VRV空调系统设计探讨——以中国科技馆某机房为例

王文渊

（中国科学技术馆，北京 100012）

0 引言

多联机具有能耗低、热舒适性高、安装便捷等优势，集变频、变容等技术于一体，通过不同容量机组的组合满足不同规模建筑物的要求，具有节能、舒适、控制灵活等特点，其市场规模不断扩大。VRV（Variable Refrigerant Volume）是一种变制冷剂流量多联机系统，最早由日本大金公司于1982年研发，经过多年的技术改善和革新，已经在世界各地得到了广泛的关注和应用。VRV空调系统由制冷剂管路连接室内机和室外机，通过控制室外机中压缩机的制冷剂循环量和进入室内换热器的制冷剂流量，从而达到满足室内冷、热负荷要求和控制室内温度的目的，每台室内机可以自由的运转或者停止。采用VRV空调系统有如下特点：各个房间可以单独控制和调节室内温度，满足不同房间不同空调的负荷要求；系统中没有大型风管、水管，减少管路占用空间，适用于无水管房间；通过冷媒蒸发的方式进行室内温度调节，无需二次换热，工作效率较高；室外机采用高效率压缩机，EER较高，可在变负荷场所应用。

本文以中国科技馆某机房为例，在原有机房内分体空调制冷效果不佳的情况下，分析VRV空调系统的设计和应用，从而满足机房室内温度高效控制的要求。

1 工程概况和设计要点

中国科技馆新馆位于奥林匹克公园内，于2009年9月16日建成开放，是实施“科教兴国战略”“人才强国战略”“创新驱动发展战略”，促进公众理解科学，提高全民科学素质的国家级综合性大型科普设施。中国科技馆场馆内展厅采用变风量系统中央空调形式，影院等大空间系统采用定风量全空气空调系统，部分公共区域、办公室、卫生间等采用VRV空调系统。本工程对中国科技馆内某机房的空调系统改造进行设计，机房面积约45m，机房内无窗并且机房门一般处在关闭状态。机房内电气设备较多，目前使用一台3匹容量柜式分体空调用于制冷，高温天气下机房内温度略高。

本项目设计要点主要有：

（1）满足机房内冷负荷要求。由于近几年机房内用电设备增多、发热量增大，机房内出现极端高温天气下温度过高情况，由机房要求的温度20～230°C升高至26～280°C，甚至更高，不利于机房内电气设备正常工作，存在安全隐患。同时，由于业务发展，新的大功率发热设备又将陆续进入机房，对机房供冷设备提出更高要求。

（2）提高系统稳定性和安全性。机房内电气设备较多，安全稳定运行至关重要。高温天气下，如何确保运行中部分制冷系统出现故障后，机房内温度仍能达标，是需要着重考虑的地方。

（3）积极响应国家节能政策，采用节能空调制冷设备。新设备应能根据机房内的负荷变化自动调节供冷量，负荷低时能耗下降，运行费用降低。

（4）由于机房位置特殊，项目实施后，施工周期要尽可能短，房间吊顶等区域破坏要尽可能小。机房内部空间有限，尽可能少占用机房面积，机房吊顶管路密集，不适用大型管路安装施工。

（5）若采用VRV空调系统，系统冷媒管的等效长度宜不超过70m；室外机变频设备应与其他调频设备保持合理的距离，防止相互干扰；冷媒管的管径、管材和管道配件等应按产品技术要求选用。

2 机房空调系统设计分析

2.1 设计方案

机房空调系统必须依据国家相关标准规范进行设计，同时结合项目现场特点给予优化。目前，常见的改善室内温度措施有增装分体空调、风机盘管、中央空调、VRV空调等，本项目空调系统设计时，首先应该确定采用何种空调系统。本项目中由于分体空调室外机安装位置和管路长度限制，新增分体空调的室外机无合适位置安装，故不适合增装分体空调。机房内电气设施设备较多，房间特点决定风机盘管不适用，而中央空调初期投资较大，也不适用于本项目。故计划在机房内增装VRV空调室内机a、b，制冷管路分别与相邻房间A的2套VRV空调系统连接（见图1），通过增加制冷系统从而确保达到机房内温度适宜的目的。

图1 机房增装VRV空调室内机位置图

为了提高系统稳定性和安全性，改造完成后，机房将出现3套相互独立空调系统：原分体空调及2套独立的VRV空调系统。机房内冷负荷较低时可开启分体空调，负荷升高时再开启1台或者2台VRV空调室内机。3套空调系统之间可互为备用，互不影响。

2.2 室内机选择

VRV空调室内机的形式根据机房的功能、使用和管理要求来确定，为保证机房内空气气流合理，室内机选择四面出风型室内机并进行吊顶安装，型号为MMU-UP0241HYF-C。

室内机的容量需要根据机房内冷热负荷确定。由于机房内为电气设备，对运行温度上限有严格要求，故仅需要考虑机房的冷负荷，控制机房内温度上限。目前单位面积冷负荷约为150W/m，机房内分体空调制冷量7.2kW。考虑到夏季极端天气和近期机房内设施设备增容等需要，经过测算，需要确保单位面积制冷量不低于300W/m，总制冷量不低于13.5kW。选择室内机数量2台，制冷量均为7.1kW。

