某辦公大樓的冰蓄冷及變風量空調設計

1、某辦公大樓的冰蓄冷及變風量空調設計論文作者：楊鵬摘 要：介紹了該工程的冰蓄冷系統(tǒng)設計，討論了變風量空調系統(tǒng)設計中的內(nèi)外 區(qū)劃分、房間分隔、新風、噪聲、末端裝置選擇等問題，并提出一些參考建議。 關鍵詞冰蓄冷變風量空調系統(tǒng)1工程概況該工程位于北京望京科技工業(yè)園區(qū)內(nèi)，項目定位為高標準寫字樓。總建筑 面積約為17.3萬m2,其中地下建筑面積為5.6萬m2,地上建筑面積為11.7萬 m2,建筑高度96.20m。地下部分3層，地下2層為車庫（兼人防物資庫），地下 一層為車庫和機電設備用房，地下夾層為車庫、物業(yè)辦公室以及員工餐廳等。地 上建筑分為A,B,C三座塔樓，均為寫字間。2設計參數(shù)及計算條件2.1辦公

2、室設計參數(shù)：夏季設計十球溫度為24C，相對濕度為55%，冬季設計 十球溫度為22 C，相對濕度為45%。2.2計算條件：人員密度0.1人/m2,新風量40m3/人，照明發(fā)熱量16W/m2,電 子設備發(fā)熱量25W/m2。2.3建筑維護結構：玻璃幕墻性能要求傳熱系數(shù)1.8W/m2 - K,遮陽系數(shù)0.5； 每層實墻高度0.8m，墻體傳熱系數(shù)0.8W/m2 - K；屋頂傳熱系0.6W/m? - K。2.4全樓中央空調總耗冷量為11683kW,空調冷指標為67.5W/m2,中央空調總 耗熱量為8308kW,空調熱指標為48W/ m2 （以上指標已包含熱回收節(jié)省冷熱量）。3冷熱源及空調水系統(tǒng)空調冷源采用

3、制冷量為1865KW雙工況螺桿式冷水機組4臺，制冷量為 1920kW基載螺桿式冷水機組1臺?？照{熱源由鍋爐房提供65/55 C熱水。空調水系統(tǒng)根據(jù)使用功能及負荷特點而分為內(nèi)區(qū)及外區(qū)兩大環(huán)路，各環(huán)路 均為雙管制系統(tǒng)。外區(qū)通過設于冷凍機房內(nèi)的電動閥切換冷熱水，內(nèi)區(qū)常年供冷。 4 冰蓄冷系統(tǒng)4.1空調負荷：設計日總冷負荷132069kWh,設計日總蓄冰冷負荷35650kWh, 設計日連續(xù)空調總冷負荷96519kWh。4.2系統(tǒng)設計：制冷主機與蓄冰裝置串聯(lián)式，主機位于上游的單循環(huán)系統(tǒng)?？?調制冷系統(tǒng)為間接式，冷凍機房內(nèi)采用載冷劑，空調末端采用冷凍水，二者通過 板式熱交換器分隔。制冷系統(tǒng)為靜態(tài)制冰，為非

4、完全凍結式，蓄冰周期按24h設 計。載冷劑采用重量比為25%的工業(yè)抑制性乙烯乙二醇溶液。4.3冰蓄冷設備：制冰裝置采用鋼盤管，管內(nèi)融冰，管外蓄冰，鋼盤管安裝于 混凝土蓄冰槽內(nèi)。制冷主機采用4臺雙工況螺桿式冷水機組，在蓄冰工況下運行 溫度為一6/ 3.4 C，在空調工況下運行溫度為5.6/10.6 C，冷卻水溫度為 32/37 C。冷卻塔、冷卻水泵、乙二醇溶液泵、板式換熱器均與冷水機組一一對 應設置，冷卻水泵和乙二醇溶液泵各設1臺備用泵。冷卻水泵和乙二醇溶液泵定 流量運行，冷凍水泵配變頻控制裝置變流量運行。乙二醇溶液泵為單級，兼作蓄 冰泵、融冰泵和空調冷凍泵。冰蓄冷系統(tǒng)流程見圖14.4運行策略：

