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 高潔

 中元國際（上海）工程設(shè)計研究院有限公司

摘  要：本文以上海市某實際工程為例，詳細(xì)介紹了變風(fēng)量空調(diào)糸統(tǒng)的系統(tǒng)分區(qū)、負(fù)荷計算、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置、變風(fēng)量末端的選擇與計算以及末端送風(fēng)口的選擇等內(nèi)容，并進行了一些設(shè)計總結(jié)。

關(guān)鍵詞：變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)分區(qū)末端選擇送風(fēng)口選擇

 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)(VAV，Variable Air Volume)是全空氣空調(diào)系統(tǒng)的一種形式，它的出現(xiàn)不僅解決了傳統(tǒng)定風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)使房間過冷或過熱的現(xiàn)象，還解決了風(fēng)機盤管加新風(fēng)系統(tǒng)易發(fā)生冷凝水污染吊頂及產(chǎn)生噪音等問題。此外，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)還有著能在送風(fēng)溫度不變的情況下，使空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)空氣品質(zhì)良好、部分負(fù)荷時節(jié)能優(yōu)越以及空調(diào)區(qū)域控制靈活等優(yōu)點。近年來隨著人們對室內(nèi)空氣品質(zhì)的逐步重視，變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)已開始廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各類高級辦公建筑、商業(yè)建筑中。本文通過具體的工程設(shè)計實例，對上海市某研發(fā)樓研發(fā)辦公區(qū)域變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)進行了相關(guān)的介紹，以供參考。

1  工程概況

 本工程位于上海張江高科開發(fā)區(qū)內(nèi)，為辦公研發(fā)二類高層，總建筑面積為62769.67 m2，建筑高度30 m。地下室為設(shè)備用房和機械停車庫，地上部分西側(cè)為6層研發(fā)辦公區(qū)（包括研發(fā)實驗室和研發(fā)辦公室），東側(cè)為4層工程中心（研發(fā)預(yù)留）。本文僅對西側(cè)6層研發(fā)辦公區(qū)的研發(fā)辦公室區(qū)域的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)進行介紹。

2  變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

2.1室內(nèi)外空調(diào)設(shè)計參數(shù)

 表1為室外空氣計算參數(shù)，表2為室內(nèi)空氣計算參數(shù)。

對于劃分內(nèi)、外區(qū)的變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，冬季供熱時存在內(nèi)、外區(qū)之間的冷、熱氣流混合，為防止混合損失，外區(qū)冬季設(shè)計溫度比內(nèi)區(qū)低1～2℃，為20℃。

2.2空調(diào)系統(tǒng)分區(qū)

 對溫濕度沒有特殊要求的建筑，建筑外區(qū)的4個朝向基本可以劃分在同一個系統(tǒng)中，采用相同的送風(fēng)溫度，通過調(diào)整送風(fēng)量，各個朝向的房間在大多數(shù)時間內(nèi)都可以滿足溫度要求，只有南向房間在冬季和過渡季節(jié)會偏熱。根據(jù)資料顯示，外區(qū)進深一般可取2～5 m，當(dāng)房間進深小于8m時，可不分內(nèi)、外區(qū)，均作為外區(qū)。

 本項目地上2層到6層為標(biāo)準(zhǔn)層，標(biāo)準(zhǔn)層研發(fā)辦公區(qū)域分為左右部分，如圖1所示，左邊辦公區(qū)域是一個封閉矩形，建筑進深為16 m左右，內(nèi)外分區(qū)以外圍護結(jié)構(gòu)3m以內(nèi)作為界限。右邊辦公區(qū)域是一個彎曲的形狀，建筑進深為8.6m左右，不劃分內(nèi)外區(qū)，全為外區(qū)。本項目對溫濕度無嚴(yán)格要求，故將外區(qū)的4個朝向劃分為同一個系統(tǒng)中。

2.3空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷計算

 建筑外區(qū)在冬季受外圍護結(jié)構(gòu)傳熱、滲透等影響，需供熱才能維持室內(nèi)溫度要求，而內(nèi)區(qū)不僅沒有圍護結(jié)構(gòu)的熱損失，而且又存在人員、燈光以及設(shè)備的散熱，需供冷以滿足室內(nèi)溫度要求。因此在變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中，夏季內(nèi)外區(qū)同時供冷，冬季外區(qū)供熱，內(nèi)區(qū)供冷。

  采用空調(diào)負(fù)荷計算軟件對各空調(diào)區(qū)域的冷、熱負(fù)荷進行計算，劃分內(nèi)外區(qū)的區(qū)域需分別計算內(nèi)外區(qū)的冷、熱負(fù)荷以便于變風(fēng)量末端的選擇。

  標(biāo)準(zhǔn)層左側(cè)辦公區(qū)域建筑面積為400 m2，右側(cè)辦公區(qū)域建筑面積為920m2。負(fù)荷計算結(jié)果如表3所示，表中冷負(fù)荷為冬、夏季冷負(fù)荷最大值。

