變風量空調系統(tǒng)項目優(yōu)化設計案例

朱好仁，梁利霞，劉月琴

（杭州國電能源環(huán)境設計研究院，浙江杭州310030）

變風量空調系統(tǒng)項目優(yōu)化設計案例

朱好仁，梁利霞，劉月琴

（杭州國電能源環(huán)境設計研究院，浙江杭州310030）

以青山湖科技城創(chuàng)新服務中心項目為例，從回風方式、氣流組織、系統(tǒng)控制等方面進行分析研究，對變風量空調系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，取得了較好的應用效果。項目設計方案對于全空氣系統(tǒng)，特別是變風量空調系統(tǒng)設計具有一定的借鑒意義。

回風方式；氣流組織；系統(tǒng)控制；變風量空調

0 引言

變風量系統(tǒng)（Variable Air Volume System, VAV系統(tǒng)），是一種可根據室內負荷變化或室內要求參數(shù)的變化，自動調節(jié)空調系統(tǒng)送風量，從而使室內參數(shù)達到要求的全空氣空調系統(tǒng)。變風量空調系統(tǒng)因具有舒適、健康、節(jié)能及智能化運行等優(yōu)點，在新建的現(xiàn)代辦公大樓中，受到越來越多的青睞。然而由于系統(tǒng)送風量跟隨負荷變化而改變，因此該系統(tǒng)工程從方案設計、設備選擇、施工圖設計，直至施工和調試都具有不同于其他空調系統(tǒng)的特殊性和復雜性。本文以青山湖科技城創(chuàng)新服務中心項目為例，探討變風量空調系統(tǒng)設計過程中的優(yōu)化思路和方案。

1 項目概況及設計參數(shù)

青山湖科技城創(chuàng)新服務中心變風量空調系統(tǒng)項目地處臨安青山湖科技園大園路與崗陽街交叉口，項目屬于多層綜合類建筑，地下一層主要為機房和車庫，南樓3層、北樓5層均為辦公場所。具體空調設計指標及基本參數(shù)見表1、表2。

表1 主要空調設計指標

表2 設計基本參數(shù)

2 空調冷熱源

項目冷熱源為青山湖科技城集中供冷供熱能源站，地下室鄰近區(qū)域公共管廊側設置冷熱計量間及暖通機房，機房內設置熱交換站，利用板式水水熱交換器制備空調冷熱水；一次空調冷水供回水溫3/11℃，一次空調熱水供回水溫60/50℃；二次空調冷水供回水溫4/12℃，二次空調熱水供回水溫50/45℃。空調水系統(tǒng)采用變流量一次泵形式，一次泵與板換一一對應，并根據各管路末端壓差變化變頻控制，冬夏季泵共用?？照{水管采用雙管制，多回路，空調水系統(tǒng)水平及豎向以異程式為主。在各層分支管處配設靜態(tài)平衡閥。

3 項目空調系統(tǒng)

項目包括多種型式空調系統(tǒng)，如：常溫送風系統(tǒng)，主要用于展廳和會議場所；低溫送風系統(tǒng)，主要用于辦公區(qū)，由于房間進深有限，不考慮內外分區(qū)，選用單風道變風量末端，氣流組織為上送上回，所有變風量末端均為壓力無關型，系統(tǒng)采用變靜壓控制方式；風機盤管系統(tǒng)，主要用于走廊和衛(wèi)生間區(qū)域。系統(tǒng)包括11臺空調機組、133套VAV變風量末端裝置和83個風機盤管。

4 優(yōu)化設計

4.1 回風系統(tǒng)優(yōu)化設計

由于該項目吊頂空間有限，不利于設置回風管，因此原設計采用吊頂回風，經核算，吊頂內管線繁多，布置緊密，局部地區(qū)回風風速大于15m/h，因此噪音很大，同時考慮使用吊頂回風還存在諸多弊端：由于吊頂上面的灰塵相對比房間灰塵比較大,則容易造成回風濾網的臟堵,清洗和更換濾網頻率增大。同時由于空調處理設備還需要處理吊頂上面的空氣,有浪費能量的缺點。綜合以上因素，最終考慮采用走廊回風，由于該建筑主要功能為辦公室，同時走廊為內走廊，因此其走廊空氣清潔度更好，同時，走廊回風有利于保證建筑高度，降低走廊區(qū)域環(huán)境溫度，提高人員的舒適性。

