永威·时代中心空调方案设计及节能分析

连志强

( 西安永威置业有限公司，西安 710065 )

永威·时代中心空调方案设计及节能分析

连志强

( 西安永威置业有限公司，西安 710065 )

[摘要]本文从超高层办公楼中央空调的方案设计出发，通过对比分析三个方案的冷热源系统、末端及输配系统、运行调节管理、能源计量收费及初投资和运行费用等，详细阐述了该项目空调的设计思路及理念，以期望在同类项目设计中提供设计参考，在超高层中央空调运行管理及能耗控制等方面提供新的设计思路

[关键词]水冷多联式中央空调；超高层办公；中央空调能耗

收稿日期：2015-7-27

作者简介：连志强(1979-)，男，工程师，主要从事民用建筑暖通空调及机电系统设计管理相关工作。Email：34993337@qq.com

文章编号：ISSN1005-9180(2015)04-071-06

中图分类号：TU831 文献标示码：B

doi:10.3696/J.ISSN.1005-9180.2015.04.013

Abstract：This article from high-rise office of central air conditioning design of through the comparison and analysis of two schemes of cold and heat source system,terminal and transmission and distribution system,operation regulation and management, energy metering and charging and initial investment and operating costs,such as,in detail elaborated the design idea and concept of the air conditioning,to expect in similar project design to provide design reference,in the high-rise central air conditioning operation management and energy consumption control provides a new design ideas.

Discussion and Energy Saving Analysis of Central Air

Conditioning Design in Yongwei·Times Center

LIAN Zhiqiang

( Xi′an Yong Wei Real Estate Co., Ltd.，Xi′an 710065 )

Key words：Water cooling VRF air conditioning；Super high-rise office；Central air conditioning energy consumption

0项目概况

西安永威·时代中心地块位于陕西省西安市高新技术产业开发区核心地段，历史明城墙西南方向的三环路边缘。在南三环辅道以北，丈八二路以东，锦业一路以南，规划道路以西。项目总占地面积为10763m2。拟建设的永威·时代中心完美自然的融入到高新区的总体规划中，致力于打造该区域内的全新地标性建筑，超高层塔楼建筑体块在水平方向上的错位充分体现了建筑每一处功能的变化，这些变化包括位于2层商业和餐饮功能的变化，5层时裙房和塔楼的转换，以及塔楼内部三个办公区每个分区的变化。

总建筑面积126365m2，其中计入容积率面积为100716m2(商业裙楼16363m2，办公78983m2，设备及避难区5997m2，顶层设备约400m2)，容积率8.8。办公塔楼共47层，大屋面建筑高度为199.9米，外幕墙顶距地229.9米，裙房屋顶距地面23.9米。第6、第21、第36层为避难层，裙房为5层。地下建筑面积25649m2，地下室共三层，主要设备机房位于地下一层，地下3层局部为附建式人防工程。

1中央空调方案

1.1方案选择考虑要素

(1)空调形式是否满足建筑功能需求；(2)系统总造价及初投资；(3)使用灵活性及使用者对空调系统的控制权；(4)分户计量及系统运行费用；(5)系统对层高的影响；(6)消声隔震要求及环境影响；(7)建筑室内外外观；(8)施工安装及维护管理；(9)系统的扩展性及可变性。