2.4變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置

  標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)有2個空調(diào)機房，左邊辦公區(qū)域內(nèi)、外區(qū)共用一套空調(diào)系統(tǒng)；右邊辦公區(qū)域全為外區(qū)，使用一套空調(diào)系統(tǒng)。本項目空調(diào)新風(fēng)通過連接屋面的新風(fēng)豎井與各層空調(diào)回風(fēng)混合后經(jīng)空調(diào)機組進行過濾、熱濕處理，再通過風(fēng)管輸送到各變風(fēng)量末端�？照{(diào)排風(fēng)經(jīng)各層熱回收空調(diào)機組回收能量后通過排風(fēng)豎井集中排至屋面。

2.5變風(fēng)量末端裝置選擇

 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)末端裝置有多種形式，應(yīng)用較多的是單風(fēng)道型和風(fēng)機動力型，而風(fēng)機動力型末端裝置又可分為并聯(lián)式和串聯(lián)式兩種，三種末端裝置的特點如表4所示。由表4可以看出，串聯(lián)風(fēng)機型的噪音比較大，連續(xù)不間斷運行能耗也比較大，考慮到辦公區(qū)在工作期間對噪音控制較為嚴(yán)格，故不考慮串聯(lián)風(fēng)機型末端裝置。

  本項目內(nèi)區(qū)選擇單冷型單風(fēng)道末端裝置，左邊辦公區(qū)域為封閉小空間，考慮到冬季外區(qū)供熱，若采用單風(fēng)道型末端裝置，可能無法滿足室內(nèi)的換氣次數(shù)要求，故該外區(qū)選擇帶加熱盤管的風(fēng)機動力型末端裝置。而右邊辦公區(qū)域為開放式大辦公區(qū)域，全部為外區(qū)，對氣流組織要求比較低，結(jié)合初投資和運行的經(jīng)濟性比較，采用冷熱型單風(fēng)道末端裝置。

 本項目變風(fēng)量末端采用壓力無關(guān)型，即根據(jù)室溫偏差計算設(shè)定風(fēng)量，檢測風(fēng)量并根據(jù)風(fēng)量的偏差控制風(fēng)閥開度。

2.6變風(fēng)量末端送風(fēng)量計算

2.6.1送風(fēng)溫度的確定

 項目位于上海，屬夏熱冬冷地區(qū)，全年冷負(fù)荷較大，“過冷再熱”需求少；冬季、過度季節(jié)室外氣溫較高，有效利用低溫新風(fēng)供冷時間較小。此外，降低送風(fēng)溫度可減小系統(tǒng)風(fēng)量，節(jié)省風(fēng)機輸送能耗，減小機房面積，可降低初投資成本�？紤]到風(fēng)機節(jié)能、設(shè)備機房面積初投資等因素，本項目采用較低的送風(fēng)溫度，送風(fēng)溫差取11℃。

2.6.2末端送風(fēng)量計算

 變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)區(qū)全年供冷，按冬、夏季最大冷負(fù)荷選擇變風(fēng)量末端。外區(qū)夏季供冷，冬季供熱，選擇變風(fēng)量末端時，首先按冬、夏季的最大冷負(fù)荷計算出系統(tǒng)風(fēng)量，再按冬季最大熱負(fù)荷選擇加熱器，此外，還需按計算出的夏季送風(fēng)量校核冬季末端供熱時的送風(fēng)溫度，如果送回風(fēng)溫差大于8℃，則需按供熱量重新設(shè)計末端的送風(fēng)量。

 1)左邊研發(fā)辦公外區(qū)送風(fēng)量。由表3知，外區(qū)室內(nèi)冷負(fù)荷為13.4 kW，室內(nèi)熱負(fù)荷為5.1 kW，濕負(fù)荷為0.2 g/s，熱濕比為25500 kJ/kg，新風(fēng)量為450 m3/h。本項目采用變風(fēng)量一次回風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，空氣處理流程及h-d圖如圖2所示，計算得到最大送風(fēng)量為3625 m3/h，最小送風(fēng)量為最大送風(fēng)量的30～40%且要滿足所需的最小新風(fēng)量，經(jīng)計算，最小送風(fēng)量為1450 m3／h。該外區(qū)變風(fēng)量末端為并聯(lián)風(fēng)機型，風(fēng)機風(fēng)量取一次風(fēng)最大風(fēng)量的60%，為2175 m3/h。

 2)左邊研發(fā)辦公內(nèi)區(qū)送風(fēng)量6由表3知，內(nèi)區(qū)室內(nèi)冷負(fù)荷為16.4 kW，濕負(fù)荷為0.9 g/s，熱濕比為27444 kJ/kg，新風(fēng)量為1950 m3/h。按上述方法計算得到最大送風(fēng)量為4000 m3/h，最小送風(fēng)量為取最小新風(fēng)量，為1950 m3/h。