4.2 氣流組織優(yōu)化設計

項目辦公區(qū)域基本采用了變風量低溫送風，但是由于房間進深較小，基本為5-6m，因此原設計沒有進行內外分區(qū)。從技術經濟性角度考慮全部采用單風道型VAV BOX，同時配置兩個頂送風口。

圖1 走廊回風節(jié)點圖

圖2 模擬房間平面圖

優(yōu)化方案的思路，根據室內氣流組織設計原理[2]，從風口設置的角度改善氣流組織。具體方案為，在保證風口整體美觀和諧的前提下，把原來的靠近南北外墻的頂送風口，進行調整為沿窗下送風口，通過下送風口的垂直射流加強冬季熱氣流的下沉，改善低溫送風氣流組織效果，最終保證供熱效果。

為了保證實際效果，本項目選取了典型房間進行數(shù)值模擬，該房間所在樓層為二層，大小為6m×3.8m。夏、冬季的模擬工況設定如下：

夏季室外設計溫度35.6℃，夏季室內設計溫度26℃，夏季送風溫度9℃，送風量425m3/h。

冬季室外設計溫度-2.4℃，冬季室內設計溫度20℃，冬季送風溫度36℃，送風量440m3/h。

兩種方案下的三維模型圖如圖3、圖4所示，圖中房間的長、寬、高分別被定義為坐標軸的Y軸、X軸和Z軸。

根據以上條件對房間氣流組織進行模擬，典型截面的速度場和溫度場結果如圖5-圖10所示。

圖3 原設計頂送風（方案一）

圖4 沿窗下送風優(yōu)化設計（方案二）

圖5 方案一供冷工況Z=-1.3m平面速度場等值線圖

圖6 方案二供冷工況Z=-1.3m平面速度場等值線圖

圖7 方案一供熱工況Z=-1.3m平面速度場等值線圖

圖8 方案二供熱工況Z=-1.3m平面速度場等值線圖

由以上各圖可知，在供冷與供熱工況下，兩種方案在設定風量下射程均較小，空氣流速隨著射程增加衰減比較明顯，在房間高度為1.3m水平面上，各點處風速最大不超過0.1m/s。

圖9 方案一供熱工況X=1.9m平面溫度場等值線圖

圖10 方案二供熱工況X=1.9m平面溫度場等值線圖

供熱工況下，兩種風口布置方案下房間內垂直方向上均存在著較大的溫度梯度，在水平方向上沿外墻向房間內部也存在著一定的溫度梯度，但是方案二在靠近外墻的區(qū)域垂直方向上其溫度梯度明顯小于方案一，同時該區(qū)域溫度也更接近房間平均溫度。

結合模擬結果可以看出，兩種方案下人體取坐姿時（高度約為1.2m）均不會產生吹風感，采用下送風口可明顯減小房間外墻對室內溫度的影響，因此方案二更利于優(yōu)化室內的氣流組織。

4.3 強弱電一體化設計

變風量空調機組啟停與控制采用強弱電一體化設計，變風量空調智慧控制柜內置變頻器、智慧控制器、智能電表（選配）、空氣斷路器、接觸器等主要設備，實現(xiàn)對變風量空調機組的供電及全面控制。該控制柜具有以下控制功能：

（1）實現(xiàn)風機的啟停和變頻控制；

（2）實現(xiàn)對電動水閥、電動風閥等執(zhí)行器以及溫度、濕度、靜壓、CO2、PM2.5、VOC等傳感器的監(jiān)視與控制；因此需要在合適位置加裝CO2、PM2.5、VOC傳感器。