5、部分負荷蓄冰條件下采用蓄冷空調系統(tǒng)設計工況下的冷機優(yōu)先 控制策略，總蓄冰量約占設計日空調負荷總量的22%。蓄冰系統(tǒng)共有4種運行工 況，每種工況的模式為：4.4.1主機制冰時段：此時段為電價低谷段，雙工況主機滿負荷制冰儲存，以備 白天電價高峰時使用。4.4.2主機供冷時段：此時段一般處于電力平峰段，在部分負荷下只需運行主機 即可滿足冷負荷需求。實行主機優(yōu)先運行，冷量完全由主機提供，乙二醇不流經(jīng) 蓄冰槽而直接進入板式熱交換器。此工況僅作為非常規(guī)情況下的應急措施，一般 不會采用。4.4.3冰槽融冰供冷時段：此時段為電價高峰時段，冷負荷完全由融冰滿足，此 間主機、冷卻塔、冷卻水泵均停止運行，將系統(tǒng)的高

6、峰用電量降至最低，最大限 度節(jié)約用電。當建筑物冷負荷降低時，可增大單融冰時段，盡量節(jié)約電費。4.4.4冰槽融冰與主機制冷聯(lián)合供冷時段：此時段處于電力高峰階段，主機優(yōu)先， 主機全部或部分滿負荷運行，不足冷量由融冰滿足，節(jié)約電費。此時板式換熱器 冷端入口溫度恒定在3.3 C。運行策略對應設計日逐時冷負荷平衡表見圖24.4.5在非設計工況下（即平時空調冷負荷小于設計日冷負荷的狀況）采用釋冷 優(yōu)先控制策略。既保證主機在高效下運行，又使得夜間蓄冰在白天全部用完，降 低運行電費，實現(xiàn)蓄冰制冷系統(tǒng)負荷均衡、綜合效益最大化運行。4.5小結：在半年的運行中，冰蓄冷系統(tǒng)移峰填谷、平衡用電負荷的特性降低 了電力增容

7、及運行費用，提高電能的利用率和發(fā)電設備的運行效益，緩解電力緊 張狀況。5 變風量系統(tǒng)設計5.1在VAV系統(tǒng)設計中，首先進行內(nèi)、外分區(qū)。參考相關資料，本設計將距房 間外墻5m以內(nèi)的室內(nèi)區(qū)域作為外區(qū)，其余部分辦公區(qū)作為內(nèi)區(qū)。空調機組按內(nèi) 外區(qū)分別設置，水系統(tǒng)亦按上述空調風系統(tǒng)的分區(qū)為依據(jù)設置。對不同朝向的外區(qū)房間劃分在一個系統(tǒng)中可能引起的冷熱不均問題，本工程 是基于以下幾點考慮的：第一，由于建筑物朝向原因，每一外立面均有兩個不同 朝向；第二，考慮過渡季節(jié)供冷工況下東北朝向房間在某些時刻可能偏冷，設置 帶電熱盤管的VAV未端裝置；第三，本工程外立面為全幕墻結構，西南向房間過 渡季、冬季中午可能會偏熱

8、，為此而改變內(nèi)外區(qū)劃分或增設單獨服務的空調機組 工程投資將增大，建議用戶采取遮陽措施或者開門通風增強內(nèi)外區(qū)空氣對流等措 施解決；第四，按照外區(qū)進深為5米劃分后的內(nèi)外區(qū)面積基本相同，新風量相同， 原新風立管系統(tǒng)可以維持不變（在采用VAV系統(tǒng)前原設計是風盤加新風系統(tǒng)，樓 層功能按照敞開式辦公設計，每層的新風由置于屋頂或地下的兩臺相同新風機通 分別過兩個新風立管提供），標準層空調平面見圖3。圖3標準層空調平面 /5.2負荷計算和設備選型：將內(nèi)外區(qū)細分為若干溫度控制區(qū)域，每個溫度控制 區(qū)對應一個VAV末端，分別逐時計算各區(qū)冷熱負荷，按照最大冷負荷及送風溫差 計算一次風最大風量選取VAV末端，按照各區(qū)逐

9、時負荷最大值及送風溫差選取空 調箱。5.2.1關于溫控區(qū)域劃分時，作者建議有條件時盡量要求業(yè)主或者裝修單位提供 詳細的劃分資料，否則溫控區(qū)域劃分過大，使末端設備過大，并會影響溫度控制 及溫度精度及噪聲等問題；而溫控區(qū)域劃分過小會使末端設備與控制設備過多， 投資過大。本工程設計時是按照業(yè)主提出的開敞式大空間方案考慮，送回風口均 采用燈盤風口，每個外區(qū)溫控區(qū)域面積約50m2,內(nèi)區(qū)約65m2，而實際交付使用時 外區(qū)大都被分割成1020m2左右的獨立辦公室，由此帶來幾個問題：第一，每 個房間不能單獨控制溫度，裝設在公共區(qū)域的溫控器設置頻繁變化，直接造成 VAV系統(tǒng)的頻繁波動影響系統(tǒng)穩(wěn)定性；第二，辦公區(qū)

