連載· 45 |《變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)》——7.3 武漢建設(shè)大廈變風(fēng)量空調(diào)設(shè)計應(yīng)用
2018-05-18
7.3.1項目概況
1.工程概況
圖 7-23 武漢建設(shè)大廈實景照
武漢建設(shè)大廈位于武漢市常青路，是在原有舊商業(yè)建筑的基礎(chǔ)上改造建成，如圖 7-23 所示。該建筑共 6 層，建筑高度 23.9m，其中地下 1 層，建筑面積 4221.6m2，主要功能為車庫和設(shè)備用房，地上 5 層，建筑面積 20127.6m2，主要功能為辦公、多功能廳、會議、接待等。
2.設(shè)計基本參數(shù)
室外空氣計算參數(shù)見表 7-13。
表 7-13 室外空氣計算參數(shù)
3.總負荷及負荷指標
武漢建設(shè)大廈負荷指標見表 7-14。
表 7-14 武漢建設(shè)大廈負荷指標
7.3.2系統(tǒng)設(shè)計方案
1.系統(tǒng)冷熱源
根據(jù)設(shè)計院及業(yè)主提供的相關(guān)資料，本大樓夏季最大冷負荷為 2450kW，冬季熱負荷為 1050kW，該工程為改造工程，應(yīng)充分利用原有設(shè)備，并結(jié)合負荷情況對大樓冷熱源系統(tǒng)進行設(shè)計。冷凍水改為一次泵變流量系統(tǒng)，冷凍水泵變頻運行，適應(yīng)負荷變化的需要；冷卻水系統(tǒng)根據(jù)回水溫度調(diào)節(jié)冷卻塔運行臺數(shù)，達到節(jié)能的目的；電熱水鍋爐設(shè)計氣候補償裝置，根據(jù)室外溫度變化調(diào)整工作溫度，避免室外過熱。冷凍水系統(tǒng)設(shè)置分 區(qū)計量裝置。除了集中空調(diào)系統(tǒng)外，一層夾層及五層的高級辦公室采用變頻多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)；一層信息機房、收發(fā)室、控制室、保安室、信訪室等等采用分體空調(diào)。
2.變風(fēng)量系統(tǒng)的設(shè)計
本大樓一層大堂及公共辦公區(qū)采用全空氣定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，設(shè)計送風(fēng)溫度為 13.5℃，氣流組織形式為上送下回，過渡季節(jié)可以全新風(fēng)運行。多功能廳單獨設(shè)置全空氣系統(tǒng)，采用旋流風(fēng)口。2~5 層采用變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，末端為單風(fēng)道型變風(fēng)量末端，每 個變風(fēng)量末端在相應(yīng)的位置設(shè)置溫度感應(yīng)器及控制器，可以根據(jù)室內(nèi)的溫度設(shè)定及負荷情況調(diào)節(jié)變風(fēng)量末端的閥片開度，進而調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使室內(nèi)達到最佳舒適度。1 層、夾層周邊功能房間及 5 層高級辦公室采用 VRV 多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)。1 層及夾層新風(fēng)采用換 氣處理后送到各空調(diào)房間，同時排氣。5 層高級辦公室新風(fēng)采用 MALIN’O 雙向流系統(tǒng)。 室外機主要設(shè)置在 1 層室外地面、2 層陽臺以及屋頂。
（1）系統(tǒng)分區(qū)。
本大樓樓體中央 1~5 層為中庭，每層樓面中的房間圍繞中庭分布， 根據(jù)裝修設(shè)計，大樓每個樓面的房間均分為內(nèi)區(qū)房間和外區(qū)房間兩種類型，內(nèi)外區(qū)房間 通過走廊相隔。本設(shè)計中針對不同分區(qū)的空調(diào)負荷特征，分別設(shè)計了相應(yīng)的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)（見圖 7-24）。
圖 7-24 典型樓層平面圖
（2）設(shè)備選型。
項目共有 16 套系統(tǒng)，一樓兩套系統(tǒng)為定風(fēng)量系統(tǒng)，其他系統(tǒng)為變風(fēng)量系統(tǒng)，空氣處理機組采用原有設(shè)備，設(shè)備參數(shù)見表 7-15。
表 7-15 空氣處理機組選型表
