某办公大楼的冰蓄冷及变风量空调设计

1、某办公大楼的冰蓄冷及变风量空调设计论文作者：杨鹏摘 要：介绍了该工程的冰蓄冷系统设计，讨论了变风量空调系统设计中的内外 区划分、房间分隔、新风、噪声、末端装置选择等问题，并提出一些参考建议。 关键词冰蓄冷变风量空调系统1工程概况该工程位于北京望京科技工业园区内，项目定位为高标准写字楼。总建筑 面积约为17.3万m2,其中地下建筑面积为5.6万m2,地上建筑面积为11.7万 m2,建筑高度96.20m。地下部分3层，地下2层为车库（兼人防物资库），地下 一层为车库和机电设备用房，地下夹层为车库、物业办公室以及员工餐厅等。地 上建筑分为A,B,C三座塔楼，均为写字间。2设计参数及计算条件2.1办公

2、室设计参数：夏季设计十球温度为24C，相对湿度为55%，冬季设计 十球温度为22 C，相对湿度为45%。2.2计算条件：人员密度0.1人/m2,新风量40m3/人，照明发热量16W/m2,电 子设备发热量25W/m2。2.3建筑维护结构：玻璃幕墙性能要求传热系数1.8W/m2 - K,遮阳系数0.5； 每层实墙高度0.8m，墙体传热系数0.8W/m2 - K；屋顶传热系0.6W/m? - K。2.4全楼中央空调总耗冷量为11683kW,空调冷指标为67.5W/m2,中央空调总 耗热量为8308kW,空调热指标为48W/ m2 （以上指标已包含热回收节省冷热量）。3冷热源及空调水系统空调冷源采用

3、制冷量为1865KW双工况螺杆式冷水机组4台，制冷量为 1920kW基载螺杆式冷水机组1台。空调热源由锅炉房提供65/55 C热水。空调水系统根据使用功能及负荷特点而分为内区及外区两大环路，各环路 均为双管制系统。外区通过设于冷冻机房内的电动阀切换冷热水，内区常年供冷。 4 冰蓄冷系统4.1空调负荷：设计日总冷负荷132069kWh,设计日总蓄冰冷负荷35650kWh, 设计日连续空调总冷负荷96519kWh。4.2系统设计：制冷主机与蓄冰装置串联式，主机位于上游的单循环系统。空 调制冷系统为间接式，冷冻机房内采用载冷剂，空调末端采用冷冻水，二者通过 板式热交换器分隔。制冷系统为静态制冰，为非

4、完全冻结式，蓄冰周期按24h设 计。载冷剂采用重量比为25%的工业抑制性乙烯乙二醇溶液。4.3冰蓄冷设备：制冰装置采用钢盘管，管内融冰，管外蓄冰，钢盘管安装于 混凝土蓄冰槽内。制冷主机采用4台双工况螺杆式冷水机组，在蓄冰工况下运行 温度为一6/ 3.4 C，在空调工况下运行温度为5.6/10.6 C，冷却水温度为 32/37 C。冷却塔、冷却水泵、乙二醇溶液泵、板式换热器均与冷水机组一一对 应设置，冷却水泵和乙二醇溶液泵各设1台备用泵。冷却水泵和乙二醇溶液泵定 流量运行，冷冻水泵配变频控制装置变流量运行。乙二醇溶液泵为单级，兼作蓄 冰泵、融冰泵和空调冷冻泵。冰蓄冷系统流程见图14.4运行策略：

5、部分负荷蓄冰条件下采用蓄冷空调系统设计工况下的冷机优先 控制策略，总蓄冰量约占设计日空调负荷总量的22%。蓄冰系统共有4种运行工 况，每种工况的模式为：4.4.1主机制冰时段：此时段为电价低谷段，双工况主机满负荷制冰储存，以备 白天电价高峰时使用。4.4.2主机供冷时段：此时段一般处于电力平峰段，在部分负荷下只需运行主机 即可满足冷负荷需求。实行主机优先运行，冷量完全由主机提供，乙二醇不流经 蓄冰槽而直接进入板式热交换器。此工况仅作为非常规情况下的应急措施，一般 不会采用。4.4.3冰槽融冰供冷时段：此时段为电价高峰时段，冷负荷完全由融冰满足，此 间主机、冷却塔、冷却水泵均停止运行，将系统的高

6、峰用电量降至最低，最大限 度节约用电。当建筑物冷负荷降低时，可增大单融冰时段，尽量节约电费。4.4.4冰槽融冰与主机制冷联合供冷时段：此时段处于电力高峰阶段，主机优先， 主机全部或部分满负荷运行，不足冷量由融冰满足，节约电费。此时板式换热器 冷端入口温度恒定在3.3 C。运行策略对应设计日逐时冷负荷平衡表见图24.4.5在非设计工况下（即平时空调冷负荷小于设计日冷负荷的状况）采用释冷 优先控制策略。既保证主机在高效下运行，又使得夜间蓄冰在白天全部用完，降 低运行电费，实现蓄冰制冷系统负荷均衡、综合效益最大化运行。4.5小结：在半年的运行中，冰蓄冷系统移峰填谷、平衡用电负荷的特性降低 了电力增容

