西北地區(qū)某辦公樓中央空調(diào)設(shè)計(jì)

楊 陽(yáng),強(qiáng)天偉

(西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,西安710048)

0 引 言

建筑工程是生產(chǎn)、生活重要的環(huán)境條件,隨著人們對(duì)建筑物舒適度及能耗的要求,空調(diào)工程及采暖能夠滿足對(duì)舒適的要求,同時(shí),作為建筑物中能耗較大的一部分,必須從它入手,抓住耗能的源頭,從建筑暖通設(shè)計(jì)入手,達(dá)到節(jié)能減排的目的。

1 建筑概況

本工程位于陜西省延安市志丹縣,所在區(qū)域?yàn)橄臒岫涞貐^(qū),夏季需要供冷,冬季需要供暖。建筑物建筑面積6679m2,建筑高度23.5m,共6層,地下1層,地上5層。地下一層為車庫(kù),地上部分主要為辦公場(chǎng)地。

2 空調(diào)設(shè)計(jì)

2.1 建筑物指標(biāo)

本建筑物按《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2005)進(jìn)行設(shè)計(jì)。體形系數(shù):0.169;外窗傳熱系數(shù):2.6W/m2℃;外墻傳熱系數(shù):0.6W/m2℃;屋頂傳熱系數(shù):0.4068W/m2℃[1]。

2.2 空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)夏季空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù):

辦公室、會(huì)議室、接待室等:溫度:25～27℃,濕度:＜65%,新風(fēng)量:30m3/h

衛(wèi)生間、門廳:溫度:26～28℃。

(2)夏季空氣調(diào)節(jié)室外設(shè)計(jì)參數(shù):

干球溫度:32.5℃,濕球溫度:22.8℃,大氣壓力:89893Pa,平均風(fēng)速:1.6m/s

經(jīng)計(jì)算,本建筑夏季總冷負(fù)荷:475kW;冷負(fù)荷指標(biāo):71W/m2[2]。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)采用多聯(lián)機(jī)中央空調(diào)系統(tǒng)

多聯(lián)機(jī)中央空調(diào)系統(tǒng),又稱為變制冷劑流量(Variable Refrigerant Volume)的直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng),簡(jiǎn)稱VRV系統(tǒng)。即控制冷媒流通量并通過冷媒的直接蒸發(fā)或直接凝縮來實(shí)現(xiàn)制冷或制熱的空調(diào)系統(tǒng)。VRV系統(tǒng)由室外機(jī)、室內(nèi)機(jī)和冷媒配管三部分組成。

多聯(lián)機(jī)中央空調(diào)的優(yōu)點(diǎn):

(1)用冷媒直接蒸發(fā)式對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行冷卻,效率高、耗能低。在制冷時(shí)間響應(yīng)上比其它中央空調(diào)二次交換的方式更迅速。而且避免了冷凍水的跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象。

(2)不同于其它中央空調(diào),多聯(lián)機(jī)中央空調(diào)系統(tǒng)不需要另設(shè)空調(diào)機(jī)房,室外機(jī)可放置于屋頂或地面,節(jié)省了大量有限的建筑面積。同時(shí)省掉了冷卻塔、循環(huán)水泵、軟化水等繁瑣的附屬設(shè)備。設(shè)備的初投資費(fèi)用降低,安裝及管理維修方便。

(3)具有很高的設(shè)計(jì)自由度,室內(nèi)、外機(jī)的配管長(zhǎng)度可達(dá)150m,室外機(jī)布置靈活。

(4)多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)真正做到每個(gè)房間實(shí)行獨(dú)立控制,便于管理;不同于水系統(tǒng)中央空調(diào),只要有一個(gè)房間使用空調(diào),其冷水系統(tǒng)都要投入使用,無法達(dá)到節(jié)約能源的目地。

(5)多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)采取有線控制或集中控制,當(dāng)系統(tǒng)中有一臺(tái)室內(nèi)機(jī)發(fā)生故障,其故障信息會(huì)直接顯示在控制面板上,這樣對(duì)排除故障帶來方便。

