某運(yùn)營(yíng)中心VAV 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究

尹怡雯

（科迪（上海）測(cè)試技術(shù)有限公司， 上海 200050）

0 引言

作為全空氣空調(diào)系統(tǒng)的形式之一，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，亦稱VAV 空調(diào)系統(tǒng)（Variable Air Volume System），主要通過(guò)送風(fēng)量調(diào)整，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)。就系統(tǒng)性能而言，VAV 空調(diào)系統(tǒng)具有風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)、定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，具有溫度局部區(qū)域調(diào)節(jié)、高空氣過(guò)濾等級(jí)、空氣質(zhì)量?jī)?yōu)化、節(jié)能（新風(fēng)自然冷源、部分負(fù)荷中風(fēng)機(jī)速度調(diào)節(jié)）等優(yōu)勢(shì)。VAV 變風(fēng)量系統(tǒng)雖然占用安裝空間較大，每層需要設(shè)置空調(diào)機(jī)房，安裝占用高度較多，在同樣的建筑結(jié)構(gòu)中，VAV 變風(fēng)量系統(tǒng)的安裝，相較于風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)安裝，平均每層安裝空間需多出100mm。

盡管如此，VAV 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)也得到了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)業(yè)主青睞。本文研究的項(xiàng)目位于上海，其中的辦公塔樓采用了VAV 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，以此塔樓為例展開(kāi)論述。

1 VAV 空調(diào)系統(tǒng)原理

VAV 空調(diào)系統(tǒng)的工作原理，是根據(jù)空間中的負(fù)荷或?qū)τ诮ㄖ臻g內(nèi)的溫度要求設(shè)定發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)為保持整個(gè)空間內(nèi)的冷熱均衡，通過(guò)自身系統(tǒng)的調(diào)控，末端裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)送入房間的風(fēng)量，從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使房間溫度可以維持在要求區(qū)間，且空調(diào)機(jī)組可以基于末端裝置風(fēng)量變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)頻率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。通常設(shè)計(jì)目的是通過(guò)較少的能源消耗來(lái)達(dá)到建筑空間內(nèi)的空氣環(huán)境的需求。

常規(guī)而言，大型寫(xiě)字樓通常采用大空間平面，且在出租、出售后，可根據(jù)使用要求進(jìn)行二次分隔及裝修，此時(shí)，便于用戶空間劃分需求、末端裝置布置更為靈活的VAV 空調(diào)系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)于一個(gè)需要服務(wù)多個(gè)房間的空調(diào)系統(tǒng)而言，VAV 系統(tǒng)可以隨各個(gè)房間溫度的變化自動(dòng)控制送風(fēng)量，節(jié)能效果明顯。且通過(guò)變頻等控制手段，降低空調(diào)箱送風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，節(jié)省系統(tǒng)運(yùn)行能耗。變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)作為一種新型技術(shù)，其在大型寫(xiě)字樓實(shí)際應(yīng)用中，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、優(yōu)化室內(nèi)空氣質(zhì)量中發(fā)揮的作用十分突出。

2 實(shí)踐項(xiàng)目概況

本文以某企業(yè)運(yùn)營(yíng)中心的VAV 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例展開(kāi)分析，項(xiàng)目的具體位置位于上海浦東新區(qū)周家渡街道，屬于原世博浦東園區(qū)，位于 A13A-02 地塊內(nèi)。其主要的周邊交通為東至國(guó)展路，西至 A13A-01、A13A-04、A13A-03 地塊，南至國(guó)展路、A13A-03 地塊，北至世博大道，西南臨近白蓮涇路。本方案設(shè)計(jì)了3 層地下室，34層的主塔樓，以及5 層配套裙房，建筑總高150 米，總建筑面積約為128581 平方米。該項(xiàng)目塔樓為辦公業(yè)態(tài)，大開(kāi)間設(shè)計(jì)，采用VAV 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)。