本設(shè)計中所有的變風(fēng)量末端裝置均選用單風(fēng)道型無動力設(shè)備，參考圖 7-1（a）。系統(tǒng)運行時，由空調(diào)機組送出的一次風(fēng)，經(jīng)單風(fēng)道型變風(fēng)量末端內(nèi)置的風(fēng)閥調(diào)節(jié)后送入空調(diào)區(qū)域。另外，考慮到在辦公場所應(yīng)用，設(shè)計吊頂高度不高，同時為簡化系統(tǒng)，采用了無再熱器的冷 熱型單風(fēng)道變風(fēng)量末端。
每個變風(fēng)量末端裝置搭載的風(fēng)閥控 制器選用源牌 RVC 型 VAV 控制器，如圖 7-25 所示，該控制器采用 32 位 ARM智能處理器，支持多種國際標準通信協(xié)議；支持 433MHz 無線通信，具備自組網(wǎng)絡(luò)功能；并且通過硬件和軟件兩方面提高了控制器的抗干擾性，在本項目的后期的調(diào)試及運行中本控制器的優(yōu)異性能起到了至關(guān)重要的作用。
7.3.3變風(fēng)量系統(tǒng)的控制
變風(fēng)量系統(tǒng)送入房間的風(fēng)量以及系統(tǒng)總送風(fēng)量會隨著各空調(diào)區(qū)域負荷的變化而變化，所以系統(tǒng)對控制的要求相對也比較高。本系統(tǒng)采用變靜壓控制結(jié)合變送風(fēng)溫度控制的聯(lián)合控制方法，使系統(tǒng)運行在可靠穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，更具有節(jié)能性和經(jīng)濟性。此控制策略主要由以下幾個控制邏輯：
（1）靜壓控制。
在送風(fēng)管上設(shè)置的靜壓傳感器，根據(jù)設(shè)定靜壓值與實測值的偏差來變頻調(diào)節(jié)送風(fēng)機的轉(zhuǎn)數(shù)，同時根據(jù)各個 VAV 的閥位開度以改變靜壓設(shè)定值，兼顧穩(wěn)定和節(jié)能運行。
（2）送風(fēng)溫度控制。
根據(jù)設(shè)定送風(fēng)溫度與實測值的偏差調(diào)節(jié)電動冷 / 熱水閥的開度， 同時根據(jù)各 VAV 的閥位開度以改變系統(tǒng)送風(fēng)溫度，提高空調(diào)系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。
（3）新風(fēng)控制。
在新風(fēng)管上設(shè)置的風(fēng)速傳感器，空調(diào)運行季根據(jù)最小設(shè)定新風(fēng)量值 與實測值的偏差以調(diào)節(jié)新風(fēng)閥和回風(fēng)閥的開度；過渡季采用全新風(fēng)運行。
（4）開關(guān)機控制。
根據(jù)需求可利用時間表來實現(xiàn)定時開關(guān)機。
（5）報警功能。
當(dāng)出現(xiàn)過濾網(wǎng)阻塞、風(fēng)機故障、傳感器故障等情況時能及時判斷， 切斷電源或報警提醒。
自控系統(tǒng)具有友好的工作界面和強大的數(shù)據(jù)存儲功能，如圖 7-26 所示。
圖 7-26 控制界面
7.3.4系統(tǒng)運行及測試情況
工程于 2012 年 6 月安裝調(diào)試完畢，隨后中國建筑科學(xué)研究院建筑能源與環(huán)境檢測中心（國家空調(diào)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心）對大樓的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的運行情況做了全面的測試，主要檢測內(nèi)容包括室內(nèi)溫度、室內(nèi)噪聲、空調(diào)系統(tǒng)耗電量、系統(tǒng)靜壓控制、系統(tǒng)送風(fēng)溫度控制以及自控軟件的運行情況。
1.測試條件
選取其中一個典型制冷運行日的記錄數(shù)據(jù)進行分析，以評價變風(fēng)量系統(tǒng)的性能指標。 測試日期為 2012 年 8 月 22~23 日，空調(diào)機組設(shè)定送風(fēng)溫度為 13.5℃。
2.測試結(jié)果與分析
室內(nèi)溫度控制測試如下。
（1）選擇典型房間，測試其在一段時間內(nèi)溫度設(shè)定值和實測值之間的偏差，判斷系統(tǒng)對房間溫度控制的穩(wěn)定性和精確性（見表 7-16）。
表 7-16 房間溫度記錄表
（2）選取任意房間，改變房間設(shè)定溫度，測試系統(tǒng)對房間溫度控制的響應(yīng)速度，測試數(shù)據(jù)見表 7-17。
表 7-17 房間溫度調(diào)節(jié)記錄表
3.室內(nèi)噪聲測試
通過對多個測點的噪聲測試，來評測整個系統(tǒng)在正常運行情況下的噪聲水平，檢測結(jié)果見表 7-18。
表 7-18 室內(nèi)噪聲檢測結(jié)果