设计完成后，机房内3套空调系统（分体空调，VRV空调室内机a、VRV空调室内机b）制冷量分别为7.2kW、7.1kW、7.1kW，空调总制冷量为21.4kW，根据室内温度需要，负荷很低时，开启分体空调，负荷升高后，再开启1台VRV空调室内机，总制冷量＞13.5kW，满足机房预期冷负荷增量的需要。同时，有1台VRV空调室内机备用，满足安全、稳定运行的需要。

通过经验值校核如下：经查询国外部分建筑空调设计指标概算值，计算机房冷负荷为（190～380）W/m。本项目机房面积约45m，冷负荷估计8.55～17.1kW。原有的1台分体空调制冷量仅为7.2kW＜8.55kW，通过增加2台室内机后，当任意2套空调系统工作时，制冷量均大于14kW，满足概算值要求。

2.3 室外机选择

机房增装的室内机分别接入房间A的2套VRV空调系统，即使用房间A空调系统的室外机。房间A有2套独立的VRV空调系统，每个系统均有2台室外机，室外机型号均为MMY-MHP1204HT8-CF1，2套独立的VRV空调系统容量均为24 HP。房间A室外机布置在屋顶，高度约45米，屋顶较空旷，无其他调频设备相互干扰，室外机排风顺畅，散热性良好。

2.4 容量匹配

本项目选择的VRV室内机品牌和房间A的VRV空调系统室内机、室外机为同一品牌。经查询设备品牌系统容量限制：室内机连接数≤48台；当室内机之间高差≤15米时，室内机容量最大为室外机容量的135%；当室内机之间高差＞15米时，室内机容量最大为室外机容量的105%。

机房新增的2台室内机和房间A空调系统中所有室内机之间高差均小于15米，故室内机容量最大为室外机容量的135%。房间A现有的2套VRV空调系统各增加一台7.1kW室内机后，室内机占室外机容量的比值分别为：121.67%、125.83%，均小于135%。同时，2套系统室内机连接数均小于25台，室内机和室外机容量匹配满足要求。

2.5 制冷剂选择

R410a制冷剂具有稳定、无毒、性能优越等优点，是一种新型环保的制冷剂。本项目选择制冷剂为R410a。

2.6 管路选择

经过计算和校核，机房新增的2台室内机和房间A空调系统冷媒管的总等效长度＜70m，配管总长度＜135米，铜管液管口径为9.5mm，铜管气管口径为15.9mm，分歧管采用73T。铜管焊接中焊口也是最容易出问题的地方，也是后期运行中易出现制冷剂泄漏的地方，由有焊接作业资质的工作人员施焊，做到焊口均匀、规则、光滑、无虚焊、无脱焊等，按规范进行管路的压力和真空试验等。管道支架进行防腐处理，涂防锈漆和保护漆。

2.7 控制系统选择

由于机房附近有机房值班人员的办公室，同时机房内温度设定、运行模式和控制要求较为特殊，故本系统VRV空调室内机未与整个VRV空调集控系统连接，采用机房内单独控制的方式进行温度调节。

机房新增的2台VRV室内机独立控制并独立调节室内的温度，线控器型号选择为RBC-ASCU11-C，数量是2个。每台线控器均可以对室内温度、风量大小、运行模式等进行设置和显示，也能就地控制室内机启动和停止。

2.8 冷凝水排水管路选择

为了保证室内机冷凝水排水管排水顺畅，机房新增的2台VRV室内机冷凝管沿着水流方向有一定坡度（约1%），冷凝水管与现有分体空调冷凝水管连接，由地漏统一排出室外。

3 结语

根据本项目设计，机房内新增2台VRV空调室内机后，在暑期高温等极端天气下机房内温度适宜，改造完成后经过多次测温，机房内温度均能控制在22℃左右，3个制冷系统切换正常，达到机房空调系统预期改造效果。与传统空调系统相比，VRV空调系统有明显的优势，但随着科学技术的不断进步，VRV空调系统仍然需要不断优化。实际运行后，本项目所设计的空调系统在以下几个方面仍存在继续完善和改进的地方。

（1）管路检修不便。由于VRV空调系统管路复杂烦琐、运行工况多变，经常会发生各类故障，如四通阀故障、制冷剂泄漏、电子膨胀阀卡死和泄漏、冷凝器脏污等。针对本项目，由于室内机系统扩容，存在冷媒管路切割和重新焊接的情况，位置均在吊顶内，并且管路较长，一旦发生冷媒泄露，漏点查找难度较大。

（2）系统运行的节能策略。本项目VRV空调系统投入运行后，需要根据机房内实际温度情况调整控制策略，统筹房间内温度要求和空调系统开启台数，在保证机房内温度合适的前提下，降低空调制冷系统运行的能耗。

（3）冷凝水存在泄漏的风险。虽然VRV空调室内机冷凝管路设计存在一定的坡度，但是在实际运行中可能出现管路堵塞导致冷凝水泄漏的情况发生，工作人员应该在日常空调系统运维中加强巡视，一旦发现管路堵塞要及时清扫，并且将定期清扫作为设备维护的项目之一。

（4）机房内空气质量控制有待提高。由于位置限制，机房内无自然通风窗口和机械通风系统，机房内无新风。在机房内直接引入新风系统不但增加造价，而且风管等布置由于场地限制也受限。后期在机房内空气质量（包括颗粒物浓度、细菌数等）净化方面需要进一步研究，保证机房内空气质量安全、卫生。