兼顧空氣品質(zhì)及靈活使用的辦公空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

崔大梁,楊寶軍,王 震

(1.浙江綠城建筑設(shè)計有限公司,浙江 杭州 310007;2.湖州市新灣公司，浙江 湖州 313000)

目前,國內(nèi)不少地區(qū)秋冬季霧霾天數(shù)明顯增加,對人們的健康造成一定影響。高品質(zhì)寫字樓人員集中,工作強度較大,去除霧霾,提高室內(nèi)空氣品質(zhì)顯得尤為重要。此外,浙江地區(qū)的寫字樓晚上及節(jié)假日加班較多,提高寫字樓空調(diào)系統(tǒng)使用靈活性也成了衡量寫字樓品質(zhì)高低的一項重要指標(biāo)。

1 設(shè)計背景

霧霾天氣對人體健康危害很大,去除PM2.5及病菌最好的辦法是采用全空氣變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng),簡稱VAV空調(diào)系統(tǒng)[1]。室內(nèi)回風(fēng)及室外新風(fēng)在空氣處理機組內(nèi)經(jīng)初效、中效過濾器除塵,利用水-空氣熱交換器冷熱處理后,通過風(fēng)管、VAV-box送到室內(nèi)。室內(nèi)空氣經(jīng)過了不斷地循環(huán)凈化處理,即使室外空氣的PM2.5值較高,室內(nèi)空氣品質(zhì)仍可達到優(yōu)良水平。

然而,常規(guī)的VAV空調(diào)系統(tǒng)有明顯不足之處,即靈活性較差。當(dāng)晚上或節(jié)假日加班時,集中中央空調(diào)系統(tǒng)需開啟大型冷熱源機組及加班層的全空氣空調(diào)處理機組,即使采用變頻技術(shù),總體能耗仍會很高。這不符合寫字樓空調(diào)系統(tǒng)靈活使用及節(jié)能要求。

變制冷媒流量一拖多中央空調(diào)系統(tǒng),簡稱VRF空調(diào)系統(tǒng),空調(diào)系統(tǒng)較小,可按功能區(qū)域設(shè)計該空調(diào)系統(tǒng)。當(dāng)僅局部區(qū)域投入使用時,可開啟對應(yīng)區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)外機,空調(diào)的使用靈活性很高,并且該空調(diào)系統(tǒng)在部分負荷使用時能耗很低,非常適合晚上或節(jié)假日加班較多的場所。但VRF空調(diào)系統(tǒng)由于空調(diào)室內(nèi)機空氣處理能力有限,不能較好地去除霧霾等顆粒物及病菌,僅能滿足最常規(guī)的冷暖要求。

筆者通過具體項目案例,重點介紹在高檔寫字樓內(nèi)如何把常規(guī)的VAV空調(diào)系統(tǒng)與VRF空調(diào)系統(tǒng)有效結(jié)合,既能利用VAV空調(diào)系統(tǒng)有效提高室內(nèi)空氣品質(zhì)的優(yōu)點,又能利用VRF空調(diào)系統(tǒng)使用靈活的優(yōu)點。既能實現(xiàn)寫字樓室內(nèi)空氣高品質(zhì),又能實現(xiàn)部分時段加班時節(jié)省運行能耗的目的。

某高檔寫字樓項目位于杭州上城區(qū)濱江四號C2地塊,婺江路與之江路交叉口北側(cè),距地鐵一號線近江站直線距離約300 m,基地位置優(yōu)越,環(huán)境優(yōu)美。項目為一棟13層總部辦公大樓及其附屬配套用房,建筑高度62 m,總建筑面積55 096 m2,地上建筑面積31 822 m2。

2 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 空調(diào)冷熱源系統(tǒng)

經(jīng)計算,該項目夏季外區(qū)總冷負荷為850 kW,外區(qū)新風(fēng)冷負荷250 kW,內(nèi)區(qū)總冷負荷2 050 kW,冬季空調(diào)總熱負荷2 047 kW。