(6)多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)是一種無水的中央空調(diào)系統(tǒng),不存在冬季水管路防凍問題,節(jié)省了冬季循環(huán)水泵的工作能耗。

(7)多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)可以根據(jù)室內(nèi)機(jī)能力需求實(shí)現(xiàn)從10%100%進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié),自由的開啟和停止,室外機(jī)組能夠根據(jù)室內(nèi)機(jī)組負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)整輸出負(fù)荷,使得整個(gè)系統(tǒng)消耗的能量最低,比一般中央空調(diào)節(jié)能15%～25%。

(8)多聯(lián)機(jī)中央空調(diào)系統(tǒng)有多種款式,裝修安裝方便美觀[3]。總的來說,選擇多聯(lián)機(jī)中央空調(diào)系統(tǒng)帶給我們的好處有:無需冷卻塔、水泵等輔助設(shè)施,占用空間少,投資少;可隨意的部分負(fù)荷啟動(dòng)運(yùn)行,控制靈活方便;節(jié)約能源、運(yùn)行費(fèi)用低等[4]。

雖然多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)較多,但結(jié)合節(jié)能的理念,在設(shè)計(jì)過程中仍要注意以下幾個(gè)方面:

(1)避免室內(nèi)外機(jī)組之間連接管過長(zhǎng),上下高差過大。由于管路過長(zhǎng),阻力損失大大增加,也將造成制冷壓縮機(jī)能耗大為增加;對(duì)多聯(lián)機(jī)中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行性能影響巨大。

(2)避免多聯(lián)機(jī)容量過大,由于機(jī)組容量增加,系統(tǒng)各部件實(shí)現(xiàn)優(yōu)化匹配有難度,導(dǎo)致能耗增加[5]。室外機(jī)的容量應(yīng)根據(jù)多聯(lián)機(jī)所服務(wù)的功能區(qū)所有室內(nèi)機(jī)逐時(shí)負(fù)荷的最大值來選擇,而不是室內(nèi)機(jī)總?cè)萘恐汀Ｈ绻彝鈾C(jī)容量選擇過大,多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)將長(zhǎng)時(shí)間處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),導(dǎo)致系統(tǒng)能效比大大降低。(3)避免多聯(lián)機(jī)應(yīng)用于負(fù)荷分散的建筑物和功能區(qū)[6]。

2.4 空調(diào)設(shè)備

一至五層各類辦公室、會(huì)議室等均采用多聯(lián)機(jī)室內(nèi)出風(fēng)嵌入式室內(nèi)機(jī),共165臺(tái);每層有兩臺(tái)新風(fēng)機(jī)組,共10臺(tái);五樓的大會(huì)議室和指揮中心及衛(wèi)生間裝吸頂式換氣扇,共26臺(tái);多聯(lián)機(jī)室外機(jī)置于屋面,共8臺(tái),一層、二層大廳入口均設(shè)有貫流式空氣幕,共17臺(tái)。

辦公室均采用多聯(lián)機(jī)中央空調(diào)加新風(fēng)的方式,新風(fēng)冷源采用多聯(lián)機(jī)室外機(jī)提供,同時(shí),為了減小新風(fēng)管道占用吊頂內(nèi)的高度,每個(gè)新風(fēng)系統(tǒng)不宜風(fēng)量太大,故每層設(shè)置2臺(tái)新風(fēng)機(jī),采用矩形風(fēng)管低速送風(fēng),通過走廊吊頂內(nèi)的新風(fēng)管道送到各個(gè)房間,送風(fēng)采用雙層百葉送風(fēng)口,風(fēng)口均勻布置。新風(fēng)機(jī)進(jìn)出口均設(shè)置150mm的耐火軟管。辦公室內(nèi)多聯(lián)機(jī)室內(nèi)機(jī)也均勻布置,采用四面出風(fēng)嵌入式室內(nèi)機(jī),組織送風(fēng)均勻,以保證工作人員對(duì)空調(diào)熱舒適性的要求。小型辦公室采用自然通風(fēng),較大空間如:會(huì)議室、指揮中心采用吸頂式換氣扇通風(fēng)[7]。大廳入口設(shè)有空氣幕,空氣幕的隔斷性能防止室內(nèi)外空氣對(duì)流,起到防塵,防污染的作用。