 3)右邊研發(fā)辦公外區(qū)送風(fēng)量。由表3知，外區(qū)室內(nèi)冷負(fù)荷為69.9 kW，濕負(fù)荷為1.69 g/s，熱濕比為41360 kJ/kg，新風(fēng)量為3100 m3/h。按上述方法計算得到最大送風(fēng)量為18453 m3/h，最小送風(fēng)量取最大送風(fēng)量的40%，為7380 m3/h。

 考慮到二次裝修會將大空間辦公區(qū)域分隔成多個小空間，故每個內(nèi)區(qū)外區(qū)均設(shè)置多個變風(fēng)量末端，每個末端的風(fēng)量按所承擔(dān)的風(fēng)口數(shù)量計算，所有末端風(fēng)量累積應(yīng)滿足各個內(nèi)外區(qū)最大、最小風(fēng)量要求。

2.6.3外區(qū)送風(fēng)量校核

 由表3知，冬季內(nèi)區(qū)熱負(fù)荷全為新風(fēng)熱負(fù)荷，無室內(nèi)熱負(fù)荷，而冬季外區(qū)熱負(fù)荷一部分由新風(fēng)產(chǎn)生，一部分由室內(nèi)產(chǎn)生，室內(nèi)產(chǎn)生的熱負(fù)荷主要由外圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。故每一層的組合式空調(diào)機組內(nèi)設(shè)置加熱盤管，用于加熱新風(fēng)，由圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的熱負(fù)荷由外區(qū)變風(fēng)量末端加熱盤管實現(xiàn)。此外，空調(diào)機組設(shè)加濕裝置，用于冬季內(nèi)外區(qū)空氣加濕。

 1)左邊研發(fā)辦公外區(qū)送風(fēng)量校核。由表3知，冬季室內(nèi)熱負(fù)荷為5.1 kW，按2.6.2計算得到的最大送風(fēng)量送風(fēng)，由焓濕圖計算得到冬季送風(fēng)狀態(tài)點溫度為25.8℃，已知室內(nèi)狀態(tài)點溫度為22℃，則送風(fēng)溫差為3.8℃。送回風(fēng)溫度小于8℃，較合適。

 2)右邊研發(fā)辦公外區(qū)送風(fēng)量校核。由表3知，冬季室內(nèi)熱負(fù)荷為19.1 kW，按2.6.2計算得到的最大送風(fēng)量送風(fēng)，由焓濕圖計算得到冬季送風(fēng)狀態(tài)點溫度為24.8℃，已知室內(nèi)狀態(tài)點溫度為22℃，則送風(fēng)溫差為2.8℃。送回風(fēng)溫度小于8℃，較合適。

2.7末端送風(fēng)口選擇

 對于單風(fēng)道末端裝置和并聯(lián)風(fēng)機型末端裝置來說，末端送風(fēng)口的風(fēng)量隨室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷的變化而變化，在風(fēng)量最小時，送風(fēng)口的射程也必將減小，容易使房間的氣流組織惡化，因此需合理選擇送風(fēng)口。國外通常采用空氣分布特性指標(biāo)ADPI來評價房間的氣流組織，如果ADPI達(dá)到80%，則可認(rèn)為是較好的氣球組織效果。有關(guān)研究試驗表明在變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)中，采用條縫型散流器，ADPI可保持在80%以上，故本項目采用氣流貼附性能較好的條縫型散流器送風(fēng)。

3  結(jié)論

 本文通過工程實例，介紹了負(fù)荷計算、系統(tǒng)分區(qū)、末端選擇與計算、送風(fēng)口選擇等內(nèi)容，主要獲得以下結(jié)論：

 1)當(dāng)建筑平面進深較大的時候，需進行內(nèi)外分區(qū)，按建筑外墻3m左右為外區(qū)，其余為內(nèi)區(qū)。當(dāng)建筑進深在8m左右時，全部視為外區(qū)。

 2)在選擇變風(fēng)量末端時，內(nèi)區(qū)末端送風(fēng)量應(yīng)按冬、夏季內(nèi)區(qū)最大冷負(fù)荷來計算，外區(qū)末端送風(fēng)量首先按冬、夏季最大冷負(fù)荷來計算，再按冬季最大熱負(fù)荷選擇加熱器，最后需校核末端供熱時的送風(fēng)溫度，若送回風(fēng)溫差大于8℃，需按供熱量增加外區(qū)末端送風(fēng)量。

 3)大空間辦公區(qū)域應(yīng)設(shè)置多個變風(fēng)量末端，每個末端可帶多個送風(fēng)口且盡量每個末端配置一個溫度傳感器，二次裝修時，將同一個末端所帶的送風(fēng)口劃分至同一區(qū)域。

 4)選擇末端送風(fēng)口時，為保證良好的氣流組織和舒適性，選擇貼附性能較好的條縫型散流器送風(fēng)。