根據(jù)計算的空調(diào)負荷,分內(nèi)外區(qū)設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)：內(nèi)區(qū)采用2臺螺桿式冷水機組用于常年供冷,單臺額定制冷量1 160 kW(330RT),冷水供回水溫度7/12℃,同時設(shè)有3臺變頻冷凍水泵,水泵對應(yīng)主機采用并聯(lián)形式,兩用一備。外區(qū)采用VRF空調(diào)系統(tǒng),用于夏季供冷、冬季供熱,VRF空調(diào)室外機設(shè)于每層設(shè)備平臺。項目采用2臺700 kW天然氣型真空熱水鍋爐,承擔(dān)冬季空調(diào)新風(fēng)熱負荷,同時可作為室內(nèi)熱負荷備用熱源。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)層辦公區(qū)空調(diào)系統(tǒng)

選擇典型層(6層)作為空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計示例：6層建筑面積2 812 m2,空調(diào)系統(tǒng)按內(nèi)外分區(qū)設(shè)置,距外圍護結(jié)構(gòu)3.5 m以內(nèi)為外區(qū),并將外區(qū)按東南西北四角分6個區(qū)域,外區(qū)空調(diào)面積共664 m2,內(nèi)區(qū)空調(diào)面積共1 778 m2。

2.2.1 辦公內(nèi)區(qū)空調(diào)系統(tǒng)

典型層辦公內(nèi)區(qū)采用單風(fēng)道型VAV空調(diào)系統(tǒng),內(nèi)區(qū)設(shè)兩臺全空氣處理機組(KT-6F-1、2),末端設(shè)置VAV-box,每臺空氣處理機組新風(fēng)設(shè)有兩路接口：一路為平時新風(fēng),由每層獨立設(shè)置的帶有冷熱盤管的新風(fēng)機組(X-6F-1、2)提供,新風(fēng)接入空調(diào)機組混合段,新風(fēng)管設(shè)有電動雙位閥；另一路為過渡季新風(fēng),支管直接接至室外百葉,供過渡季全新風(fēng)運行使用,支管上設(shè)置電動調(diào)節(jié)閥,區(qū)域溫度由VAV-box控制?？照{(diào)機組及新風(fēng)機組均設(shè)于兩端的專用空調(diào)機房內(nèi),空調(diào)系統(tǒng)平面布置見圖1。

由于VAV空調(diào)機組主要承擔(dān)內(nèi)區(qū)冷負荷(僅設(shè)有制冷水環(huán)路),系統(tǒng)中平時用新風(fēng)機組主要承擔(dān)夏季與冬季新風(fēng)負荷,尤其冬季,當(dāng)冬季新風(fēng)熱負荷大于內(nèi)區(qū)冷負荷時,可避免出現(xiàn)內(nèi)區(qū)溫度偏低情況?？照{(diào)季節(jié),根據(jù)室內(nèi)CO2濃度聯(lián)動控制新風(fēng)機組變頻器,調(diào)節(jié)室內(nèi)新風(fēng)量,節(jié)能運行；過渡季節(jié),根據(jù)室外新風(fēng)焓值與室內(nèi)焓值的比較,可切換至全新風(fēng)支管系統(tǒng),通過運行全新風(fēng)或部分新風(fēng)來承擔(dān)室內(nèi)內(nèi)區(qū)冷負荷。內(nèi)區(qū)空調(diào)系統(tǒng)原理見圖2。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層辦公區(qū)空調(diào)系統(tǒng)平面圖

圖2 內(nèi)區(qū)空調(diào)系統(tǒng)原理示意圖

2.2.2 辦公外區(qū)空調(diào)系統(tǒng)

為提高辦公空調(diào)系統(tǒng)使用靈活性,滿足部分時段加班時節(jié)省運行能耗的目的。辦公外區(qū)采用VRF變制冷媒流量空調(diào)系統(tǒng),用于夏季供冷、冬季供熱以及加班時段的空調(diào)應(yīng)用。該項目每層按外區(qū)分區(qū)分別設(shè)置VRF空調(diào)系統(tǒng)(VRF-6F-1～5),空調(diào)室外機設(shè)于每層設(shè)備平臺。外區(qū)新風(fēng)獨立設(shè)置,每層設(shè)兩臺新風(fēng)機組(X-6F-3、4),機組設(shè)于每層的空調(diào)機房內(nèi)。工作時段,內(nèi)外區(qū)空調(diào)機組均需運行；加班時段,運行外區(qū)VRF空調(diào)系統(tǒng),達到節(jié)能運行的目的。為避免過渡季節(jié)新風(fēng)與VRF系統(tǒng)能耗出現(xiàn)混合損失,過渡季需將外區(qū)新風(fēng)冷熱盤管全關(guān),新風(fēng)負荷由室內(nèi)機承擔(dān)。VRF空調(diào)系統(tǒng)平面布置見圖1,外區(qū)空調(diào)系統(tǒng)原理見圖3。

