多联机空调系统设计实例解析

多联机空调系统设计实例解析 邵宗义 王瑞祥 北京建筑工程学院 摘 要：通过对某公共文化娱乐场所空调通风系统工程实例设计过程解析，探讨了由多联机、 新风换气、消防排烟及消防补风系统组合而成的建筑空调通风系统形式，通过优化系统设计， 克服了空调通风系统安装空间狭窄的困难，使设计既能满足公共建筑空调系统的舒适性 要求、卫生要求、运行节能的要求，又满足了消防防烟排烟的设计要求，为同类建筑的通风 空调系统的优化设计提供了可借鉴的经验。 关键词： VRV 空调系统 设计 经验 VRV System Designs Example Analysis Shao Zongyi Wang Ruixiang Beijing Institute of Civil Engineering and Architecture Abstract: Based on an example of public buildings, this paper introduces a optimized design of air conditioning system, fresh air system, and fire control and protection system. It can meet the demand on indoor comfort, energy conservation, and fire protection. The design can provide a reference for VRV air conditioning system design of similar buildings. Keywords: VRV air-conditioning system design 1 工程背景 本工程位于北京市某科技园区，是利用周边群楼之间地下建筑改建而成的文化交流、娱 乐和举办演艺活动的场所，属公共娱乐性场所范畴。该建筑耐火等级为一级，层高 4.5 米， 南北长约 30 余米，东西长 50 余米，整体建筑面积近 2000m2 左右。室内设有娱乐包房和休 闲聊吧近 50 个，单个房间的面积多数在 10 ～20 m2 之间，最大的演艺大厅的面积控制在 200 m2 以下。根据建筑防火和安全设计的需要，设有通向地面的四个独立的出入口。 本工程虽不大，但由于是地下公共（娱乐）建筑，使用功能特殊，安全设计要求严格， 对消防设计的要求也较高，如果设计不好，项目报审将无法进行。对于通风空调系统，将受 到环境舒适度、新风卫生、消防防排烟和补风、设备运行节能等因素的制约，所有制约 条件，都使设计变得复杂化。 2 空调及通风系统设计方案的确定 2.1 空调系统负荷特点及对空调系统的使用要求 由于该建筑是位于地下的公共娱乐场所，整体建筑维护结构的热湿负荷相对较小，人员 和设备的热、湿负荷相对较大；房间使用情况不定，负荷变化不均匀；夏季冷负荷较大，冬 季热负荷相对较小；新风负荷较大；本建筑各房间的使用情况变化较大，冷热负荷不均匀且 作者简介：邵宗义 1961 北京建筑工程学院 设备总工，北京西城区展览路 1# 邮编：100044 电话：68316340 传真：64618160 E-mail： shaozongyi@126.com 变化较大，顾客在不同时段对室内温度的要求不同，无法进行集中调节。 由于建筑周边建筑无法为本建筑提供供热热源，空调系统需要冬季供热、夏季供冷。化 娱乐场所应为大家创造一个卫生、舒适的环境，保证公众的健康，要满足房间的舒适性要求 和新风量要求，夏季除湿效果要好。 2.2 通风系统的设置要求 作为地下建筑，需要进行日常通风换气和消防防烟排烟。日常通风可与空调风系统相结 合，消防防烟排烟系统应根据实际需要单独设置或设计排风排烟共用系统，还应按照消防设 计规范要求设置消防补风系统。 2.3 建筑对空调及通风系统的制约条件 由于该建筑的空间非常紧张，地下建筑空间内不能提供锅炉房、制冷机房位置，其主梁 梁下高度只有 3.2 米，过多的风道和设备也无法安装，再从建筑外部条件看，由于该建筑处 于四周房屋的包围之中，原中央空调系统设计方案中的冷水机组无处安装，冷却塔更无处安 放，也无法设置锅炉房等设施。 地下公共建筑的消防安全非常重要，必须按照设计规范和行业标准执行，同时还要满足 该建筑的消防排烟与补风功能，因此，必须通风空调的设计，必须满足舒适性和安全性的要 求，还要兼顾建筑空间小的特点，同时还要考虑运行管理方便、节能。 另外，文化娱乐场所需要使用电子设备，对周边环境的电磁干扰要求较为严格，空调通 风设计中应考虑电磁干扰和谐波干扰问，空调设备及末端设备的噪声必须满足场所的使用 要求。 由于新风量较大，按照《公共建筑节能设计规范》GB50189-2003 的要求，还应考虑空 调系统的运行节能问题， 2.4 通风空调系统设计方案的确定 对上述设计条件进行反复研究，对各种设计方案进行论证，最终初步确定空调系统采用 VRV 多联机配新风换气机的形式，日常通风换气由空调系统新风换气机承担，消防排烟系 统与排风系统共同组成排风排烟共用系统，另行设计消防补风系统。 