連載· 45 |《變風量空調系統》——7.3 武漢建設大廈變風量空調設計應用
2018-05-18
7.3.1項目概況
1.工程概況
圖 7-23 武漢建設大廈實景照
武漢建設大廈位于武漢市常青路，是在原有舊商業建筑的基礎上改造建成，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.設計基本參數
室外空氣計算參數見表 7-13。
表 7-13 室外空氣計算參數
3.總負荷及負荷指標
武漢建設大廈負荷指標見表 7-14。
表 7-14 武漢建設大廈負荷指標
7.3.2系統設計方案
1.系統冷熱源
根據設計院及業主提供的相關資料，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，應充分利用原有設備，并結合負荷情況對大樓冷熱源系統進行設計。冷凍水改為一次泵變流量系統，冷凍水泵變頻運行，適應負荷變化的需要；冷卻水系統根據回水溫度調節冷卻塔運行臺數，達到節能的目的；電熱水鍋爐設計氣候補償裝置，根據室外溫度變化調整工作溫度，避免室外過熱。冷凍水系統設置分 區計量裝置。除了集中空調系統外，一層夾層及五層的高級辦公室采用變頻多聯機空調系統；一層信息機房、收發室、控制室、保安室、信訪室等等采用分體空調。
2.變風量系統的設計
本大樓一層大堂及公共辦公區采用全空氣定風量空調系統，設計送風溫度為 13.5℃，氣流組織形式為上送下回，過渡季節可以全新風運行。多功能廳單獨設置全空氣系統，采用旋流風口。2~5 層采用變風量空調系統，末端為單風道型變風量末端，每 個變風量末端在相應的位置設置溫度感應器及控制器，可以根據室內的溫度設定及負荷情況調節變風量末端的閥片開度，進而調節送風量，使室內達到最佳舒適度。1 層、夾層周邊功能房間及 5 層高級辦公室采用 VRV 多聯機空調系統。1 層及夾層新風采用換 氣處理后送到各空調房間，同時排氣。5 層高級辦公室新風采用 MALIN’O 雙向流系統。 室外機主要設置在 1 層室外地面、2 層陽臺以及屋頂。
（1）系統分區。
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， 根據裝修設計，大樓每個樓面的房間均分為內區房間和外區房間兩種類型，內外區房間 通過走廊相隔。本設計中針對不同分區的空調負荷特征，分別設計了相應的變風量空調系統（見圖 7-24）。
圖 7-24 典型樓層平面圖
（2）設備選型。
項目共有 16 套系統，一樓兩套系統為定風量系統，其他系統為變風量系統，空氣處理機組采用原有設備，設備參數見表 7-15。
表 7-15 空氣處理機組選型表
本設計中所有的變風量末端裝置均選用單風道型無動力設備，參考圖 7-1（a）。系統運行時，由空調機組送出的一次風，經單風道型變風量末端內置的風閥調節后送入空調區域。另外，考慮到在辦公場所應用，設計吊頂高度不高，同時為簡化系統，采用了無再熱器的冷 熱型單風道變風量末端。
每個變風量末端裝置搭載的風閥控 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議；支持 433MHz 無線通信，具備自組網絡功能；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試及運行中本控制器的優異性能起到了至關重要的作用。
7.3.3變風量系統的控制
變風量系統送入房間的風量以及系統總送風量會隨著各空調區域負荷的變化而變化，所以系統對控制的要求相對也比較高。本系統采用變靜壓控制結合變送風溫度控制的聯合控制方法，使系統運行在可靠穩定的基礎上，更具有節能性和經濟性。此控制策略主要由以下幾個控制邏輯：
（1）靜壓控制。
在送風管上設置的靜壓傳感器，根據設定靜壓值與實測值的偏差來變頻調節送風機的轉數，同時根據各個 VAV 的閥位開度以改變靜壓設定值，兼顧穩定和節能運行。
（2）送風溫度控制。
根據設定送風溫度與實測值的偏差調節電動冷 / 熱水閥的開度， 同時根據各 VAV 的閥位開度以改變系統送風溫度，提高空調系統運行的經濟性。
（3）新風控制。
在新風管上設置的風速傳感器，空調運行季根據最小設定新風量值 與實測值的偏差以調節新風閥和回風閥的開度；過渡季采用全新風運行。
（4）開關機控制。
根據需求可利用時間表來實現定時開關機。
（5）報警功能。