圖3 外區(qū)空調(diào)系統(tǒng)原理示意圖

2.3 辦公空調(diào)水系統(tǒng)

辦公主樓空調(diào)冷(熱)水系統(tǒng)根據(jù)功能分兩個環(huán)路,辦公內(nèi)區(qū)VAV用組合式空調(diào)機組為第一獨立環(huán)路,常年供冷；辦公新風(fēng)機組及公共區(qū)域空調(diào)機組作為第二獨立環(huán)路,夏季供冷、冬季供熱。

3 標(biāo)準(zhǔn)層辦公區(qū)空調(diào)系統(tǒng)全季節(jié)運行模式

辦公樓周一至周五工作日的每天上午8∶00至下午18∶00為常規(guī)工作時段,除常規(guī)工作時段外,均為加班時段。筆者結(jié)合該項目案例,詳細闡述標(biāo)準(zhǔn)層辦公區(qū)各時段空調(diào)系統(tǒng)全季節(jié)運行模式。

3.1 常規(guī)工作時段空調(diào)系統(tǒng)運行模式

3.1.1 夏季工況

內(nèi)區(qū)VAV空調(diào)機組、外區(qū)VRF空調(diào)機組以及內(nèi)外區(qū)新風(fēng)機組均在制冷模式下運行。

內(nèi)區(qū)VAV空調(diào)機組(KT-6F-1、2)系統(tǒng)風(fēng)量采用變靜壓法控制[2],并根據(jù)送風(fēng)溫度比例積分調(diào)節(jié)冷凍水電動調(diào)節(jié)閥。內(nèi)區(qū)新風(fēng)機組(X-6F-1、2)根據(jù)室內(nèi)CO2濃度聯(lián)動控制其變頻器,調(diào)節(jié)室內(nèi)新風(fēng)量,節(jié)能運行。新風(fēng)機組與空調(diào)機組聯(lián)動控制。

外區(qū)各VRF空調(diào)系統(tǒng)運行時,室內(nèi)機根據(jù)溫度傳感器監(jiān)測到的室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)電子膨脹閥的開度,室外機根據(jù)室內(nèi)機的實際工況自動運行節(jié)能控制及啟?？刂颇K。并采用集中控制管理系統(tǒng),可在控制室對末端各組VRF空調(diào)系統(tǒng)進行監(jiān)控管理。外區(qū)新風(fēng)機組(X-6F-3、4)在常規(guī)工作時段內(nèi)定頻運行,送風(fēng)溫度控制冷熱水管電動調(diào)節(jié)閥。

3.1.2 冬季工況

內(nèi)區(qū)VAV空調(diào)機組在冬季切換至可變新風(fēng)量模式下運行,冷凍水閥關(guān)閉,通過室外新風(fēng)承擔(dān)室內(nèi)冷負荷,最大可能地利用自然冷源,節(jié)能運行。內(nèi)區(qū)新風(fēng)機組只有在冬季新風(fēng)熱負荷大于內(nèi)區(qū)冷負荷時,為避免出現(xiàn)內(nèi)區(qū)溫度偏低情況,開啟新風(fēng)機組制熱模式運行,提升新風(fēng)溫度。具體見圖2。

外區(qū)VRF空調(diào)機組及外區(qū)新風(fēng)機組均在制熱模式下運行。外區(qū)各VRF空調(diào)系統(tǒng)及外區(qū)新風(fēng)機組運行控制模式同夏季工況。

