VRV空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計探討
——以中國科技館某機房為例

王文淵

（中國科學(xué)技術(shù)館，北京 100012）

0 引言

多聯(lián)機具有能耗低、熱舒適性高、安裝便捷等優(yōu)勢，集變頻、變?nèi)莸燃夹g(shù)于一體，通過不同容量機組的組合滿足不同規(guī)模建筑物的要求，具有節(jié)能、舒適、控制靈活等特點，其市場規(guī)模不斷擴大。VRV（Variable Refrigerant Volume）是一種變制冷劑流量多聯(lián)機系統(tǒng)，最早由日本大金公司于1982年研發(fā)，經(jīng)過多年的技術(shù)改善和革新，已經(jīng)在世界各地得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。VRV空調(diào)系統(tǒng)由制冷劑管路連接室內(nèi)機和室外機，通過控制室外機中壓縮機的制冷劑循環(huán)量和進入室內(nèi)換熱器的制冷劑流量，從而達到滿足室內(nèi)冷、熱負荷要求和控制室內(nèi)溫度的目的，每臺室內(nèi)機可以自由的運轉(zhuǎn)或者停止。采用VRV空調(diào)系統(tǒng)有如下特點：各個房間可以單獨控制和調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，滿足不同房間不同空調(diào)的負荷要求；系統(tǒng)中沒有大型風(fēng)管、水管，減少管路占用空間，適用于無水管房間；通過冷媒蒸發(fā)的方式進行室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)，無需二次換熱，工作效率較高；室外機采用高效率壓縮機，EER較高，可在變負荷場所應(yīng)用。

本文以中國科技館某機房為例，在原有機房內(nèi)分體空調(diào)制冷效果不佳的情況下，分析VRV空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用，從而滿足機房室內(nèi)溫度高效控制的要求。

1 工程概況和設(shè)計要點

中國科技館新館位于奧林匹克公園內(nèi)，于2009年9月16日建成開放，是實施“科教興國戰(zhàn)略”“人才強國戰(zhàn)略”“創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略”，促進公眾理解科學(xué)，提高全民科學(xué)素質(zhì)的國家級綜合性大型科普設(shè)施。中國科技館場館內(nèi)展廳采用變風(fēng)量系統(tǒng)中央空調(diào)形式，影院等大空間系統(tǒng)采用定風(fēng)量全空氣空調(diào)系統(tǒng)，部分公共區(qū)域、辦公室、衛(wèi)生間等采用VRV空調(diào)系統(tǒng)。本工程對中國科技館內(nèi)某機房的空調(diào)系統(tǒng)改造進行設(shè)計，機房面積約45m，機房內(nèi)無窗并且機房門一般處在關(guān)閉狀態(tài)。機房內(nèi)電氣設(shè)備較多，目前使用一臺3匹容量柜式分體空調(diào)用于制冷，高溫天氣下機房內(nèi)溫度略高。

本項目設(shè)計要點主要有：

（1）滿足機房內(nèi)冷負荷要求。由于近幾年機房內(nèi)用電設(shè)備增多、發(fā)熱量增大，機房內(nèi)出現(xiàn)極端高溫天氣下溫度過高情況，由機房要求的溫度20～230°C升高至26～280°C，甚至更高，不利于機房內(nèi)電氣設(shè)備正常工作，存在安全隱患。同時，由于業(yè)務(wù)發(fā)展，新的大功率發(fā)熱設(shè)備又將陸續(xù)進入機房，對機房供冷設(shè)備提出更高要求。

（2）提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。機房內(nèi)電氣設(shè)備較多，安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。高溫天氣下，如何確保運行中部分制冷系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，機房內(nèi)溫度仍能達標(biāo)，是需要著重考慮的地方。

（3）積極響應(yīng)國家節(jié)能政策，采用節(jié)能空調(diào)制冷設(shè)備。新設(shè)備應(yīng)能根據(jù)機房內(nèi)的負荷變化自動調(diào)節(jié)供冷量，負荷低時能耗下降，運行費用降低。

（4）由于機房位置特殊，項目實施后，施工周期要盡可能短，房間吊頂?shù)葏^(qū)域破壞要盡可能小。機房內(nèi)部空間有限，盡可能少占用機房面積，機房吊頂管路密集，不適用大型管路安裝施工。

（5）若采用VRV空調(diào)系統(tǒng)，系統(tǒng)冷媒管的等效長度宜不超過70m；室外機變頻設(shè)備應(yīng)與其他調(diào)頻設(shè)備保持合理的距離，防止相互干擾；冷媒管的管徑、管材和管道配件等應(yīng)按產(chǎn)品技術(shù)要求選用。