初步确定了空调系统形式，只是整个设计工作的开始，在整个设计过程中，还必须针对 建筑特点和设备运行特点，具体运行状态和可能出现的问题，使设计方案切实合理可行。 经过多次论证和各专业的配合，最终将几个系统进行整合，制定出合理、可行的优化设计方 案。 例如：为满足公共场所的消防安全需要，需要设置排烟风机，而排烟风机的选择与消防 防烟分区紧密关联，通过合理调节防火排烟分区就可以减小排烟风机的容量、体积和耗电量， 且体积较小的风机更便于安装。为此与建筑专业紧密配合，重新进行防火分区和排烟分区的 划分，有效地降小了排烟风机的容量和体积。 地下公共建筑的空调通风设计，离不开送风、排风以及消防排烟系统和补风系统，在满 足安全条件和使用功能的前提下，如果采用排风排烟共用系统，就减少了一个系统，减少了 设备占用空间，可以通过增加防火阀、排烟阀和旁通阀进行转换，断开新风换气机，与设置 在出入口的补风机一起完成本地下建筑的消防补风任务。采用新风换气机组进行新风与排风 的能量置换，减少了运行能耗最终确定的设计方案将 VRV 空调系统与其他系统有机地结合 起来，形成一个综合的空调通风系统设计方案，整体设计体现出节能、安全、优化的设计理 念。 3 空调通风系统的设计 3.1空调设计参数 该建筑位于北京，其室外空调设计参数见 1。 表 1 空调设计室外参数一览表 夏季室外设计参数 冬季室外设计参数 室外设计干球温度 33.2℃ 室外设计温度 -12℃ 室外设计湿球温度 26.4℃ 冬季室外设计计算相对湿度 45% 夏季通风室外设计计算温度 32℃ 室外冬季平均风速 2.6m/s 大气压力 998.6 hPa 大气压力 1020.4 hPa 按照设计规范要求，该类建筑的室内温、湿度应满足相当于中度体力劳动的人体舒适度 要求，还应该保证各房间内有足够的新风供应。包间内的人员密度按 0.6 人/m2，群集系数 按 0.98 进行计算，包间的新风量按照每人的 25～30 m3/h 考虑。室内空调设计参数参见表 2。 表 2 室内设计参数 室内温度 相对湿度 房间名称 夏季 ℃ 冬季 ℃ 夏季 ％ 冬季 ％ 新风量 m3/h·人 噪声 dB 办公室 26± 2 20±2 55±10 45±10 20～25 45 KTV 包间 26±2 20±2 55±10 45±10 25～30 50 3.2 空调系统的特点 设计中所选用的空调系统形式高效节能，系统机构简单，运行维护管理方便，可实现集 中控制或控制等优点，电磁干扰小，值得一提的是系统可使每个空调房间都成为一个独立的 空气调节区域，配上单独的送风和排风系统，可以实现单独控制。多联机组压缩机采用数码 涡旋变冷媒流量技术，避免产生协波电磁干扰，还可以满足室内不断变化的冷、热负荷要求， 即使在低负荷下运行时，机组的性能系数仍然较高。能真正有效的降低能耗和运行成本。同 时也使室外机与室内机有更佳的匹配关系。 由于多联机室外机占地面积小，一台室外机通过冷媒管路能够向若干个室内机输送制冷 剂液体。且具有冷热兼供、室内温度响应精确迅速、除湿性能好、运行可靠、维护简便等优 点，在特殊条件下应用，具有相当大的优势。 本设计中，由多联机担负房间夏季空调和冬季采暖负荷，采用新风换气机解决场所的新 风和系统节能问题，新风和排风通过设在室外地面上的新风换气机集中进行热交换，然后再 通过风道进入室内的各个送、排风位置，采用新风换气机可减少新风冷热负荷 50～70％左 右，达到节能的目的。图 1 为空调多联机平面布置图。 图 1 多联机空调系统布置平面图 3.3 空调负荷的计算与机组的选择 按照每个房间的冷热设计负荷，并参照室内机组的额定换热量的大小，考虑大小房间气 流组织的要求不同，合理进行机组的选型。接待大厅和演艺大厅等大房间选用多向气流嵌入 式室内机组，小房间采用单向气流机组。由于采用了新风换气机，室内机选型按照承担全部 新风负荷计算，并按照室外机设备容量的 100～110％配备室内机，既保证了空调系统的效 果，又满足了节能要求。 本设计分别按照稳定传热和不稳定传热计算了房间冬季热负荷和夏季房间的冷负荷，然 后根据负荷情况进行室内机组的配型。其负荷计算汇总结果和室内机选型见表 3。 表 3 房间的热湿负荷及室内机选型一览表 面积 人 数 人体 负荷 照明 冷负 荷 新风 热负 荷 新风 冷负 荷 设备散热 冷负荷 总计 室内机选型 室内机 容量 房间 m2 人 W W W W W W 选择机型 台数 W 小包间 1 9.8 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 2 8 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 3 10.6 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 4 13.4 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 5 10.1 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 6 9.2 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 7 