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(jì)應(yīng)用
2018-05-18
7.3.1項(xiàng)目概況
1.工程概況
圖 7-23 武漢建設(shè)大廈實(shí)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(huì)議、接待等。
2.設(shè)計(jì)基本參數(shù)
室外空氣計(jì)算參數(shù)見表 7-13。
表 7-13 室外空氣計(jì)算參數(shù)
3.總負(fù)荷及負(fù)荷指標(biāo)
武漢建設(shè)大廈負(fù)荷指標(biāo)見表 7-14。
表 7-14 武漢建設(shè)大廈負(fù)荷指標(biāo)
7.3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
1.系統(tǒng)冷熱源
根據(jù)設(shè)計(jì)院及業(yè)主提供的相關(guān)資料，本大樓夏季最大冷負(fù)荷為 2450kW，冬季熱負(fù)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(fù)荷情況對(duì)大樓冷熱源系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。冷凍水改為一次泵變流量系統(tǒng)，冷凍水泵變頻運(yùn)行，適應(yīng)負(fù)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(yùn)行臺(tái)數(shù)，達(dá)到節(jié)能的目的；電熱水鍋爐設(shè)計(jì)氣候補(bǔ)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(jì)量裝置。除了集中空調(diào)系統(tǒng)外，一層夾層及五層的高級(jí)辦公室采用變頻多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)；一層信息機(jī)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(jì)
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(jì)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(yùn)行。多功能廳單獨(dú)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(gè)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(fù)荷情況調(diào)節(jié)變風(fēng)量末端的閥片開度，進(jìn)而調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使室內(nèi)達(dá)到最佳舒適度。1 層、夾層周邊功能房間及 5 層高級(jí)辦公室采用 VRV 多聯(lián)機(jī)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(shí)排氣。5 層高級(jí)辦公室新風(fēng)采用 MALIN’O 雙向流系統(tǒng)。 室外機(jī)主要設(shè)置在 1 層室外地面、2 層陽臺(tái)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(jì)，大樓每個(gè)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(jì)中針對(duì)不同分區(qū)的空調(diào)負(fù)荷特征，分別設(shè)計(jì)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(xiàng)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(jī)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(jī)組選型表
本設(shè)計(jì)中所有的變風(fēng)量末端裝置均選用單風(fēng)道型無動(dòng)力設(shè)備，參考圖 7-1（a）。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由空調(diào)機(jī)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(jì)吊頂高度不高，同時(shí)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)目的后期的調(diào)試及運(yùn)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(huì)隨著各空調(diào)區(qū)域負(fù)荷的變化而變化，所以系統(tǒng)對(duì)控制的要求相對(duì)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(yùn)行在可靠穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，更具有節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性。此控制策略主要由以下幾個(gè)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(shí)測值的偏差來變頻調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，同時(shí)根據(jù)各個(gè) 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(yùn)行。
（2）送風(fēng)溫度控制。
根據(jù)設(shè)定送風(fēng)溫度與實(shí)測值的偏差調(diào)節(jié)電動(dòng)冷 / 熱水閥的開度， 同時(shí)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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(yùn)行季根據(jù)最小設(shè)定新風(fēng)量值 與實(shí)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(yùn)行。
（4）開關(guān)機(jī)控制。
根據(jù)需求可利用時(shí)間表來實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)機(jī)。
（5）報(bào)警功能。
當(dāng)出現(xiàn)過濾網(wǎng)阻塞、風(fēng)機(jī)故障、傳感器故障等情況時(shí)能及時(shí)判斷， 切斷電源或報(bào)警提醒。
自控系統(tǒng)具有友好的工作界面和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，如圖 7-26 所示。
圖 7-26 控制界面
7.3.4系統(tǒng)運(yùn)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(yàn)中心）對(duì)大樓的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)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(yùn)行情況。
1.測試條件
選取其中一個(gè)典型制冷運(yùn)行日的記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以評(píng)價(jià)變風(fēng)量系統(tǒng)的性能指標(biāo)。 測試日期為 2012 年 8 月 22~23 日，空調(diào)機(jī)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(shí)間內(nèi)溫度設(shè)定值和實(shí)測值之間的偏差，判斷系統(tǒng)對(duì)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(duì)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(duì)多個(gè)測點(diǎn)的噪聲測試，來評(píng)測整個(gè)系統(tǒng)在正常運(yùn)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(gè)系統(tǒng)，測試其 4h 內(nèi)的耗電量，并計(jì)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(yàn)證測試
在“變靜壓模式”下運(yùn)行時(shí)，觀測系統(tǒng)能否根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)靜壓。 本次測試與溫度控制測試同時(shí)進(jìn)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(yàn)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(duì)房間溫度的控制非常精確，被檢測房間室內(nèi)溫度實(shí)測值與設(shè)定值之間的偏差在 ±1℃之內(nèi)。同時(shí)當(dāng)設(shè)定溫度改變時(shí)，系統(tǒng)風(fēng)量自動(dòng)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(yùn)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(yùn)行”模式下，系統(tǒng)靜壓能夠根據(jù)負(fù)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(jī)電耗為 0.0076kWh/m2；同時(shí)，送風(fēng)溫度控制穩(wěn)定，且調(diào)節(jié)響應(yīng)及時(shí)。
（4）整個(gè)系統(tǒng)在測試期間運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)數(shù)據(jù)表面系統(tǒng)性能優(yōu)良，且大幅降低了運(yùn)行能耗，為用戶營造了一個(gè)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(fù)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(jī)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(yùn)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(gè)房間 VAV-TMN 選型偏大，需要重新計(jì)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(fù)荷特點(diǎn)，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(duì)送風(fēng)溫度進(jìn)行重置，于是更改程序，判斷當(dāng)有一定數(shù)量房間實(shí)測溫度比設(shè)定溫度低 ΔT1℃，并持續(xù)一定時(shí)間，同時(shí)判斷該房間 VAV- TMN 風(fēng)量已經(jīng)達(dá)到設(shè)定風(fēng)量下限時(shí)，則調(diào)高空調(diào)機(jī)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(gè)“低碳，節(jié)能，環(huán)?！钡木G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(jì)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(fèi)。在項(xiàng)目實(shí)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(jìn)的控制策略，不僅保證了空調(diào)系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的運(yùn)行，還大幅降低了系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。整個(gè)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(rèn)證”和國家綠色建筑創(chuàng)新的多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，為變風(fēng)量系統(tǒng)的應(yīng)用推廣起到了非常積極的作用。