4.系統(tǒng)能耗測試
抽取其中一個系統(tǒng)，測試其 4h 內(nèi)的耗電量，并計算單位面積耗電量，檢測結(jié)果見表 7-19。
表 7-19 空調(diào)系統(tǒng)電量檢測表
5.系統(tǒng)靜壓控制驗證測試
在“變靜壓模式”下運行時，觀測系統(tǒng)能否根據(jù)室內(nèi)負荷的變化自動調(diào)節(jié)靜壓。 本次測試與溫度控制測試同時進行。測試結(jié)果見表 7-20。
表 7-20 系統(tǒng)靜壓控制情況（變靜壓模式）
6.系統(tǒng)溫度控制驗證測試
在“變靜壓模式”下，記錄系統(tǒng)送風(fēng)溫度，測試送風(fēng)溫度控制的穩(wěn)定性；調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度設(shè)定值，測試系統(tǒng)送風(fēng)溫度控制的響應(yīng)速度。測試結(jié)果見表 7-21。
表 7-21 系統(tǒng)送風(fēng)溫度控制情況（變靜壓模式）
7.測試小結(jié)
（1）本系統(tǒng)對房間溫度的控制非常精確，被檢測房間室內(nèi)溫度實測值與設(shè)定值之間的偏差在 ±1℃之內(nèi)。同時當(dāng)設(shè)定溫度改變時，系統(tǒng)風(fēng)量自動響應(yīng)變化，并能夠快速調(diào)整， 保證室溫的精確控制，確保了室內(nèi)環(huán)境的舒適性。
（2）系統(tǒng)運行期間，噪聲均低于45dB，營造了良好的辦公環(huán)境。
（3）在“變靜壓運行”模式下，系統(tǒng)靜壓能夠根據(jù)負荷的變化作出合理精確的調(diào)整，系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，單位空調(diào)面積分機電耗為 0.0076kWh/m2；同時，送風(fēng)溫度控制穩(wěn)定，且調(diào)節(jié)響應(yīng)及時。
（4）整個系統(tǒng)在測試期間運行穩(wěn)定，各項數(shù)據(jù)表面系統(tǒng)性能優(yōu)良，且大幅降低了運行能耗，為用戶營造了一個舒適環(huán)保的工作環(huán)境。
8.系統(tǒng)存在問題及分析
部分負荷情況下，存在部分房間過冷現(xiàn)象，查看 VAV-TMN 的工作狀態(tài)，均已工作在最小風(fēng)量下，空調(diào)風(fēng)機的頻率也較低（≤ 35Hz），VAV-TMN 控制參數(shù)見表 7-22。
表 7-22 VAV-TMN 控制參數(shù)
由表 7-22 可以看出，雖然 VAV-TMN 已經(jīng)在最小送風(fēng)工況下運行，室內(nèi)溫度仍然很低。分析原因可能有兩方面造成：
（1）這幾個房間 VAV-TMN 選型偏大，需要重新計算最小需求風(fēng)量，調(diào)整最小風(fēng)量設(shè)定值。
（2）送風(fēng)溫度設(shè)定值不能滿足過渡季空調(diào)負荷特點，需要適當(dāng)提高送風(fēng)溫度設(shè)定值。
經(jīng)分析后，發(fā)現(xiàn)是需要對送風(fēng)溫度進行重置，于是更改程序，判斷當(dāng)有一定數(shù)量房間實測溫度比設(shè)定溫度低 ΔT1℃，并持續(xù)一定時間，同時判斷該房間 VAV- TMN 風(fēng)量已經(jīng)達到設(shè)定風(fēng)量下限時，則調(diào)高空調(diào)機組送風(fēng)溫度 ΔT2℃。問題最終得到解決。
7.3.5案例小結(jié)
武漢建設(shè)大廈作為武漢市建設(shè)相關(guān)政府單位的辦公大樓，旨在建設(shè)成為一個“低碳，節(jié)能，環(huán)保”的綠色建筑。而因地制宜的采用了 VAV 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，正好契合了這一要求。從設(shè)計之初就秉持資源節(jié)約、低碳節(jié)能的原則，最大限度地利用了原有設(shè)備， 從源頭上避免了資源浪費。在項目實施過程中，選用了合理的硬件架構(gòu)，創(chuàng)新的提出了 RVC、RVT 等先進的控制策略，不僅保證了空調(diào)系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的運行，還大幅降低了系統(tǒng)的運行能耗。整個改造工程高效地利用了資源（節(jié)能、節(jié)材），是科學(xué)合理節(jié)能減排的典范，并獲得了“綠色三星認證”和國家綠色建筑創(chuàng)新的多個獎項，為變風(fēng)量系統(tǒng)的應(yīng)用推廣起到了非常積極的作用。