9.5 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 8 9.2 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 9 9.2 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 10 9.5 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 11 10.5 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 12 10.5 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 13 10.3 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 14 10.5 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 15 11.5 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 16 10.3 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 17 10.3 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 18 10.3 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 19 10.3 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 20 10.3 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 21 10.3 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 22 10.3 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 23 10.3 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 24 10.3 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 小包间 25 10.3 4 384 100 601 838 160 1482 AVMKH020EA3 1 2000 中包间 1 16.8 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 中包间 2 14.8 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 中包间 3 14.8 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 中包间 4 14.8 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 中包间 5 14.8 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 中包间 6 14.3 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 中包间 7 15.5 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 中包间 8 12.4 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 中包间 9 12.4 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 中包间 10 17.4 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 中包间 11 15.5 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 中包间 12 16.6 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 中包间 13 15.5 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 中包间 14 16.8 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 中包间 15 18.3 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 中包间 16 17.2 8 769 150 1203 1676 160 2755 AVMKH035EA3 1 3500 大包间 1 21.8 15 1442 200 2256 3142 160 4944 AVMCH052EA3 1 5200 大包间 2 21.8 15 1442 200 2256 3142 160 4944 AVMCH052EA3 1 5200 大包间 3 21.8 15 1442 200 2256 3142 160 4944 AVMCH052EA3 1 5200 大包间 4 21.8 15 1442 200 2256 3142 160 4944 AVMCH052EA3 1 5200 大包间 5 22.5 15 1442 200 2256 3142 160 4944 AVMCH052EA3 1 5200 大包间 6 24.6 15 1442 200 2256 3142 160 4944 AVMCH052EA3 1 5200 服务台 1 33 6 577 300 902 1257 135 2269 AVMCH052EA3 1 5200 机房 66.4 3 288 400 451 628 3000 4317 AVMCH052EA3 1 5200 水吧 41 16 1538 300 2406 3352 150 5340 AVMCH070EA3 1 7000 办公室 40 12 1153 200 1203 2514 100 3967 AVMCH052EA3 1 5200 OK 音控室 21.1 3 288 800 451 628 80 1797 AVMKH020EA3 1 2000 等待区 33.4 12 1153 300 1804 2514 130 4097 AVMCH052EA3 1 5200 服务台 2 62.7 12 4347 500 1804 2514 140 7500 AVMCH052EA3 2 10400 音控室 11.6 1 362 500 150 209 140 1212 AVMKH020EA3 1 2000 休息室 11 2 724 150 301 419 200 1493 AVMKH020EA3 1 2000 演艺大厅 192.2 80 28978 7000 16040 16758 340 53076 AVMCH128EA3 6 76800 总计 1150. 465 69976 16550 73332 97406 11935 195867 63 258200 3.4新风系统和排风系统的设计 本设计新风处理方式采用了新风换气机方式，室内的新风直接由设在室外的新风换气机 将排风与新风进行热湿交换后送至各个房间，同时将室内污浊的气体排到室外，实现室内空 气的等量置换，其能量回收率可达到 50%～70%，并配装不同的过滤器，有效地阻止灰尘和 有害气体等污染物进入室内，节约了能源，也减小了室内机的配机容量。 本设计采用两台大型落地式新风换气机，额定风量 15000 m3/h·台，热回收率 72%， 输入功率 13.5kW。由于远距离操作，可选用操作盒控制方式。 本工程设计采用了排风排烟共用系统，系统中设置了必要的防火阀、排烟阀，和控制风 阀，可按照不同的使用情况进行切换。平时送风系统可根据季节和室内外温度情况，选择直 流送风方式或经过新风换气机进行热回收的送风方式，向室内送风。排风系统在正常工作时， 排风将通过新风换气机后排出，当发生火灾时，排风系统中的防火阀作用，通向换气机的通 路被隔断，排风系统转为防排烟系统，烟气直接通过排烟风机排出室外，同时设置在 4 个出 入口的消防补风机启动，进行地下空间的消防补风。本系统设计节约了大量的能源，减少了 机组的配置功率，也降低了运行费用，对于公共建筑尤为适用。空调室外机和其他设备选型 见表 4，室外的新风换气机房平面、剖面见图 2，排风排烟平面见图 3。 表 4 室外机及其他设备选型表 设备名称 机种 型号 数量(套) 100GAM0 1 R140GAM0 2 160GAM0 2 220GAM0 2 中央空调室外机 冷暖型 260GAM0 3 消防排烟风机 GYF－8I 2 屋顶排风机 FDW－6.3# 2 混流消防补风机 SWF－5.5A 5 其他设备 新风换气机 XHB－L150 2 图 2 新风换气机房平面、剖面图 图 3 排风、排烟平面图 4 设计小结 本设计选用的 VRV 空调系统，非常适合空调点位分散和负荷不确定的用户，其运行的 灵活性是集中空调系统无法实现的。VRV 系统可以方便地与新风换气系统、消防排烟系统 进行组合，形成空调通风复合设计方案，满足了建筑空调的舒适性要求、节能要求和消防安 全要求。本工程设计的成功之处在于将 VRV 空调系统与新风系统、排风系统和消防系统有 机地结合在一起，优化了设计方案，满足了众多环节的使用要求，节约了建筑的有效空间， 为 VRV 空调系统的广泛应用提供了一个成功的例证，也为今后同类建筑采用 VRV 空调系 统设计，提供了可借鉴的设计经验。 参 考 文 献 [1].陆耀庆.实用空调供热设计手册.[M] 北京 中国建筑工业出版社,2007 年 [2].邵宗义,王玉峰.钱币博物馆空调工程实例解析.[J]暖通空调 2009;第 39 卷增刊 209-212 [3].邵宗义,王瑞祥 办公建筑应用户式空调实例分析.[J]中国建设信息供热制冷专刊 2007;第 3 期 24-26