1.2空调系统选择比较表

图1　西安永威·时代中心

表1超高层空调系统方案选择比较表

项目方案一水源多联式中央空调+中央新风方案二集中水冷冷水机组+冷却塔+风机盘管+新风系统方案三集中水冷冷水机组+冷却塔+VAV空调系统 方案简述办公及裙房商业室内负荷部分均采用水源多联机,新风系统及公共部位空调冷源为集中水冷冷水机组,冬季系统辅助热源采用燃气真空锅炉。公共区域及集中新风采用四管制空调水系统水系统分为冷冻水系统及冷却水系统。冷却塔设置在室外和裙房屋面,集中冷水机组设置在地下一层制冷机房。各房间空调为传统的风机盘管+新风系统,冬季为市政热源水系统分为冷冻水系统及冷却水系统。冷却塔设置在室外和裙房屋面,集中冷水机组设置在地下一层制冷机房。各层设置一次风处理机组,处理的一次风由风管送至末端装置,一次风送至各末端装置,风量根据各末端装置探测本区域温度进行变风量调整。冬季为市政热源 是否满足 功能需求一层为街铺和大堂,2～5层为裙房商业,每层划分为若干独立商铺。分散式水源多联空调完全满足出售型办公楼各户空调使用且极具灵活性不受上下班时间限制,较集中式系统提高了服务质量。新风为水冷集中新风,较常规集中系统也没有降低新风服务质量常规半集中空调系统,两管制风机盘管+集中新风。办公及商业均以出售为目标,则商业及办公冷水机组需要分别设置。办公集中空调为上下班定时开闭,基本满足办公使用需求。商业为街铺及商铺后期使用功能未定,空调集中供应,若个别商业有夜间需求(或营业时间不同)则只能开启商业的大系统冷源仍与常规集中空调冷源相同,整个末端为全空气系统,对于以出售为目标的办公及商铺来说,较集中的末端全空气处理对于各个业主末端的自主调节和启闭都不太有利,可以满足使用要求但能耗较高。 系统总造 价估算及 初投资4090万办公水冷VRV主机可根据销售情况逐步采购,商业毛坯交房空调系统可只进行预留3684万风盘系统为水系统需一次安装到位。5035万室内精装交房末端VAV风系统也应安装到位使用灵活性及控制权可24小时开启空调系统,自由控制开闭空调时间等可关闭末端风盘,但水冷机组需集中开闭,下班后无空调集中系统需统一开闭且末端为集中全空气系统不能关闭单个末端风口分户计量办公每户空调费用约80%来自每户计量表,20%费用来自空调系统公共费用。基本实现分户计量计量困难,按面积收取空调费用计量困难,按面积收取空调费用年运行总费用估算办公:227.7万+各户表计费用之和商业:81.1万+各户表计费用之和805万940万系统占用层高系统风管小冷媒管尺寸小,占用层高最低;新风管道及空调水系统管道占用层高为其它两者之间全空气系统风管尺寸大,占层高最多施工安装及维护管理多联机空调为冷媒管易于施工安装,分散式空调维护管理简单维护管理复杂控制系统逻辑复杂,维护管理费用最高系统扩展性可改造性可适应建筑功能的变化较易实现空调改造水系统改造困难末端风系统改造困难

1.3空调设计理念及方案小结

在进行中央空调方案的选择中，到底什么是最重要的一直是业界应努力思考的问题。“贵”就最好吗？“复杂”就最具技术含量吗？“集中”才是中央空调吗？中央空调设计应以使用空调的人为考虑对象，空调设计不是“炫技”！

该项目裙房商业各层及办公塔楼标准层均划分为若干户进行销售，空调设计应以各户小业主为考虑对象，方案一各户具有灵活独立、分户计量、物业空置费用低、空调总运行费用低、扩展性改造性强等优点，且该系统公共区域及新风空调为集中系统并没有降低其它方面的空调服务标准，水源多联机空调系统可根据各业主要求进行室内空调二次设计及根据工程总进度分阶段进行采购安装，综合以上分析，决定采用方案一为本项目中央空调方案。

2空调系统及节能分析

2.1空调系统应该集中还是分散

《中国建筑节能年度发展研究报告2014》[1]中有对集中与分散式空调系统节能性对比的详细论述，认为集中系统好的有如下一些理由。

(1)如同工业生产过程，规模越大，集中程度越高，效率就高节能性好。文献[1]已说明工业生产不同于民用空调，工业生产为统一供应，而民用空调的需求在参数、数量、空间、时间上的变化都很大，集中统一的供应很难满足个体需要，结果往往就只能统一按照最高的需求标准供应，这就是为什么美国、中国香港的中央空调办公室内夏季总是偏冷、我国北方冬季的集中供热房间很多总是偏热的原因。在冷热源方面，通过比较方案一分散式与方案二方案三集中冷源主机产品样本发现，现今分散式冷源COP或IPLV已经与集中冷源离心式或螺杆式冷水机组的COP或IPLV差距越来越小。在输配系统方面，超高层办公集中空调系统输配系统能耗一般占总空调的总能耗的20%左右。而方案一中，因只有公共区域及新风系统为集中空调，输配系统能耗会大幅降低，末端室内为水冷多联机系统又减少了一次换热损失，而且水源多联机室外机机房均设置在本层，管路较短，冷热损失少。末端系统方面，分散式系统具有先天节能优势，集中系统能耗均高于分散式系统，特别是末端为全空气系统时能耗大幅升高。处理同体积的空气，全空气系统的风机功率是风机盘管系统的7～10倍。图2为北京上海地区3种系统商用写字楼空调年度能耗比较表。