7、及运行费用，提高电能的利用率和发电设备的运行效益，缓解电力紧 张状况。5 变风量系统设计5.1在VAV系统设计中，首先进行内、外分区。参考相关资料，本设计将距房 间外墙5m以内的室内区域作为外区，其余部分办公区作为内区。空调机组按内 外区分别设置，水系统亦按上述空调风系统的分区为依据设置。对不同朝向的外区房间划分在一个系统中可能引起的冷热不均问题，本工程 是基于以下几点考虑的：第一，由于建筑物朝向原因，每一外立面均有两个不同 朝向；第二，考虑过渡季节供冷工况下东北朝向房间在某些时刻可能偏冷，设置 带电热盘管的VAV未端装置；第三，本工程外立面为全幕墙结构，西南向房间过 渡季、冬季中午可能会偏热

8、，为此而改变内外区划分或增设单独服务的空调机组 工程投资将增大，建议用户采取遮阳措施或者开门通风增强内外区空气对流等措 施解决；第四，按照外区进深为5米划分后的内外区面积基本相同，新风量相同， 原新风立管系统可以维持不变（在采用VAV系统前原设计是风盘加新风系统，楼 层功能按照敞开式办公设计，每层的新风由置于屋顶或地下的两台相同新风机通 分别过两个新风立管提供），标准层空调平面见图3。图3标准层空调平面 /5.2负荷计算和设备选型：将内外区细分为若干温度控制区域，每个温度控制 区对应一个VAV末端，分别逐时计算各区冷热负荷，按照最大冷负荷及送风温差 计算一次风最大风量选取VAV末端，按照各区逐

9、时负荷最大值及送风温差选取空 调箱。5.2.1关于温控区域划分时，作者建议有条件时尽量要求业主或者装修单位提供 详细的划分资料，否则温控区域划分过大，使末端设备过大，并会影响温度控制 及温度精度及噪声等问题；而温控区域划分过小会使末端设备与控制设备过多， 投资过大。本工程设计时是按照业主提出的开敞式大空间方案考虑，送回风口均 采用灯盘风口，每个外区温控区域面积约50m2,内区约65m2，而实际交付使用时 外区大都被分割成1020m2左右的独立办公室，由此带来几个问题：第一，每 个房间不能单独控制温度，装设在公共区域的温控器设置频繁变化，直接造成 VAV系统的频繁波动影响系统稳定性；第二，办公区

10、采用灯盘风口，灯盘数量确 定后送风口面积很难增大，而某些区域被分割成数个朝向不同的房间，对每个房 间而言负荷发生较大变化，但是送风量已很难随之调整。造成房间的冷热不均。 第三，当某区域功能变为会议室等人员密集场所时，新风量很难达到设计标准。 第四，当房间划分过多或内外区分隔较严密时会增加回风阻力，影响VAV系统的 空气循环。VAV系统大多采用吊顶集中回风，实际工程中吊顶内所剩空间很小， 而且有的房间还可能根据消防要求隔墙都隔到上层楼板底，吊顶不能成为连通 整体。作者建议在吊顶内考虑预留回风通道或者在气流死角增设风机等设备，办 公条件允许也可以选用百叶门。5.2.2本工程外区选择风机驱动串联型变

11、风量末端装置，内区选择单风道变风量 末端装置。外区房间负荷减少时，为维持室内设定温度，一次风相应减少，二次 风增加，但总送风量不变，室内气流组织较稳定，换气效果好，人的舒适感较好， 大部分房间换气次数在10次/h以上；内区房间冷负荷较为稳定，送风量变化不 大，房间换气次数大都达到6次/h，房间舒适感业主也较满意。5.3新风供给与室内空气品质：本工程新风系统采用新风集中处理热回收方 式，新风机组送排风机分别配置变频器，采用转轮式热回收装置，在每层新风入 口设置定风量装置CAV,各楼层回风管内安装CO2传感器。5.3.1新风集中处理，并且内外区新风分别由不同新风机组提供，不仅减小楼 层空调箱负荷，

12、增强了其稳定性，也减少了新风能耗。但是受集中新风系统风道 尺寸限制难以实现较大幅度的变新风比运行。5.3.2本工程新风负荷占比较大，因此采用新风集中处理热回收方式。可回收 总冷量为1566kW，可回收总热量为2989 kW，回收后实际总冷量约为计算总耗冷 量88.2%，回收后实际总热量约为计算总耗热量73.5%。5.3.3新风机组采用变频调速，可以保证系统静压的同时实现风机节能。5.3.4设置定风量装置CAV作用：保证楼层空调箱一次风总风量发生变化时， 新风量不变以保证室内空气品质的要求；各楼层新风量可由控制系统方便地再设 定；不使用楼层可关闭新风CAV。5.3.5回风管内安装CO2传感器，既

13、可监视室内空气品质，又能控制新风量。5.3.6除空调器配备相应过滤装置外在FPB二次风入口配一次性空气过滤器， 建议物业管理在日常运行管理中密切监视空调箱过滤段的终阻力检测报警装置， 及时清洗或更换过滤器，严格控制吸烟，室内空气品质应得到有效保障。5.4噪声控制：由于本工程楼层空调箱机房是由原新风竖井改造而成，机房面 积不足只能订制厂家非标产品，设备性能的不确定性增加，噪声曾经是业主颇为 担心的问题，因此在设计阶段与就专业消声工程公司配合设计解决楼层空调箱的 消声问题。对变风量末端的箱体材质、消声隔热层、风阀阀片性能、风机等参数 做出严格要求，并建议业主选用质量可靠的产品，对吊顶材料消声性能、变风量 末端消声静压箱、风口静压箱消声性能提出具体要求，要求风口前接1.5m以上 的消声软管，回风口位置尽可能避开末端等施工要求。采取上述措施后满足办公 室噪声标准NC-35,用户反应良好。5.5自动控制：系统采用定静压控制