变风量空调系统项目优化设计案例

朱好仁，梁利霞，刘月琴

（杭州国电能源环境设计研究院，浙江杭州310030）

变风量空调系统项目优化设计案例

朱好仁，梁利霞，刘月琴

（杭州国电能源环境设计研究院，浙江杭州310030）

以青山湖科技城创新服务中心项目为例，从回风方式、气流组织、系统控制等方面进行分析研究，对变风量空调系统进行优化设计，取得了较好的应用效果。项目设计方案对于全空气系统，特别是变风量空调系统设计具有一定的借鉴意义。

回风方式；气流组织；系统控制；变风量空调

0 引言

变风量系统（Variable Air Volume System, VAV系统），是一种可根据室内负荷变化或室内要求参数的变化，自动调节空调系统送风量，从而使室内参数达到要求的全空气空调系统。变风量空调系统因具有舒适、健康、节能及智能化运行等优点，在新建的现代办公大楼中，受到越来越多的青睐。然而由于系统送风量跟随负荷变化而改变，因此该系统工程从方案设计、设备选择、施工图设计，直至施工和调试都具有不同于其他空调系统的特殊性和复杂性。本文以青山湖科技城创新服务中心项目为例，探讨变风量空调系统设计过程中的优化思路和方案。

1 项目概况及设计参数

青山湖科技城创新服务中心变风量空调系统项目地处临安青山湖科技园大园路与岗阳街交叉口，项目属于多层综合类建筑，地下一层主要为机房和车库，南楼3层、北楼5层均为办公场所。具体空调设计指标及基本参数见表1、表2。

表1 主要空调设计指标

表2 设计基本参数

2 空调冷热源

项目冷热源为青山湖科技城集中供冷供热能源站，地下室邻近区域公共管廊侧设置冷热计量间及暖通机房，机房内设置热交换站，利用板式水水热交换器制备空调冷热水；一次空调冷水供回水温3/11℃，一次空调热水供回水温60/50℃；二次空调冷水供回水温4/12℃，二次空调热水供回水温50/45℃。空调水系统采用变流量一次泵形式，一次泵与板换一一对应，并根据各管路末端压差变化变频控制，冬夏季泵共用。空调水管采用双管制，多回路，空调水系统水平及竖向以异程式为主。在各层分支管处配设静态平衡阀。

3 项目空调系统

项目包括多种型式空调系统，如：常温送风系统，主要用于展厅和会议场所；低温送风系统，主要用于办公区，由于房间进深有限，不考虑内外分区，选用单风道变风量末端，气流组织为上送上回，所有变风量末端均为压力无关型，系统采用变静压控制方式；风机盘管系统，主要用于走廊和卫生间区域。系统包括11台空调机组、133套VAV变风量末端装置和83个风机盘管。

4 优化设计

4.1 回风系统优化设计

由于该项目吊顶空间有限，不利于设置回风管，因此原设计采用吊顶回风，经核算，吊顶内管线繁多，布置紧密，局部地区回风风速大于15m/h，因此噪音很大，同时考虑使用吊顶回风还存在诸多弊端：由于吊顶上面的灰尘相对比房间灰尘比较大,则容易造成回风滤网的脏堵,清洗和更换滤网频率增大。同时由于空调处理设备还需要处理吊顶上面的空气,有浪费能量的缺点。综合以上因素，最终考虑采用走廊回风，由于该建筑主要功能为办公室，同时走廊为内走廊，因此其走廊空气清洁度更好，同时，走廊回风有利于保证建筑高度，降低走廊区域环境温度，提高人员的舒适性。

4.2 气流组织优化设计

项目办公区域基本采用了变风量低温送风，但是由于房间进深较小，基本为5-6m，因此原设计没有进行内外分区。从技术经济性角度考虑全部采用单风道型VAV BOX，同时配置两个顶送风口。

图1 走廊回风节点图

图2 模拟房间平面图

优化方案的思路，根据室内气流组织设计原理[2]，从风口设置的角度改善气流组织。具体方案为，在保证风口整体美观和谐的前提下，把原来的靠近南北外墙的顶送风口，进行调整为沿窗下送风口，通过下送风口的垂直射流加强冬季热气流的下沉，改善低温送风气流组织效果，最终保证供热效果。

为了保证实际效果，本项目选取了典型房间进行数值模拟，该房间所在楼层为二层，大小为6m×3.8m。夏、冬季的模拟工况设定如下：

夏季室外设计温度35.6℃，夏季室内设计温度26℃，夏季送风温度9℃，送风量425m3/h。

冬季室外设计温度-2.4℃，冬季室内设计温度20℃，冬季送风温度36℃，送风量440m3/h。

两种方案下的三维模型图如图3、图4所示，图中房间的长、宽、高分别被定义为坐标轴的Y轴、X轴和Z轴。

根据以上条件对房间气流组织进行模拟，典型截面的速度场和温度场结果如图5-图10所示。

图3 原设计顶送风（方案一）

图4 沿窗下送风优化设计（方案二）

图5 方案一供冷工况Z=-1.3m平面速度场等值线图

图6 方案二供冷工况Z=-1.3m平面速度场等值线图

图7 方案一供热工况Z=-1.3m平面速度场等值线图

图8 方案二供热工况Z=-1.3m平面速度场等值线图

由以上各图可知，在供冷与供热工况下，两种方案在设定风量下射程均较小，空气流速随着射程增加衰减比较明显，在房间高度为1.3m水平面上，各点处风速最大不超过0.1m/s。