3 VAV 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)辦公、商業(yè)、車庫(kù)三種業(yè)態(tài)的負(fù)荷特征做出初步負(fù)荷估算，地上塔樓部分均為辦公用，地上裙房部分為商業(yè)用。根據(jù)表1 可以估算出該項(xiàng)目的冷熱負(fù)載指標(biāo)，其結(jié)果可知為本項(xiàng)目夏季空調(diào)冷負(fù)荷約為 11,129kW，冷負(fù)荷指標(biāo)為134W/m2。冬季空調(diào)總熱負(fù)荷約為6,969kW，熱負(fù)荷指標(biāo)為84W/m2。

表1 空調(diào)負(fù)載估算總結(jié)表

3.2 空氣處理及輸送設(shè)備

每樓層設(shè)2 個(gè)空調(diào)機(jī)房，每個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)2 臺(tái)組合式空調(diào)機(jī)組，可實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能段的優(yōu)化組合。每臺(tái)送風(fēng)量12,000 立方米/小時(shí)。四臺(tái)空調(diào)機(jī)組按朝向分區(qū)，每臺(tái)服務(wù)一個(gè)朝向，空調(diào)機(jī)組為兩管制?？照{(diào)箱送風(fēng)機(jī)選用變頻風(fēng)機(jī)，可適應(yīng)系統(tǒng)風(fēng)量變化。獨(dú)立設(shè)置變頻排風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，寫(xiě)字樓內(nèi)每一樓層設(shè)置相應(yīng)空調(diào)機(jī)房，同時(shí)滿足室內(nèi)壓力平衡，實(shí)現(xiàn)新風(fēng)量-排風(fēng)量聯(lián)鎖控制，季節(jié)過(guò)渡期間，最大程度地利用室外新風(fēng)，達(dá)到節(jié)能目的。變風(fēng)量空調(diào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓根據(jù)風(fēng)管系統(tǒng)的布置、末端裝置的類型、風(fēng)口形式等確定，靜壓為550Pa。

冬季外區(qū)幕墻熱負(fù)荷由地臺(tái)送風(fēng)設(shè)備提供，利用高架地板下的空間作為空調(diào)送風(fēng)的輸配手段，使氣流自下而上，如圖1 所示，提高人員的舒適性。

圖1 地送風(fēng)設(shè)備氣流示意圖

3.3 風(fēng)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在對(duì)風(fēng)管系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于辦公區(qū)進(jìn)深較大，首先對(duì)平面進(jìn)行內(nèi)外分區(qū)。房間一般由圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷、室內(nèi)人員、燈光設(shè)備等負(fù)荷兩大部分構(gòu)成。前者夏季產(chǎn)生冷負(fù)荷而冬季產(chǎn)生熱負(fù)荷，而后者始終產(chǎn)生冷負(fù)荷。由于外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱引起的熱負(fù)荷以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)壁面的冷輻射僅對(duì)靠近外圍護(hù)結(jié)構(gòu)一定范圍內(nèi)的外區(qū)產(chǎn)生影響，以靠近外圍護(hù)結(jié)構(gòu)3m 劃分為外區(qū)，冬季外區(qū)通常需要供熱。而除此之外的室內(nèi)區(qū)域劃分為內(nèi)區(qū)，內(nèi)區(qū)很少受到外圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷的影響，室內(nèi)的余熱量使內(nèi)區(qū)常年需要供冷。

每臺(tái)空調(diào)箱分兩路主送風(fēng)管，一路風(fēng)管供內(nèi)區(qū)，送風(fēng)管接至各單風(fēng)道變風(fēng)量末端；另一路送風(fēng)管供外區(qū)，接至各并聯(lián)型風(fēng)機(jī)動(dòng)力變風(fēng)量末端，末端裝置到送風(fēng)口之間采用消聲措施。為減少風(fēng)管交叉造成的房間凈高降低，采用吊頂式回風(fēng)，回風(fēng)管安裝于吊頂內(nèi)，并于吊頂上均勻布置回風(fēng)口，回風(fēng)位置盡可能避開(kāi)變風(fēng)量末端裝置，控制辦公室噪音。標(biāo)準(zhǔn)層風(fēng)管路由設(shè)計(jì)如圖2 所示，藍(lán)色為送風(fēng)管，紅色為回風(fēng)管。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)層風(fēng)管路由設(shè)計(jì)

