变风量空调系统设计及末端设计经验正文

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北京市建筑设计研究院   刘燕华

  摘要       本文重点是介绍VAV变风量空调系统在“北京第五广场”工程设计中的应用。回顾VAV变风量空调系统的原理、国内外发展概况、优缺点、变风量空调系统代表类型、变风量空调末端分类等；阐述了工程设计中VAV变风量空调系统设计负荷计算要点及经验、风量的确定、系统设计、末端选择、噪声控制、自控等。以本人在“北京第五广场”的工程实践提供了地台送风（一种变风量末端）的设计与常规吊顶中VAV末端设计的各自特点、设计要点。给广大一线设计人员提供一个设计经验及参考。 关键词      变风量空调  变风量地台送风  节能  定静压控制  末端设计   1．变风量空调系统概述 1．1 变风量空调系统定义： 变风量（Variable Air Volume）空调系统是根据室内空调负荷的变化或室内参数要求的改变，通过自动改变送风量（也可在达到最小送风量时调节送风温度）来控制某一空调区域温度和保证室内空气压力的空调系统。 变风量空调系统由空气处理机组（AHU）、新风/排风/送风/回风管道、变风量末端装置（VAV Box）和房间温度传感器（TE）等控制装置组成。一般为上送、上回（采用灯具组合风口或普通回风口，吊顶回风）、上排。如下图：〔参考文献1 P1页〕                          图1. 变风量空调系统组成 1．2 变风量空调系统的代表类型： 变风量（VAV）空调系统于二十世纪60年代始创于美国，由于它的节能等优点目前已成为美国的主流空调系统。北美VAV空调系统特点：大温差、低温送风、每层单台AHU （空气处理机组）、末端多采用串联风机动力型。压力无关型变风量末端控制箱的风速传感器采用皮托管型。 在日本二十世纪90年代以后的新建或改建建筑基本都采用变风量（VAV）空调系统。日本VAV空调系统特点：常温差、常温送风、每层多台AHU （空气处理机组）、末端多采用单风道末端。压力无关型变风量末端控制箱的风速传感器采用风速计（有超声波型、磁电感应型、热电型）。 诱导型VAV空调末端是一种在北欧广泛采用的VAV末端，特别是对空气品质要求较高的医院病房或办公。诱导型VAV末端是指经过集中处理的一次风（可以是低温送风）由风机送入空调房间内的诱导器中，诱导室内回风后再送入房间。诱导器是分设于室内的末端装置，它由静压箱、进气装置（喷嘴，VAV调节阀）和盘管（又称二次盘管，也有的不设盘管）等组成。一次风（新风）进入诱导器的静压箱，经喷嘴以高速射出（20～30m/s）。由于喷出气流的引射作用，在诱导器内造成负压，室内空气（即回风，又称二次风）被吸入诱导器，一、二次风相混合由诱导器风口送出。AHU空调机房占地面积小。 我国于80年代末开始应用变风量（VAV）空调系统，多以北美的VAV系统为主。 在中国香港,80年代以后新建的著名建筑中有80%以上采用VAV系统,且多数为单风道系统,外区末端装置内设电加热器。部分建筑如汇丰银行等采用地台送风的VAV系统。   2． 变风量空调系统的特点、常用的末端空调系统对比、关于VAV地台送风空调系统的认识与经验 2.1变风量空调系统的特点： 变风量空调系统最大的特点就是：可根据人的舒适要求及时提供最佳舒适度、节能、无凝结水管道、无积水盘的霉菌污染问题以及房间分隔的灵活性。当然，目前在国内，变风量空调系统也代表着建筑物的档次、品位以及业主的经济实力。 2．2 本人对常用的末端空调系统的对比总结： 近3年多来,本人负责设计了四个顶级写字楼项目,分别是位于CBD的“光华国际”（21.3万平米）、位于东二环的“北京第五广场” （12.13万平米）、位于东三环的“雪莲大厦二期” （超高层150米高，9.27万平米）和位于东三环外的“北京科航大厦” （8.9万平米）；这四个项目空调系统分别采用：“光华国际”办公为四管制风机盘管+新风；“北京第五广场” 办公为VAV空调系统、裙房商业为全空气集中式空调系统或四管制风机盘管+新风；“雪莲大厦二期” 办公为VAV空调系统；“北京科航大厦” 办公为分区2管制风机盘管+新风，五星级酒店为四管制风机盘管+新风。在设计之初的方案设计阶段，业主均要求做充分的论证，我在冷热源方案的确定、末端空调系统的确定上均做了调研，考察了典型工程、查阅各种资料，现就其中的“办公建筑常用的末端空调系统对比”列表如下： 办公建筑常用的末端空调系统对比表   “风机盘管+新风”空调系统 “变风量地台送风”空调系统 “冷却吊顶+置换通风”空调系统 “变风量”VAV空调系统 优点 控制简单， 安装调试技术要求低， 初投资成本低， 空调机房面积较小。 房间分隔改动灵活， 变频风机节能， 节省设备安装空间、相对顶送VAV提高净高， 噪音较低， 无滴漏水隐患，在较潮湿、干净、炎热的气候下空气质量好，提升项目档次， 安装调试较简单， 施工期短。 系统运行经济， 提高了室内的空气品质， 噪音低， 具有良好的热舒适环境， 施工安装方便， 同一般系统相比能耗最低， 空调机房面积较小。 根据人的要求及时提供最佳舒适度， 房间分隔改动灵活， 变频风机节能， 过渡季节可利用全新风， 消除室内过冷过热现象， 噪音较低， 吊顶无滴漏水， 室内噪音较低，施工安装方便。 缺点 舒适度一般， 房间分隔不容易灵活改动， 噪音高， 维修频繁， 空气质量较差，舒适度差， 滴水漏水影响内装， 施工要求高。 初投资成本高， 因加高地板会遇到楼层高度、楼梯和电梯停靠位置、卫生间地面的抬高等问题，须综合考虑； 空调机房面积较大， 北京冬季气候不适合。 初投资成本高， 辐射盘管的外观不能满足经常改变室内吊顶造型及房间分隔的需要， 冷冻水须维持在室内空气露点温度以上防止结露， 因加高地板会遇到楼层高度、楼梯和电梯停靠位置、卫生间地面的抬高等问题须综合考虑， 过度季无法利用全新风。 初投资成本较高， 安装调试技术要求高、难度大， 设备安装空间要求高， 空调机房面积较大。 投资费用 100% 约140%~170% 约160%~170% 约130-150% 节能效果 100% 约60~85% 约80% 约50~85% 维修费用 100% 约80% 约70% 约80% 占用空间 较少 少 一般 高 舒适度 一般 较好 较好 好 噪音 较大 较小 较小 较小 卫生条件 有“水”污染、不能全新风、 无回风带来的交叉污染 无“水”污染、 能全新风、 有回风带来的交叉污染 有“水”污染、 不能全新风、 无回风带来的交叉污染 无“水”污染、 能全新风、 有回风带来的交叉污染 水系统 复杂、难平衡 简单、易平衡 复杂、难平衡 简单、易平衡、可采用大温差低温送风 可靠/耐用性 维修较多 维修较少 维修少 维修较少 免费制冷 过渡季节时较难利用全新风 过渡季节时较难利用全新风 过渡季节时无法利用全新风 过渡季节时能利用全新风 设计难度 计算内容少，计算简便，设计周期短 计算内容较多，计算复杂，计算结果要求精确，设计周期较长 计算内容多，计算复杂，计算结果要求较精确，设计周期较长 计算内容最多，计算复杂，计算结果要求精确，设计周期最长