（3）配置彩色觸摸屏，與RC08控制器連接，實現(xiàn)就地的參數(shù)設定與監(jiān)視；

（4）控制器內置變風量控制程序，可實現(xiàn)定靜壓、變靜壓、可變靜壓、總風量等不同控制策略，調試和操作人員可根據項目特點進行程序自由配置；

（5）采用模糊控制和PID結合的控制方法，控制精度高，適應性、穩(wěn)定性好；

（6）內置電表，自動記錄風機耗電量參數(shù)W；同時采集空調機組熱量表參數(shù)Q，可提供空調機組能效指標W/Q，區(qū)分冷熱工況分別計算，并將夏季冷量、冬季熱量、夏季能效指標、冬季能效指標等相關數(shù)據傳輸至上位機；

（7）能夠采集并實時顯示熱量表流量、累計熱量、空調機組供回水溫度等，并上傳到上位機；

（8）控制柜具有自動加班申請功能，即通過觸摸屏進行加班申請設置，設置參數(shù)為加班時間長度，以小時為單位，按照下班時刻為開始時刻，順延計算加班截至時刻，加班設置值次日自動清零，信息可傳至上位機并與冷熱源機房進行通訊。

5 系統(tǒng)運行情況

項目自2014年10月份投入運行以來，運行良好，實際運行各項技術參數(shù)均達到設計指標?？刂葡到y(tǒng)控制精度高，適應性、穩(wěn)定性好；上位機智能化程度高，方便操作更加人性化；計量系統(tǒng)全面，完善。

5.1 換熱站運行情況

換熱站按照時間表模式控制設備啟停，實現(xiàn)了水泵變頻節(jié)能運行。同時通過末端壓差控制方法，控制板換二次側供水溫度滿足設計要求。

5.2 空氣處理機組運行情況

通過調節(jié)表冷盤管電動水閥的開度，可以快速穩(wěn)定的控制空氣處理機組的送風溫度在設定值的± 1℃范圍內。通過新風閥開度控制CO2的濃度，當室內回風CO2濃度大于設定值時開大新風閥的開度，關小回風閥開度。同時，上位機智能化程度高，方便管理，具有自動申請加班功能，更加人性化。設置參數(shù)為加班時間長度，以小時為單位，按照下班時刻為開始時刻，順延計算加班截至時刻，加班設置值次日自動清零。

5.3 變風量末端系統(tǒng)運行情況

對典型層冬季送風效果進行考察，測試表明其房間溫度基本維持在18-20℃之間，滿足設計要求?？諝馓幚頇C組的設計水流量為13m3/h,實測流量為12m3/h，其偏差滿足小于10%的設計要求。環(huán)境潔凈度較高，滿足PM2.5控制要求?？刂葡到y(tǒng)控制精度高，適應性、穩(wěn)定性好。

圖11 換熱站運行情況

圖12 空氣處理機組運行情況

圖13 變風量末端系統(tǒng)運行情況

6 結語

變風量空調系統(tǒng)與常規(guī)全空氣系統(tǒng)相比具有較大的區(qū)別，因此在設計過程中，必需充分重視其工藝的特殊性，并把暖通和控制進行有機的結合，才能實現(xiàn)預期的效果。

根據青山湖科技城創(chuàng)新服務中心變風量空調系統(tǒng)項目的實際情況，從節(jié)能、高效、智能化的角度出發(fā)，對系統(tǒng)的回風組織方式、室內送風口布置方案以及系統(tǒng)強弱電控制方式等進行了優(yōu)化設計。系統(tǒng)運行效果良好，對變風量空調系統(tǒng)的設計具有一定的借鑒意義。

[1] GB50736-2012，民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范[S].2012.

[2] 李先庭，趙彬.室內空氣流動數(shù)值模擬[M].北京：機械工業(yè)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，學士，高級工程師，研究方向：暖通空調自動化與計量儀表。

2016-10-31