2 機房空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計分析

2.1 設(shè)計方案

機房空調(diào)系統(tǒng)必須依據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進行設(shè)計，同時結(jié)合項目現(xiàn)場特點給予優(yōu)化。目前，常見的改善室內(nèi)溫度措施有增裝分體空調(diào)、風(fēng)機盤管、中央空調(diào)、VRV空調(diào)等，本項目空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)該確定采用何種空調(diào)系統(tǒng)。本項目中由于分體空調(diào)室外機安裝位置和管路長度限制，新增分體空調(diào)的室外機無合適位置安裝，故不適合增裝分體空調(diào)。機房內(nèi)電氣設(shè)施設(shè)備較多，房間特點決定風(fēng)機盤管不適用，而中央空調(diào)初期投資較大，也不適用于本項目。故計劃在機房內(nèi)增裝VRV空調(diào)室內(nèi)機a、b，制冷管路分別與相鄰房間A的2套VRV空調(diào)系統(tǒng)連接（見圖1），通過增加制冷系統(tǒng)從而確保達到機房內(nèi)溫度適宜的目的。

圖1 機房增裝VRV空調(diào)室內(nèi)機位置圖

為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性，改造完成后，機房將出現(xiàn)3套相互獨立空調(diào)系統(tǒng)：原分體空調(diào)及2套獨立的VRV空調(diào)系統(tǒng)。機房內(nèi)冷負荷較低時可開啟分體空調(diào)，負荷升高時再開啟1臺或者2臺VRV空調(diào)室內(nèi)機。3套空調(diào)系統(tǒng)之間可互為備用，互不影響。

2.2 室內(nèi)機選擇

VRV空調(diào)室內(nèi)機的形式根據(jù)機房的功能、使用和管理要求來確定，為保證機房內(nèi)空氣氣流合理，室內(nèi)機選擇四面出風(fēng)型室內(nèi)機并進行吊頂安裝，型號為MMU-UP0241HYF-C。

室內(nèi)機的容量需要根據(jù)機房內(nèi)冷熱負荷確定。由于機房內(nèi)為電氣設(shè)備，對運行溫度上限有嚴(yán)格要求，故僅需要考慮機房的冷負荷，控制機房內(nèi)溫度上限。目前單位面積冷負荷約為150W/m，機房內(nèi)分體空調(diào)制冷量7.2kW?？紤]到夏季極端天氣和近期機房內(nèi)設(shè)施設(shè)備增容等需要，經(jīng)過測算，需要確保單位面積制冷量不低于300W/m，總制冷量不低于13.5kW。選擇室內(nèi)機數(shù)量2臺，制冷量均為7.1kW。

設(shè)計完成后，機房內(nèi)3套空調(diào)系統(tǒng)（分體空調(diào)，VRV空調(diào)室內(nèi)機a、VRV空調(diào)室內(nèi)機b）制冷量分別為7.2kW、7.1kW、7.1kW，空調(diào)總制冷量為21.4kW，根據(jù)室內(nèi)溫度需要，負荷很低時，開啟分體空調(diào)，負荷升高后，再開啟1臺VRV空調(diào)室內(nèi)機，總制冷量＞13.5kW，滿足機房預(yù)期冷負荷增量的需要。同時，有1臺VRV空調(diào)室內(nèi)機備用，滿足安全、穩(wěn)定運行的需要。

通過經(jīng)驗值校核如下：經(jīng)查詢國外部分建筑空調(diào)設(shè)計指標(biāo)概算值，計算機房冷負荷為（190～380）W/m。本項目機房面積約45m，冷負荷估計8.55～17.1kW。原有的1臺分體空調(diào)制冷量僅為7.2kW＜8.55kW，通過增加2臺室內(nèi)機后，當(dāng)任意2套空調(diào)系統(tǒng)工作時，制冷量均大于14kW，滿足概算值要求。

2.3 室外機選擇

機房增裝的室內(nèi)機分別接入房間A的2套VRV空調(diào)系統(tǒng)，即使用房間A空調(diào)系統(tǒng)的室外機。房間A有2套獨立的VRV空調(diào)系統(tǒng)，每個系統(tǒng)均有2臺室外機，室外機型號均為MMY-MHP1204HT8-CF1，2套獨立的VRV空調(diào)系統(tǒng)容量均為24 HP。房間A室外機布置在屋頂，高度約45米，屋頂較空曠，無其他調(diào)頻設(shè)備相互干擾，室外機排風(fēng)順暢，散熱性良好。

2.4 容量匹配

本項目選擇的VRV室內(nèi)機品牌和房間A的VRV空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)機、室外機為同一品牌。經(jīng)查詢設(shè)備品牌系統(tǒng)容量限制：室內(nèi)機連接數(shù)≤48臺；當(dāng)室內(nèi)機之間高差≤15米時，室內(nèi)機容量最大為室外機容量的135%；當(dāng)室內(nèi)機之間高差＞15米時，室內(nèi)機容量最大為室外機容量的105%。

機房新增的2臺室內(nèi)機和房間A空調(diào)系統(tǒng)中所有室內(nèi)機之間高差均小于15米，故室內(nèi)機容量最大為室外機容量的135%。房間A現(xiàn)有的2套VRV空調(diào)系統(tǒng)各增加一臺7.1kW室內(nèi)機后，室內(nèi)機占室外機容量的比值分別為：121.67%、125.83%，均小于135%。同時，2套系統(tǒng)室內(nèi)機連接數(shù)均小于25臺，室內(nèi)機和室外機容量匹配滿足要求。