當出現過濾網阻塞、風機故障、傳感器故障等情況時能及時判斷， 切斷電源或報警提醒。
自控系統具有友好的工作界面和強大的數據存儲功能，如圖 7-26 所示。
圖 7-26 控制界面
7.3.4系統運行及測試情況
工程于 2012 年 6 月安裝調試完畢，隨后中國建筑科學研究院建筑能源與環境檢測中心（國家空調設備質量監督檢驗中心）對大樓的變風量空調系統的運行情況做了全面的測試，主要檢測內容包括室內溫度、室內噪聲、空調系統耗電量、系統靜壓控制、系統送風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據進行分析，以評價變風量系統的性能指標。 測試日期為 2012 年 8 月 22~23 日，空調機組設定送風溫度為 13.5℃。
2.測試結果與分析
室內溫度控制測試如下。
（1）選擇典型房間，測試其在一段時間內溫度設定值和實測值之間的偏差，判斷系統對房間溫度控制的穩定性和精確性（見表 7-16）。
表 7-16 房間溫度記錄表
（2）選取任意房間，改變房間設定溫度，測試系統對房間溫度控制的響應速度，測試數據見表 7-17。
表 7-17 房間溫度調節記錄表
3.室內噪聲測試
通過對多個測點的噪聲測試，來評測整個系統在正常運行情況下的噪聲水平，檢測結果見表 7-18。
表 7-18 室內噪聲檢測結果
4.系統能耗測試
抽取其中一個系統，測試其 4h 內的耗電量，并計算單位面積耗電量，檢測結果見表 7-19。
表 7-19 空調系統電量檢測表
5.系統靜壓控制驗證測試
在“變靜壓模式”下運行時，觀測系統能否根據室內負荷的變化自動調節靜壓。 本次測試與溫度控制測試同時進行。測試結果見表 7-20。
表 7-20 系統靜壓控制情況（變靜壓模式）
6.系統溫度控制驗證測試
在“變靜壓模式”下，記錄系統送風溫度，測試送風溫度控制的穩定性；調節送風溫度設定值，測試系統送風溫度控制的響應速度。測試結果見表 7-21。
表 7-21 系統送風溫度控制情況（變靜壓模式）
7.測試小結
（1）本系統對房間溫度的控制非常精確，被檢測房間室內溫度實測值與設定值之間的偏差在 ±1℃之內。同時當設定溫度改變時，系統風量自動響應變化，并能夠快速調整， 保證室溫的精確控制，確保了室內環境的舒適性。
（2）系統運行期間，噪聲均低于45dB，營造了良好的辦公環境。
（3）在“變靜壓運行”模式下，系統靜壓能夠根據負荷的變化作出合理精確的調整，系統節能效果明顯，單位空調面積分機電耗為 0.0076kWh/m2；同時，送風溫度控制穩定，且調節響應及時。
（4）整個系統在測試期間運行穩定，各項數據表面系統性能優良，且大幅降低了運行能耗，為用戶營造了一個舒適環保的工作環境。
8.系統存在問題及分析
部分負荷情況下，存在部分房間過冷現象，查看 VAV-TMN 的工作狀態，均已工作在最小風量下，空調風機的頻率也較低（≤ 35Hz），VAV-TMN 控制參數見表 7-22。
表 7-22 VAV-TMN 控制參數
由表 7-22 可以看出，雖然 VAV-TMN 已經在最小送風工況下運行，室內溫度仍然很低。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量，調整最小風量設定值。
（2）送風溫度設定值不能滿足過渡季空調負荷特點，需要適當提高送風溫度設定值。
經分析后，發現是需要對送風溫度進行重置，于是更改程序，判斷當有一定數量房間實測溫度比設定溫度低 ΔT1℃，并持續一定時間，同時判斷該房間 VAV- TMN 風量已經達到設定風量下限時，則調高空調機組送風溫度 ΔT2℃。問題最終得到解決。
7.3.5案例小結
武漢建設大廈作為武漢市建設相關政府單位的辦公大樓，旨在建設成為一個“低碳，節能，環保”的綠色建筑。而因地制宜的采用了 VAV 變風量空調系統，正好契合了這一要求。從設計之初就秉持資源節約、低碳節能的原則，最大限度地利用了原有設備， 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，創新的提出了 RVC、RVT 等先進的控制策略，不僅保證了空調系統可靠穩定的運行，還大幅降低了系統的運行能耗。整個改造工程高效地利用了資源（節能、節材），是科學合理節能減排的典范，并獲得了“綠色三星認證”和國家綠色建筑創新的多個獎項，為變風量系統的應用推廣起到了非常積極的作用。