3.4 變風(fēng)量末端設(shè)置

該項(xiàng)目選用兩種變風(fēng)量末端裝置，內(nèi)區(qū)選用單風(fēng)道變風(fēng)量末端裝置，約30-40平米為一基準(zhǔn)單位, 每基準(zhǔn)單位設(shè)置一臺(tái)；外區(qū)選用并聯(lián)風(fēng)機(jī)動(dòng)力型變風(fēng)量末端裝置, 約每10-15 平米為一基準(zhǔn)單位，每基準(zhǔn)單位設(shè)置一臺(tái)。

并聯(lián)型風(fēng)機(jī)動(dòng)力變風(fēng)量末端是指增壓風(fēng)機(jī)與一次風(fēng)的風(fēng)閥并排設(shè)置，經(jīng)空調(diào)箱處理后的一次風(fēng)只通過(guò)一次風(fēng)閥而不通過(guò)增壓風(fēng)機(jī)，如圖3 所示。增加風(fēng)機(jī)僅在保持最小循環(huán)風(fēng)量時(shí)運(yùn)行。考慮到冬季時(shí)外區(qū)負(fù)荷降低，送風(fēng)量(新風(fēng)量)因減少而造成不適，外區(qū)使用并聯(lián)風(fēng)機(jī)動(dòng)力型變風(fēng)量裝置可在總送風(fēng)量減少的情況下，混合室內(nèi)回風(fēng)，保證最小循環(huán)風(fēng)量，提高舒適度。增壓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量根據(jù)空調(diào)房間所需最小循環(huán)空氣量選擇，為滿足室內(nèi)新風(fēng)量要求，故而將VAV 系統(tǒng)冬季送風(fēng)量設(shè)定為設(shè)計(jì)送風(fēng)量的30%及以上。

圖3 并聯(lián)型風(fēng)機(jī)動(dòng)力變風(fēng)量末端

3.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

VAV 的末端控制大致可分為總風(fēng)量控制，定靜壓控制及變靜壓控制。該項(xiàng)目使用的是變靜壓控制。變靜壓控制的原理是在末端三分之一處設(shè)置靜壓點(diǎn)，在確保該點(diǎn)靜壓不變后，通過(guò)變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)末端裝置調(diào)節(jié)室內(nèi)風(fēng)量。通過(guò)控制變頻器確定風(fēng)道中靜壓與目標(biāo)點(diǎn)設(shè)定值之差，得到空調(diào)箱實(shí)際送風(fēng)量，從而確定風(fēng)機(jī)頻率。其控制原理如圖4 所示，圖中T 為房間溫度感應(yīng)器，D 為VAV 風(fēng)閥控制信號(hào)，L 為送風(fēng)量感應(yīng)器。

圖4 VAV 控制原理圖

基于房間內(nèi)的溫控器對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷出現(xiàn)變動(dòng)，溫控器溫度檢測(cè)裝置將測(cè)得實(shí)際溫度，一旦測(cè)定值與設(shè)定值之差超出一定數(shù)額，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的末端裝置根據(jù)偏離程度對(duì)房間內(nèi)實(shí)際送風(fēng)量大小進(jìn)行調(diào)控。安裝在空調(diào)室內(nèi)的溫度傳感器可以將溫度信號(hào)傳給PID 控制器，根據(jù)室內(nèi)溫度和設(shè)定值的偏差獲得控制誤差和控制誤差的差異，然后控制動(dòng)作執(zhí)行器，進(jìn)而控制VAV 變風(fēng)量閥。當(dāng)房間負(fù)荷變化時(shí)，PID 控制器不僅可以快速滿足控制響應(yīng)，還可以實(shí)現(xiàn)PID 參數(shù)在線調(diào)整，提高VAV 控制系統(tǒng)的抗干擾能力。當(dāng)實(shí)際送風(fēng)量與系統(tǒng)計(jì)算數(shù)額產(chǎn)生較大偏差時(shí)，末端裝置將對(duì)進(jìn)風(fēng)口風(fēng)閥進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)際送風(fēng)量調(diào)控。