图2　北京和上海地区3种系统商用写字楼空调年度能耗比较表

(2)系统越集中，越容易维护管理。实际上运行管理包括两方面任务：设备的维护、管理、维修；系统的调节运行。集中式系统，设备容量大，数量少，可以安排专门的技术人员保障设备运行；而分散式系统设备数量多，有可能故障率高，保障设备运行难度大。这可能是主张采用集中式系统的又一个重要原因。但实际上，随着技术的进步，单台设备可靠性和自动控制水平有了长足的改善。目前散布于千家万户的大量家电设备如空调、冰箱等的故障率都远低于集中式系统中的大型设备。相反，集中式的大型设备相对故障率高，出故障时影响范围会很大，在多数情况下大型设备出现故障时难以整体更换，现场维修需要的时间要长。集中式系统除了要保证各台设备正常运行外，调整输配系统使其按照末端需求的变化改变循环水量、循环风量、新风量的分配，调整冷热源设备使其不断适应末端需求的变化，系统越大其调节及自控就会越复杂。所以集中空调系统并非运行维护管理容易。

(3)集中式系统舒适度高，服务质量好。上述3个方案对室内温湿度的控制及新风量的供给都基本一致，都能满足相同的室内空调参数及新风量需求。需要说明的是VAV系统舒适度存在着冷热失调、新风供给不足及卫生安全隐患等问题：VAV末端为集中风系统统一处理供给，但各个房间负荷变化则不同，必然会出现冷热失调；由于变风量系统为固定新风比，对于负荷较低的房间新风供给较小，然而新风需求与负荷并不是正比关系，负荷减小时可能房间新风量会低于最低要求；由于各房间空气处理统一集中处理，特殊情况下病毒污染物会快速扩散，其次集中风道距离长清理较困难。服务方面，因分散式系统可以自由调节及开闭，方案一用户还可以在下班及节假日集中冷机关闭的情况下开启自己的分散式空调，新风可以通过开窗自然通风解决，基本不影响使用，且方案一约80%的空调费用完全按各户计量表来决定，这样看来在使用及空调提供的服务方面分散式系统具有优势而集中系统不能够满足使用者的个性化需求，高档次建筑应该为使用者提供更多的选择权和控制权。

2.2项目水源多联中央空调设计简介

2.2.1计算冷、热负荷

商业：夏季2179kW，冬季2546kW；

办公：夏季8861kW，冬季5436kW。

2.2.2商业裙房

(1)各户室内冷热负荷由水源多联机系统承担。冷源采用开式冷却塔，位于一层地面，冷却塔供回水温度为30/35℃，通过板换制得水源多联机系统的冷水。热源采用真空锅炉，直接制得40℃/35℃的热水供水源多联机系统。换热机房位于地下一层。

(2)水源多联机系统的冷水循环泵采用一次泵系统，主机侧定流量、末端变流量；热水循环泵采用一次泵变频系统。

(3)裙房商业新风、公共区域的冷源采用冷水机组，与办公塔楼新风冷源合用。选择两台离心式冷水机组，单体容量1860kW，冷冻机房位于地下一层。冷水机组设计供、回水温度为6℃/12℃。热源采用真空锅炉，直接制得60℃/50℃的空调热水承担裙房公共区域及其新风热负荷。

(4)裙房商业新风、公共区域的空调冷水循环泵采用一次泵系统，主机侧定流量、末端变流量；热水循环泵采用一次泵变频系统。

(5)空调水系统均采用四管制系统，在冷冻机房及换热机房设闭式定压罐装置定压。空调水系统采用自动加药系统，防锈阻垢。

2.2.3办公塔楼

(1)办公标准层各户室内冷热负荷由水源多联机系统承担，冷源采用开式冷却塔，位于办公的塔楼屋顶。冷却塔供回水温度为30℃/35℃，通过板换制得水源多联机系统的冷水。热源采用真空锅炉，直接制得40℃/35℃的热水供水源多联机系统，主换热机房位于地下一层。