10、采用燈盤風口，燈盤數(shù)量確 定后送風口面積很難增大，而某些區(qū)域被分割成數(shù)個朝向不同的房間，對每個房 間而言負荷發(fā)生較大變化，但是送風量已很難隨之調整。造成房間的冷熱不均。 第三，當某區(qū)域功能變?yōu)闀h室等人員密集場所時，新風量很難達到設計標準。 第四，當房間劃分過多或內(nèi)外區(qū)分隔較嚴密時會增加回風阻力，影響VAV系統(tǒng)的 空氣循環(huán)。VAV系統(tǒng)大多采用吊頂集中回風，實際工程中吊頂內(nèi)所?？臻g很小， 而且有的房間還可能根據(jù)消防要求隔墻都隔到上層樓板底，吊頂不能成為連通 整體。作者建議在吊頂內(nèi)考慮預留回風通道或者在氣流死角增設風機等設備，辦 公條件允許也可以選用百葉門。5.2.2本工程外區(qū)選擇風機驅動串聯(lián)型變

11、風量末端裝置，內(nèi)區(qū)選擇單風道變風量 末端裝置。外區(qū)房間負荷減少時，為維持室內(nèi)設定溫度，一次風相應減少，二次 風增加，但總送風量不變，室內(nèi)氣流組織較穩(wěn)定，換氣效果好，人的舒適感較好， 大部分房間換氣次數(shù)在10次/h以上；內(nèi)區(qū)房間冷負荷較為穩(wěn)定，送風量變化不 大，房間換氣次數(shù)大都達到6次/h，房間舒適感業(yè)主也較滿意。5.3新風供給與室內(nèi)空氣品質：本工程新風系統(tǒng)采用新風集中處理熱回收方 式，新風機組送排風機分別配置變頻器，采用轉輪式熱回收裝置，在每層新風入 口設置定風量裝置CAV,各樓層回風管內(nèi)安裝CO2傳感器。5.3.1新風集中處理，并且內(nèi)外區(qū)新風分別由不同新風機組提供，不僅減小樓 層空調箱負荷，

12、增強了其穩(wěn)定性，也減少了新風能耗。但是受集中新風系統(tǒng)風道 尺寸限制難以實現(xiàn)較大幅度的變新風比運行。5.3.2本工程新風負荷占比較大，因此采用新風集中處理熱回收方式?？苫厥?總冷量為1566kW，可回收總熱量為2989 kW，回收后實際總冷量約為計算總耗冷 量88.2%，回收后實際總熱量約為計算總耗熱量73.5%。5.3.3新風機組采用變頻調速，可以保證系統(tǒng)靜壓的同時實現(xiàn)風機節(jié)能。5.3.4設置定風量裝置CAV作用：保證樓層空調箱一次風總風量發(fā)生變化時， 新風量不變以保證室內(nèi)空氣品質的要求；各樓層新風量可由控制系統(tǒng)方便地再設 定；不使用樓層可關閉新風CAV。5.3.5回風管內(nèi)安裝CO2傳感器，既

13、可監(jiān)視室內(nèi)空氣品質，又能控制新風量。5.3.6除空調器配備相應過濾裝置外在FPB二次風入口配一次性空氣過濾器， 建議物業(yè)管理在日常運行管理中密切監(jiān)視空調箱過濾段的終阻力檢測報警裝置， 及時清洗或更換過濾器，嚴格控制吸煙，室內(nèi)空氣品質應得到有效保障。5.4噪聲控制：由于本工程樓層空調箱機房是由原新風豎井改造而成，機房面 積不足只能訂制廠家非標產(chǎn)品，設備性能的不確定性增加，噪聲曾經(jīng)是業(yè)主頗為 擔心的問題，因此在設計階段與就專業(yè)消聲工程公司配合設計解決樓層空調箱的 消聲問題。對變風量末端的箱體材質、消聲隔熱層、風閥閥片性能、風機等參數(shù) 做出嚴格要求，并建議業(yè)主選用質量可靠的產(chǎn)品，對吊頂材料消聲性能、變風量 末端消聲靜壓箱、風口靜壓箱消聲性能提出具體要求，要求風口前接1.5m以上 的消聲軟管，回風口位置盡可能避開末端等施工要求。采取上述措施后滿足辦公 室噪聲標準NC-35,用戶反應良好。5.5自動控制：系統(tǒng)采用定靜壓控制