容量的特性,改善了室内的舒适性。

空调冷凝水管道用UPVC管材,采用铂铝橡胶复合保温板,厚度为9mm,管道在吊顶内敷设,由各多联机和新风机组集水盘收集排至各层卫生间,同时,确保0.003的坡度,坡向排放处,以免形成管内气阻,排水不畅。

2.6 多联机空调系统的控制

多联机中央空调系统,采用集散控制方法,主要由控制系统采集室内舒适性参数、室外环境参数和表征制冷系统运行状况的状态参数,根据系统运行优化准则和人体舒适性准则,通过变频调速及设置电子膨胀阀等手段控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内换热器的制冷剂流量;并控制室内、外换热器的风扇转速,调节换热器的能力;避免室内温度过冷、过热,保证室内环境的舒适性,并使空调系统稳定工作在最佳工作状态[8]。另外每台机组设有遥控器,更能够有效控制室内温度,实现室内温度的个性化调节,增加舒适效果,且提高人们节能的意识。另外,该建筑为办公楼,有统一的物业管理,每台多联机组上设有故障报警系统,当系统中某一台室内机出现故障,其故障信息会直接显示在控制面板上,为排除故障带来方便。

由于新风机组使用多联机室外机做冷源,因此,新风机除对送风温度,室内、外温度及二氧化碳浓度监测外,应用与控制多联机空调系统类似的方法控制其新风送风温度。

3 采暖系统

多联机稳定工作对室外环境的要求:制冷室外温度:-5～48℃,制热室外温度:-20～27℃,比其它中央空调运行范围广。但是,延安地区冬季室外温度较低 (-10.1℃),低温会使空调制热效率降低,因此本次设计冬季采暖系统不予选择多联机中央空调设计,而采用普通散热器采暖。

3.1 采暖设计参数

冬季采暖室外设计温度:-10.1℃。

冬季采暖室内设计温度:办公室、会议室、接待室等:18～20℃;

卫生间、楼梯间、门厅等:14～16℃[2]。

采暖系统设计热负荷根据房间得、失热量的平衡进行计算,即房间设计热负荷=房间耗热量总和-房间得热量总和[9]

经计算,本建筑设计热负荷为:213kW;热负荷指标:32W/m2。

3.2 采暖系统

采暖系统集中供暖,热媒为热水,供水温度为80℃,回水温度为60℃,由户外热力管网引入,供室内散热器使用 (如图1)。采用双管下供下回式系统,缓和了垂直失调现象,且室内无供水干管,房间美观且方便二次装修。散热器选择铜铝复合散热器,散热效果好,不仅有铜耐腐蚀的优点,而且质量轻[10]。

在运行时,随着室外气象条件的变化,建筑物热负荷也会随之变化,对热量的供应就应随之改变。该系统直接由户外管网供应热水,无法改变热水温度。但可以选择分阶段改变流量的方法。所谓分阶段改变流量法,是指在采暖期的不同阶段,采用不同的流量进行的集中调节。该调节方法的操作较为简单,只是在过渡季节由人工手动关小水阀,减少热水流量,以达到节约能量的目的。另外,每组散热器设有恒温控制阀,更能够有效控制室内温度,实现室内采暖的个性化调节,增加舒适效果,且提高人们采暖节能的意识。

图1 采暖系统图Figure1 Figure of Heating System

4 通风系统

地下一层为车库,共有两个系统,送风系统和排风兼排烟系统 (如图2)。送风系统送入新鲜空气,以便有害物含量稀释到国家规定的卫生标准。排风兼排烟系统是用同一台风机和同一管道系统,平时作排风用,火灾时作排烟用。系统均应用管道式送、排风机,且要注意防火阀的安装。

图2 地下车库通风系统平面图Figure2 Underground garage ventilation system plan

配电间、电梯机房设壁式排风机。

5 结束语

办公楼作为较为常见的建筑类型,根据其建筑特点和使用特点选择系统形式:夏季使用多联机中央空调系统,冬季选择散热器供暖的形式。建筑节能已成为 “十二五”期间节能减排的重要一环。胡锦涛总书记在多次讲话中提到我们要注重加强节能环保。住建部对建筑节能工作的新部署主要为:改善城镇及农村的建筑,全面推进绿色建筑的发展,推广使用新能源技术。

[1]中国建筑科学研究院.公共建筑节能设计标准 [M].北京:中国建筑工业出版社,2005

[2]陆耀庆.实用供热空调设计手册 [M].北京:中国建筑工业出版社,2008

[3]张旭.热泵技术[M].北京:化学工业出版社,2007

[4]何驰.浅析某综合大厦空调通风工程设计[J].制冷与空调,2011(4):146-148

[5]彦启森.论多联式空调机组 [J].暖通空调,2002,32(5):2-4

[6]清华大学建筑节能研究中心.2008年中国建筑节能年度发展研究报告[R].北京:中国建筑工业出版社,2009

[7]廉学军.福顺天天大酒店空调设计[J].低温建筑技术,2004(4):89-90

[8]朱华威.建筑节能与变冷媒流量多联机空调系统的适用性[J].建筑节能,2007(12).2-4

[9]闫秋会,赵建会,张联英.供热工程 [M].北京:科学出版社,2008

[10]赵琰森,李志刚,杨晓玲.房屋装饰中散热器的选择与建筑节能的关系[J].兰州工业高等专科学校学报,2010(6).44-47