(2)水源多联机系统的冷水循环泵采用一次泵系统，主机侧定流量、末端变流量；热水循环泵采用一次泵变频系统。

(3)办公新风冷源采用冷水机组，与裙房商业新风冷源合用。冷水机组设计供、回水温度为6℃/12℃。热源采用真空锅炉，直接制得60℃/50℃的空调热水承担办公新风热负荷。

(4)办公新风空调冷水循环泵采用一次泵系统，主机侧定流量、末端变流量；热水循环泵采用一次泵变频系统。水系统均采用四管制。

(5)在21层设备层设空调冷、热水和水源多联机冷、热水板换机组，将水系统分为高低两个区域，每个区域的工作压力不大于1.6MPa。

(6)各系统供回水温度及工作压力见表1：

表1各系统供回水温度及工作压力

服务区域空调冷水供回水温度(℃)空调热水供回水温度(℃)水源多联机冷水供回水温度(℃)水源多联机热水供回水温度(℃)系统工作压力(MPa) 商业(B2～5F)6/1260/5032/3740/351.6 办公(6F～21F)6/1260/5034/3940/351.6 办公(22F～35F)7.5/13.558/4832/3738/331.6 办公(36F～47F)7.5/13.558/4832/3738/331.6

2.2.4空调设计

(1)一层商业大堂和办公大堂等大空间采用低速定风量全空气系统，在过渡季可实现全新风运行，减少冷量消耗，提高室内空气品质。办公大堂层高较高，为保证冬季室内的热舒适性，另设热水地面辐射供暖系统。系统供回水温度为40℃/35℃，由办公空调热水经过板换机组换热后制得，板换机组位于地下室换热机房内。

(2)裙房各户采用水源多联机系统。根据建筑各户排布，预留水源多联机室内、外机用电量及室外机机房位置。裙房新风采用组合式新风空调箱进行送风，处理后的新风经风管直接送人每个房间。

(3)塔楼办公水源多联机系统，根据房间类型、使用情况等因素设计室内机及室外机，室外机置于本层机房内。

(4)办公新风采用组合式新风空调箱集中送风，新风机组位于各设备层。办公各楼层的新风与排风采用乙二醇热回收装置，回收排风的能量，降低新风能耗。

2.2.5空调自控

出于节能和优化空调系统运行的需求，楼内设置楼宇自控系统，具备以下功能：

(1)测量、计算并显示各空调系统负载端的实际用冷量，对冷水机组、冷热水循环泵、冷却塔及冷却水泵实行程序控制。

(2)空调热水循环泵、水源多联机冷热水泵的变频控制。

(3)所有通风、空调系统的启停控制及其状态显示。

(4)全空气定风量系统的室内温度及焓值控制，空气过滤器的压差报警。

(5)部分空调箱可变新风量(二氧化碳浓度)的控制。

(6)新风机组送风温度控制。

(7)排风系统中变频风机的控制。

(8)水源多联机的集中控制。

2.3空调系统运行管理特点

(1)除新风外各户空调主机独立，自主控制空调主机开闭，可适应加班及夜间使用时对空调的需求。工作时间外，大楼集中新风系统关闭，各户根据需求可开启外窗进行自然通风。

(2)项目以出售为目标，裙房商业在设计时的业态未定，室内多联机系统可在业态确定后进行灵活变化。

(3)分散式独立空调能够适应商业各户营业时间不一致的情况。

(4)大堂及公共区域与大楼新风系统合用冷热源系统，集中系统用于空调统一开闭的区域，提高了集中系统的效率。

(5)各户约80%的空调费用按各户空调计量表收费，物业空置时空调费用极低。

(6)大楼从竣工到全部入驻可能需要几年时间，分散式空调可发挥控制灵活的特点降低此期间内整个大楼空调运行费用。

(7)室内空调为VRF系统维护保养较水系统空调方便。

(8)空调出现故障时影响范围小，只需维修该户空调对他户无影响。

(9)分散式空调对建筑全寿命周期内的改造需求适应性强；公共部位空气处理机及风盘为四管制系统也增加了空调的舒适性及可改造性。

3结语

超高层建筑空调能耗占建筑总能耗比重很大，本文通过阐述中央空调设计理念及分散式水源多联机空调系统在超高层建筑中的具体应用，以期望在提高中央空调设计质量和降低超高层建筑空调能耗等方面有所帮助。

参考文献4

[1] 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告 2014[R].北京：中国建筑工业出版社，2014