3.1.3 過渡季工況

在過渡季,通過室內(nèi)外溫度及焓值對比,當(dāng)室外焓值小于室內(nèi)焓值時,內(nèi)區(qū)VAV空調(diào)機組可切換至可變新風(fēng)量模式下運行[3],通過送風(fēng)溫度比例積分調(diào)節(jié)冷凍水電動調(diào)節(jié)閥,當(dāng)室外溫度低于夏季設(shè)定送風(fēng)溫度值時,冷凍水閥可關(guān)閉。最大可能地利用室外新風(fēng)承擔(dān)室內(nèi)內(nèi)區(qū)冷負荷,充分利用自然冷源,節(jié)能運行。內(nèi)區(qū)新風(fēng)機組只有在過渡季新風(fēng)熱負荷大于內(nèi)區(qū)冷負荷時,為避免出現(xiàn)內(nèi)區(qū)溫度偏低情況,切換至可變新風(fēng)量運行模式,具體見圖2。

在過渡季,外區(qū)VRF空調(diào)機組可根據(jù)室內(nèi)外溫度情況確定運行模式。為避免過渡季節(jié)新風(fēng)與VRF系統(tǒng)能耗出現(xiàn)混合損失,過渡季需將外區(qū)新風(fēng)冷熱盤管全關(guān),新風(fēng)負荷由室內(nèi)機承擔(dān)。

3.2 加班時段空調(diào)系統(tǒng)運行模式

加班時段一般是指在節(jié)假日或者正常工作日下班后時段,鑒于一般情況下加班人員少、室內(nèi)空調(diào)冷熱負荷具有熱惰性(室內(nèi)延遲過冷或過熱)等特點,該時段空調(diào)系統(tǒng)擬采用如下運行模式。

1)冬夏季工況：關(guān)閉集中中央空調(diào)冷水主機系統(tǒng)、集中空調(diào)熱水系統(tǒng)、內(nèi)區(qū)VAV空調(diào)機組及內(nèi)外區(qū)新風(fēng)機組,僅開啟加班區(qū)域所在的外區(qū)VRF空調(diào)系統(tǒng)及室內(nèi)機。

2)過渡季工況：關(guān)閉集中中央空調(diào)冷水主機系統(tǒng)、集中空調(diào)熱水系統(tǒng)、內(nèi)區(qū)VAV空調(diào)機組及內(nèi)外區(qū)新風(fēng)機組,可根據(jù)室內(nèi)外溫度情況確定是否需開啟加班區(qū)域所在的外區(qū)VRF空調(diào)系統(tǒng)及室內(nèi)機。

4 結(jié) 語

通過對實際項目的設(shè)計分析總結(jié),筆者有以下心得：

1)高檔寫字樓采用外區(qū)VRF空調(diào)系統(tǒng)與內(nèi)區(qū)VAV空調(diào)系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用,既能實現(xiàn)寫字樓室內(nèi)空氣高品質(zhì),又能實現(xiàn)部分時段加班時靈活使用空調(diào),節(jié)省運行費用的目的。

2)空調(diào)能耗在辦公建筑中占比較大,要實現(xiàn)綠色智慧辦公建筑,應(yīng)切實做好空調(diào)系統(tǒng)的自控設(shè)計及系統(tǒng)的運行調(diào)試。

3)設(shè)有內(nèi)外區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的項目中,應(yīng)設(shè)置零能耗帶,以避免內(nèi)區(qū)混合損失,總結(jié)可采取以下措施：

①外區(qū)設(shè)定溫度盡可能比內(nèi)區(qū)低1℃～2℃；

②適當(dāng)降低內(nèi)區(qū)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)溫度,控制內(nèi)區(qū)換氣次數(shù)；

③防止冷、熱末端選型過大；

④適當(dāng)采用前饋控制。溫度傳感器設(shè)置時,避免內(nèi)區(qū)傳感器設(shè)在外區(qū)熱風(fēng)侵入處；外區(qū)溫度傳感器設(shè)在內(nèi)區(qū)冷風(fēng)侵入處或窗邊冷空氣下沉處。

筆者通過實際項目的設(shè)計分享,希望能起到拋磚引玉的作用,引起業(yè)內(nèi)同行共同討論。