2.5 制冷劑選擇

R410a制冷劑具有穩(wěn)定、無毒、性能優(yōu)越等優(yōu)點，是一種新型環(huán)保的制冷劑。本項目選擇制冷劑為R410a。

2.6 管路選擇

經(jīng)過計算和校核，機房新增的2臺室內(nèi)機和房間A空調(diào)系統(tǒng)冷媒管的總等效長度＜70m，配管總長度＜135米，銅管液管口徑為9.5mm，銅管氣管口徑為15.9mm，分歧管采用73T。銅管焊接中焊口也是最容易出問題的地方，也是后期運行中易出現(xiàn)制冷劑泄漏的地方，由有焊接作業(yè)資質(zhì)的工作人員施焊，做到焊口均勻、規(guī)則、光滑、無虛焊、無脫焊等，按規(guī)范進行管路的壓力和真空試驗等。管道支架進行防腐處理，涂防銹漆和保護漆。

2.7 控制系統(tǒng)選擇

由于機房附近有機房值班人員的辦公室，同時機房內(nèi)溫度設(shè)定、運行模式和控制要求較為特殊，故本系統(tǒng)VRV空調(diào)室內(nèi)機未與整個VRV空調(diào)集控系統(tǒng)連接，采用機房內(nèi)單獨控制的方式進行溫度調(diào)節(jié)。

機房新增的2臺VRV室內(nèi)機獨立控制并獨立調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度，線控器型號選擇為RBC-ASCU11-C，數(shù)量是2個。每臺線控器均可以對室內(nèi)溫度、風(fēng)量大小、運行模式等進行設(shè)置和顯示，也能就地控制室內(nèi)機啟動和停止。

2.8 冷凝水排水管路選擇

為了保證室內(nèi)機冷凝水排水管排水順暢，機房新增的2臺VRV室內(nèi)機冷凝管沿著水流方向有一定坡度（約1%），冷凝水管與現(xiàn)有分體空調(diào)冷凝水管連接，由地漏統(tǒng)一排出室外。

3 結(jié)語

根據(jù)本項目設(shè)計，機房內(nèi)新增2臺VRV空調(diào)室內(nèi)機后，在暑期高溫等極端天氣下機房內(nèi)溫度適宜，改造完成后經(jīng)過多次測溫，機房內(nèi)溫度均能控制在22℃左右，3個制冷系統(tǒng)切換正常，達到機房空調(diào)系統(tǒng)預(yù)期改造效果。與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，VRV空調(diào)系統(tǒng)有明顯的優(yōu)勢，但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，VRV空調(diào)系統(tǒng)仍然需要不斷優(yōu)化。實際運行后，本項目所設(shè)計的空調(diào)系統(tǒng)在以下幾個方面仍存在繼續(xù)完善和改進的地方。

（1）管路檢修不便。由于VRV空調(diào)系統(tǒng)管路復(fù)雜煩瑣、運行工況多變，經(jīng)常會發(fā)生各類故障，如四通閥故障、制冷劑泄漏、電子膨脹閥卡死和泄漏、冷凝器臟污等。針對本項目，由于室內(nèi)機系統(tǒng)擴容，存在冷媒管路切割和重新焊接的情況，位置均在吊頂內(nèi)，并且管路較長，一旦發(fā)生冷媒泄露，漏點查找難度較大。

（2）系統(tǒng)運行的節(jié)能策略。本項目VRV空調(diào)系統(tǒng)投入運行后，需要根據(jù)機房內(nèi)實際溫度情況調(diào)整控制策略，統(tǒng)籌房間內(nèi)溫度要求和空調(diào)系統(tǒng)開啟臺數(shù)，在保證機房內(nèi)溫度合適的前提下，降低空調(diào)制冷系統(tǒng)運行的能耗。

（3）冷凝水存在泄漏的風(fēng)險。雖然VRV空調(diào)室內(nèi)機冷凝管路設(shè)計存在一定的坡度，但是在實際運行中可能出現(xiàn)管路堵塞導(dǎo)致冷凝水泄漏的情況發(fā)生，工作人員應(yīng)該在日?？照{(diào)系統(tǒng)運維中加強巡視，一旦發(fā)現(xiàn)管路堵塞要及時清掃，并且將定期清掃作為設(shè)備維護的項目之一。

（4）機房內(nèi)空氣質(zhì)量控制有待提高。由于位置限制，機房內(nèi)無自然通風(fēng)窗口和機械通風(fēng)系統(tǒng)，機房內(nèi)無新風(fēng)。在機房內(nèi)直接引入新風(fēng)系統(tǒng)不但增加造價，而且風(fēng)管等布置由于場地限制也受限。后期在機房內(nèi)空氣質(zhì)量（包括顆粒物濃度、細菌數(shù)等）凈化方面需要進一步研究，保證機房內(nèi)空氣質(zhì)量安全、衛(wèi)生。