图9 方案一供热工况X=1.9m平面温度场等值线图

图10 方案二供热工况X=1.9m平面温度场等值线图

供热工况下，两种风口布置方案下房间内垂直方向上均存在着较大的温度梯度，在水平方向上沿外墙向房间内部也存在着一定的温度梯度，但是方案二在靠近外墙的区域垂直方向上其温度梯度明显小于方案一，同时该区域温度也更接近房间平均温度。

结合模拟结果可以看出，两种方案下人体取坐姿时（高度约为1.2m）均不会产生吹风感，采用下送风口可明显减小房间外墙对室内温度的影响，因此方案二更利于优化室内的气流组织。

4.3 强弱电一体化设计

变风量空调机组启停与控制采用强弱电一体化设计，变风量空调智慧控制柜内置变频器、智慧控制器、智能电表（选配）、空气断路器、接触器等主要设备，实现对变风量空调机组的供电及全面控制。该控制柜具有以下控制功能：

（1）实现风机的启停和变频控制；

（2）实现对电动水阀、电动风阀等执行器以及温度、湿度、静压、CO2、PM2.5、VOC等传感器的监视与控制；因此需要在合适位置加装CO2、PM2.5、VOC传感器。

（3）配置彩色触摸屏，与RC08控制器连接，实现就地的参数设定与监视；

（4）控制器内置变风量控制程序，可实现定静压、变静压、可变静压、总风量等不同控制策略，调试和操作人员可根据项目特点进行程序自由配置；

（5）采用模糊控制和PID结合的控制方法，控制精度高，适应性、稳定性好；

（6）内置电表，自动记录风机耗电量参数W；同时采集空调机组热量表参数Q，可提供空调机组能效指标W/Q，区分冷热工况分别计算，并将夏季冷量、冬季热量、夏季能效指标、冬季能效指标等相关数据传输至上位机；

（7）能够采集并实时显示热量表流量、累计热量、空调机组供回水温度等，并上传到上位机；

（8）控制柜具有自动加班申请功能，即通过触摸屏进行加班申请设置，设置参数为加班时间长度，以小时为单位，按照下班时刻为开始时刻，顺延计算加班截至时刻，加班设置值次日自动清零，信息可传至上位机并与冷热源机房进行通讯。

5 系统运行情况

项目自2014年10月份投入运行以来，运行良好，实际运行各项技术参数均达到设计指标。控制系统控制精度高，适应性、稳定性好；上位机智能化程度高，方便操作更加人性化；计量系统全面，完善。

5.1 换热站运行情况

换热站按照时间表模式控制设备启停，实现了水泵变频节能运行。同时通过末端压差控制方法，控制板换二次侧供水温度满足设计要求。

5.2 空气处理机组运行情况

通过调节表冷盘管电动水阀的开度，可以快速稳定的控制空气处理机组的送风温度在设定值的± 1℃范围内。通过新风阀开度控制CO2的浓度，当室内回风CO2浓度大于设定值时开大新风阀的开度，关小回风阀开度。同时，上位机智能化程度高，方便管理，具有自动申请加班功能，更加人性化。设置参数为加班时间长度，以小时为单位，按照下班时刻为开始时刻，顺延计算加班截至时刻，加班设置值次日自动清零。

5.3 变风量末端系统运行情况

对典型层冬季送风效果进行考察，测试表明其房间温度基本维持在18-20℃之间，满足设计要求。空气处理机组的设计水流量为13m3/h,实测流量为12m3/h，其偏差满足小于10%的设计要求。环境洁净度较高，满足PM2.5控制要求。控制系统控制精度高，适应性、稳定性好。

图11 换热站运行情况

图12 空气处理机组运行情况

图13 变风量末端系统运行情况

6 结语

变风量空调系统与常规全空气系统相比具有较大的区别，因此在设计过程中，必需充分重视其工艺的特殊性，并把暖通和控制进行有机的结合，才能实现预期的效果。

根据青山湖科技城创新服务中心变风量空调系统项目的实际情况，从节能、高效、智能化的角度出发，对系统的回风组织方式、室内送风口布置方案以及系统强弱电控制方式等进行了优化设计。系统运行效果良好，对变风量空调系统的设计具有一定的借鉴意义。

[1] GB50736-2012，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].2012.

[2] 李先庭，赵彬.室内空气流动数值模拟[M].北京：机械工业出版社，2009.

修回日期：2016-12-16

Optimization Design Case of VAV Air Conditioning System

ZHU Hao-ren，LIANG Li-xia，LIU Yue-qin
（Hangzhou Guodian Institute of Electric Energy and Environmental Design，Hangzhou 310030，China）

Taking QINSHANHU science and technology innovation service center as an example, analyzing air returning mode, air flow organization, system control and so on ,this paper makes optimization design on VAV air conditioning system, which achieves a good application effect. Project design has a certain reference for the whole air system, especially the VAV air conditioning system design.

air returning mode；air flow organization；system control；VAV air conditioning system

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.06.022

TU831.3

B

2095-3429（2016）06-0086-06

朱好仁（1971-），男，河南人，学士，高级工程师，研究方向：暖通空调自动化与计量仪表。

2016-10-31