2.5 冷媒系統(tǒng)

多聯(lián)機(jī)中央空調(diào)共分六套系統(tǒng) (K-1～5,KX-1),地上各層為獨(dú)立系統(tǒng),用K-1～5標(biāo)示;KX-1為新風(fēng)機(jī)專用系統(tǒng),不與其他室內(nèi)機(jī)共用室外機(jī)。冷媒管道要注意保溫,以達(dá)到冷量損失小、節(jié)約能源的目的。采用變流量系統(tǒng),通過室內(nèi)、外機(jī)處的電子膨脹閥調(diào)節(jié),改變送入末端 (室內(nèi)機(jī))的冷媒流量和狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)不同的末端輸出。VRV空調(diào)系統(tǒng)具有明顯的節(jié)能、舒適效果,該系統(tǒng)依據(jù)室內(nèi)負(fù)荷,在不同轉(zhuǎn)速下連續(xù)運(yùn)行,減少了因壓縮機(jī)頻繁啟停造成的能量損失;采用壓縮機(jī)低頻啟動(dòng),降低了啟動(dòng)電流,電氣設(shè)備將大大節(jié)能,同時(shí)避免了對(duì)其它用電設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊;具有能調(diào)節(jié)容量的特性,改善了室內(nèi)的舒適性。

空調(diào)冷凝水管道用UPVC管材,采用鉑鋁橡膠復(fù)合保溫板,厚度為9mm,管道在吊頂內(nèi)敷設(shè),由各多聯(lián)機(jī)和新風(fēng)機(jī)組集水盤收集排至各層衛(wèi)生間,同時(shí),確保0.003的坡度,坡向排放處,以免形成管內(nèi)氣阻,排水不暢。

2.6 多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的控制

多聯(lián)機(jī)中央空調(diào)系統(tǒng),采用集散控制方法,主要由控制系統(tǒng)采集室內(nèi)舒適性參數(shù)、室外環(huán)境參數(shù)和表征制冷系統(tǒng)運(yùn)行狀況的狀態(tài)參數(shù),根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化準(zhǔn)則和人體舒適性準(zhǔn)則,通過變頻調(diào)速及設(shè)置電子膨脹閥等手段控制壓縮機(jī)的制冷劑循環(huán)量和進(jìn)入室內(nèi)換熱器的制冷劑流量;并控制室內(nèi)、外換熱器的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)換熱器的能力;避免室內(nèi)溫度過冷、過熱,保證室內(nèi)環(huán)境的舒適性,并使空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定工作在最佳工作狀態(tài)[8]。另外每臺(tái)機(jī)組設(shè)有遙控器,更能夠有效控制室內(nèi)溫度,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的個(gè)性化調(diào)節(jié),增加舒適效果,且提高人們節(jié)能的意識(shí)。另外,該建筑為辦公樓,有統(tǒng)一的物業(yè)管理,每臺(tái)多聯(lián)機(jī)組上設(shè)有故障報(bào)警系統(tǒng),當(dāng)系統(tǒng)中某一臺(tái)室內(nèi)機(jī)出現(xiàn)故障,其故障信息會(huì)直接顯示在控制面板上,為排除故障帶來方便。

由于新風(fēng)機(jī)組使用多聯(lián)機(jī)室外機(jī)做冷源,因此,新風(fēng)機(jī)除對(duì)送風(fēng)溫度,室內(nèi)、外溫度及二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)外,應(yīng)用與控制多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)類似的方法控制其新風(fēng)送風(fēng)溫度。

3 采暖系統(tǒng)

多聯(lián)機(jī)穩(wěn)定工作對(duì)室外環(huán)境的要求:制冷室外溫度:-5～48℃,制熱室外溫度:-20～27℃,比其它中央空調(diào)運(yùn)行范圍廣。但是,延安地區(qū)冬季室外溫度較低 (-10.1℃),低溫會(huì)使空調(diào)制熱效率降低,因此本次設(shè)計(jì)冬季采暖系統(tǒng)不予選擇多聯(lián)機(jī)中央空調(diào)設(shè)計(jì),而采用普通散熱器采暖。