當(dāng)室內(nèi)溫度＞設(shè)定值，末端變風(fēng)量裝置調(diào)節(jié)風(fēng)閥，實(shí)現(xiàn)末端送風(fēng)量上升。此時(shí)，主送風(fēng)管道靜壓下降，現(xiàn)場(chǎng)控制器接收到實(shí)際測(cè)量值，通過(guò)實(shí)測(cè)值-設(shè)定值比較，變頻風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)，確保送風(fēng)量增加、主送風(fēng)道的靜壓恢復(fù)。當(dāng)室內(nèi)溫度＜設(shè)定值，末端變風(fēng)量裝置調(diào)節(jié)風(fēng)閥，實(shí)現(xiàn)末端送風(fēng)量下降。冬季期間，由于空調(diào)箱始終提供冷風(fēng)，當(dāng)室內(nèi)溫度低于設(shè)定，末端送風(fēng)量減小，這時(shí)，主送風(fēng)管道的靜壓點(diǎn)會(huì)上升，空調(diào)箱的風(fēng)機(jī)頻率會(huì)隨之減小以維持靜壓。末端變風(fēng)量裝置在減小送風(fēng)量的同時(shí)保證最小新風(fēng)量。

4 系統(tǒng)調(diào)試

為滿足設(shè)計(jì)要求，VAV 空調(diào)系統(tǒng)在施工完成后必須經(jīng)過(guò)一系列的調(diào)試，方能達(dá)到使用功能。VAV 空調(diào)系統(tǒng)調(diào)主要包括系統(tǒng)風(fēng)量平衡調(diào)試及聯(lián)合調(diào)試（也稱 BA調(diào)試）兩個(gè)方面。

空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量平衡的實(shí)現(xiàn)，旨在將系統(tǒng)內(nèi)各支管段風(fēng)量調(diào)整到設(shè)定數(shù)值，確保送達(dá)VAV BOX 的風(fēng)量大于或等于設(shè)計(jì)最大風(fēng)量的數(shù)值。在此過(guò)程中，需要保證全部VAV BOX 電動(dòng)風(fēng)閥的開(kāi)度達(dá)到80%～90%，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)。調(diào)節(jié)單個(gè)VAV系統(tǒng)各空調(diào)分區(qū)送風(fēng)量、回風(fēng)量、排風(fēng)量達(dá)到平衡；同時(shí)完成送、回風(fēng)管道的水力平衡調(diào)試。調(diào)試過(guò)程中，VAV-BOX 試運(yùn)轉(zhuǎn)最好達(dá)到100%，為BA 調(diào)試做好準(zhǔn)備工作，需逐一檢查壓力傳感器是否出現(xiàn)堵塞情況，若出現(xiàn)則應(yīng)使用打氣筒開(kāi)展吹掃工作。

調(diào)試開(kāi)始時(shí)，首先進(jìn)行VAV BOX 出口支管的風(fēng)平衡，調(diào)節(jié)每個(gè)多出風(fēng)口手動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，確保風(fēng)口實(shí)現(xiàn)均勻出風(fēng)。待VAV BOX 風(fēng)量調(diào)整平衡后，固定各調(diào)節(jié)閥手柄，以顏色區(qū)分做好手柄位置標(biāo)示，填寫(xiě)調(diào)試記錄。

5 結(jié)論

VAV 變風(fēng)量系統(tǒng)是一種能夠滿足節(jié)能和舒適要求的通用空調(diào)系統(tǒng)，在寫(xiě)字樓項(xiàng)目應(yīng)用日漸廣泛，但VAV 空調(diào)系統(tǒng)安裝調(diào)試、風(fēng)量平衡調(diào)試工作量巨大，存在問(wèn)題仍然較多。在此根據(jù)某運(yùn)營(yíng)中心的VAV 空調(diào)系統(tǒng)布局分析，為項(xiàng)目的VAV空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了參考，為項(xiàng)目的建設(shè)與開(kāi)發(fā)提供了實(shí)踐性的案例，其項(xiàng)目建設(shè)不但具有實(shí)踐性意義，且可為同類問(wèn)題提供解決思路與分析途徑。