连载· 45 |《变风量空调系统》——7.3 武汉建设大厦变风量空调设计应用
2018-05-18
7.3.1项目概况
1.工程概况
图 7-23 武汉建设大厦实景照
武汉建设大厦位于武汉市常青路，是在原有旧商业建筑的基础上改造建成，如图 7-23 所示。该建筑共 6 层，建筑高度 23.9m，其中地下 1 层，建筑面积 4221.6m2，主要功能为车库和设备用房，地上 5 层，建筑面积 20127.6m2，主要功能为办公、多功能厅、会议、接待等。
2.设计基本参数
室外空气计算参数见表 7-13。
表 7-13 室外空气计算参数
3.总负荷及负荷指标
武汉建设大厦负荷指标见表 7-14。
表 7-14 武汉建设大厦负荷指标
7.3.2系统设计方案
1.系统冷热源
根据设计院及业主提供的相关资料，本大楼夏季最大冷负荷为 2450kw，冬季热负荷为 1050kw，该工程为改造工程，应充分利用原有设备，并结合负荷情况对大楼冷热源系统进行设计。冷冻水改为一次泵变流量系统，冷冻水泵变频运行，适应负荷变化的需要；冷却水系统根据回水温度调节冷却塔运行台数，达到节能的目的；电热水锅炉设计气候补偿装置，根据室外温度变化调整工作温度，避免室外过热。冷冻水系统设置分 区计量装置。除了集中空调系统外，一层夹层及五层的高级办公室采用变频多联机空调系统；一层信息机房、收发室、控制室、保安室、信访室等等采用分体空调。
2.变风量系统的设计
本大楼一层大堂及公共办公区采用全空气定风量空调系统，设计送风温度为 13.5℃，气流组织形式为上送下回，过渡季节可以全新风运行。多功能厅单独设置全空气系统，采用旋流风口。2~5 层采用变风量空调系统，末端为单风道型变风量末端，每 个变风量末端在相应的位置设置温度感应器及控制器，可以根据室内的温度设定及负荷情况调节变风量末端的阀片开度，进而调节送风量，使室内达到最佳舒适度。1 层、夹层周边功能房间及 5 层高级办公室采用 vrv 多联机空调系统。1 层及夹层新风采用换 气处理后送到各空调房间，同时排气。5 层高级办公室新风采用 malin’o 双向流系统。 室外机主要设置在 1 层室外地面、2 层阳台以及屋顶。
（1）系统分区。
本大楼楼体中央 1~5 层为中庭，每层楼面中的房间围绕中庭分布， 根据装修设计，大楼每个楼面的房间均分为内区房间和外区房间两种类型，内外区房间 通过走廊相隔。本设计中针对不同分区的空调负荷特征，分别设计了相应的变风量空调系统（见图 7-24）。
图 7-24 典型楼层平面图
（2）设备选型。
项目共有 16 套系统，一楼两套系统为定风量系统，其他系统为变风量系统，空气处理机组采用原有设备，设备参数见表 7-15。
表 7-15 空气处理机组选型表
本设计中所有的变风量末端装置均选用单风道型无动力设备，参考图 7-1（a）。系统运行时，由空调机组送出的一次风，经单风道型变风量末端内置的风阀调节后送入空调区域。另外，考虑到在办公场所应用，设计吊顶高度不高，同时为简化系统，采用了无再热器的冷 热型单风道变风量末端。
每个变风量末端装置搭载的风阀控 制器选用源牌 rvc 型 vav 控制器，如图 7-25 所示，该控制器采用 32 位 arm智能处理器，支持多种国际标准通信协议；支持 433mhz 无线通信，具备自组网络功能；并且通过硬件和软件两方面提高了控制器的抗干扰性，在本项目的后期的调试及运行中本控制器的优异性能起到了至关重要的作用。
7.3.3变风量系统的控制
变风量系统送入房间的风量以及系统总送风量会随着各空调区域负荷的变化而变化，所以系统对控制的要求相对也比较高。本系统采用变静压控制结合变送风温度控制的联合控制方法，使系统运行在可靠稳定的基础上，更具有节能性和经济性。此控制策略主要由以下几个控制逻辑：
（1）静压控制。
在送风管上设置的静压传感器，根据设定静压值与实测值的偏差来变频调节送风机的转数，同时根据各个 vav 的阀位开度以改变静压设定值，兼顾稳定和节能运行。
（2）送风温度控制。
根据设定送风温度与实测值的偏差调节电动冷 / 热水阀的开度， 同时根据各 vav 的阀位开度以改变系统送风温度，提高空调系统运行的经济性。
（3）新风控制。
在新风管上设置的风速传感器，空调运行季根据最小设定新风量值 与实测值的偏差以调节新风阀和回风阀的开度；过渡季采用全新风运行。
（4）开关机控制。