3.1 采暖設(shè)計(jì)參數(shù)

冬季采暖室外設(shè)計(jì)溫度:-10.1℃。

冬季采暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度:辦公室、會(huì)議室、接待室等:18～20℃;

衛(wèi)生間、樓梯間、門廳等:14～16℃[2]。

采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷根據(jù)房間得、失熱量的平衡進(jìn)行計(jì)算,即房間設(shè)計(jì)熱負(fù)荷=房間耗熱量總和-房間得熱量總和[9]

經(jīng)計(jì)算,本建筑設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為:213kW;熱負(fù)荷指標(biāo):32W/m2。

3.2 采暖系統(tǒng)

采暖系統(tǒng)集中供暖,熱媒為熱水,供水溫度為80℃,回水溫度為60℃,由戶外熱力管網(wǎng)引入,供室內(nèi)散熱器使用 (如圖1)。采用雙管下供下回式系統(tǒng),緩和了垂直失調(diào)現(xiàn)象,且室內(nèi)無供水干管,房間美觀且方便二次裝修。散熱器選擇銅鋁復(fù)合散熱器,散熱效果好,不僅有銅耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn),而且質(zhì)量輕[10]。

在運(yùn)行時(shí),隨著室外氣象條件的變化,建筑物熱負(fù)荷也會(huì)隨之變化,對(duì)熱量的供應(yīng)就應(yīng)隨之改變。該系統(tǒng)直接由戶外管網(wǎng)供應(yīng)熱水,無法改變熱水溫度。但可以選擇分階段改變流量的方法。所謂分階段改變流量法,是指在采暖期的不同階段,采用不同的流量進(jìn)行的集中調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)方法的操作較為簡(jiǎn)單,只是在過渡季節(jié)由人工手動(dòng)關(guān)小水閥,減少熱水流量,以達(dá)到節(jié)約能量的目的。另外,每組散熱器設(shè)有恒溫控制閥,更能夠有效控制室內(nèi)溫度,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)采暖的個(gè)性化調(diào)節(jié),增加舒適效果,且提高人們采暖節(jié)能的意識(shí)。

圖1 采暖系統(tǒng)圖Figure1 Figure of Heating System

4 通風(fēng)系統(tǒng)

地下一層為車庫(kù),共有兩個(gè)系統(tǒng),送風(fēng)系統(tǒng)和排風(fēng)兼排煙系統(tǒng) (如圖2)。送風(fēng)系統(tǒng)送入新鮮空氣,以便有害物含量稀釋到國(guó)家規(guī)定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。排風(fēng)兼排煙系統(tǒng)是用同一臺(tái)風(fēng)機(jī)和同一管道系統(tǒng),平時(shí)作排風(fēng)用,火災(zāi)時(shí)作排煙用。系統(tǒng)均應(yīng)用管道式送、排風(fēng)機(jī),且要注意防火閥的安裝。

圖2 地下車庫(kù)通風(fēng)系統(tǒng)平面圖Figure2 Underground garage ventilation system plan

配電間、電梯機(jī)房設(shè)壁式排風(fēng)機(jī)。

5 結(jié)束語(yǔ)

辦公樓作為較為常見的建筑類型,根據(jù)其建筑特點(diǎn)和使用特點(diǎn)選擇系統(tǒng)形式:夏季使用多聯(lián)機(jī)中央空調(diào)系統(tǒng),冬季選擇散熱器供暖的形式。建筑節(jié)能已成為 “十二五”期間節(jié)能減排的重要一環(huán)。胡錦濤總書記在多次講話中提到我們要注重加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保。住建部對(duì)建筑節(jié)能工作的新部署主要為:改善城鎮(zhèn)及農(nóng)村的建筑,全面推進(jìn)綠色建筑的發(fā)展,推廣使用新能源技術(shù)。

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