根据需求可利用时间表来实现定时开关机。
（5）报警功能。
当出现过滤网阻塞、风机故障、传感器故障等情况时能及时判断， 切断电源或报警提醒。
自控系统具有友好的工作界面和强大的数据存储功能，如图 7-26 所示。
图 7-26 控制界面
7.3.4系统运行及测试情况
工程于 2012 年 6 月安装调试完毕，随后中国建筑科学研究院建筑能源与环境检测中心（国家空调设备质量监督检验中心）对大楼的变风量空调系统的运行情况做了全面的测试，主要检测内容包括室内温度、室内噪声、空调系统耗电量、系统静压控制、系统送风温度控制以及自控软件的运行情况。
1.测试条件
选取其中一个典型制冷运行日的记录数据进行分析，以评价变风量系统的性能指标。 测试日期为 2012 年 8 月 22~23 日，空调机组设定送风温度为 13.5℃。
2.测试结果与分析
室内温度控制测试如下。
（1）选择典型房间，测试其在一段时间内温度设定值和实测值之间的偏差，判断系统对房间温度控制的稳定性和精确性（见表 7-16）。
表 7-16 房间温度记录表
（2）选取任意房间，改变房间设定温度，测试系统对房间温度控制的响应速度，测试数据见表 7-17。
表 7-17 房间温度调节记录表
3.室内噪声测试
通过对多个测点的噪声测试，来评测整个系统在正常运行情况下的噪声水平，检测结果见表 7-18。
表 7-18 室内噪声检测结果
4.系统能耗测试
抽取其中一个系统，测试其 4h 内的耗电量，并计算单位面积耗电量，检测结果见表 7-19。
表 7-19 空调系统电量检测表
5.系统静压控制验证测试
在“变静压模式”下运行时，观测系统能否根据室内负荷的变化自动调节静压。 本次测试与温度控制测试同时进行。测试结果见表 7-20。
表 7-20 系统静压控制情况（变静压模式）
6.系统温度控制验证测试
在“变静压模式”下，记录系统送风温度，测试送风温度控制的稳定性；调节送风温度设定值，测试系统送风温度控制的响应速度。测试结果见表 7-21。
表 7-21 系统送风温度控制情况（变静压模式）
7.测试小结
（1）本系统对房间温度的控制非常精确，被检测房间室内温度实测值与设定值之间的偏差在 ±1℃之内。同时当设定温度改变时，系统风量自动响应变化，并能够快速调整， 保证室温的精确控制，确保了室内环境的舒适性。
（2）系统运行期间，噪声均低于45db，营造了良好的办公环境。
（3）在“变静压运行”模式下，系统静压能够根据负荷的变化作出合理精确的调整，系统节能效果明显，单位空调面积分机电耗为 0.0076kwh/m2；同时，送风温度控制稳定，且调节响应及时。
（4）整个系统在测试期间运行稳定，各项数据表面系统性能优良，且大幅降低了运行能耗，为用户营造了一个舒适环保的工作环境。
8.系统存在问题及分析
部分负荷情况下，存在部分房间过冷现象，查看 vav-tmn 的工作状态，均已工作在最小风量下，空调风机的频率也较低（≤ 35hz），vav-tmn 控制参数见表 7-22。
表 7-22 vav-tmn 控制参数
由表 7-22 可以看出，虽然 vav-tmn 已经在最小送风工况下运行，室内温度仍然很低。分析原因可能有两方面造成：
（1）这几个房间 vav-tmn 选型偏大，需要重新计算最小需求风量，调整最小风量设定值。
（2）送风温度设定值不能满足过渡季空调负荷特点，需要适当提高送风温度设定值。
经分析后，发现是需要对送风温度进行重置，于是更改程序，判断当有一定数量房间实测温度比设定温度低 δt1℃，并持续一定时间，同时判断该房间 vav- tmn 风量已经达到设定风量下限时，则调高空调机组送风温度 δt2℃。问题最终得到解决。
7.3.5案例小结
武汉建设大厦作为武汉市建设相关政府单位的办公大楼，旨在建设成为一个“低碳，节能，环保”的绿色建筑。而因地制宜的采用了 vav 变风量空调系统，正好契合了这一要求。从设计之初就秉持资源节约、低碳节能的原则，最大限度地利用了原有设备， 从源头上避免了资源浪费。在项目实施过程中，选用了合理的硬件架构，创新的提出了 rvc、rvt 等先进的控制策略，不仅保证了空调系统可靠稳定的运行，还大幅降低了系统的运行能耗。整个改造工程高效地利用了资源（节能、节材），是科学合理节能减排的典范，并获得了“绿色三星认证”和国家绿色建筑创新的多个奖项，为变风量系统的应用推广起到了非常积极的作用。