1、北京某写字楼变风量空调系统设计浅析摘要：结合北京市某写字楼变风量空调系统的设计实例，浅析变风量空调系统设计中关于末端选择计算过程，送回风口布置原则以及系统内外分区原则。 关键词：变风量空调系统末端选择送回风口布置原则系统分区原则 中图分类号：TB494 文献标识码：A 0 变风量空调系统原理 变风量（VAV：Variable Air Volume）空调系统工作原理：当室内负荷发生变化时，变风量末端机组根据室内温度调节送风量，以维持室内设计温度。由于室内冷负荷和湿负荷的变化并不完全同步，满足温度调节要求时，不一定能满足湿度调节的要求。另外，当房间负荷很小时，送风量有可能过小，导致房间得不到足够量
2、的新风，影响人体舒适感。因此变风量末端机组均设有新风定风量阀门，保证送入室内的新风量满足人体舒适性要求。 变风量系统最大的优点是节能。空调系统全年大部分时间都处于部分负荷运行状态，因此变风量系统通过改变送风量控制室内温度，可以很大幅度的减少送风机的动力消耗，根据模拟测算1，风量为额定风量的 50%时，风机功率仅为额定功率的 15%。变风量空调系统的另一优点是可以把新风直接作为冷源，直接用于消除内区冷负荷，同时大幅提升室内空气品质。变风量空调系统还有许多其他优点，如无冷凝水，系统灵活性、兼容性好，结果简单、易损件少等。 变风量系统的缺点是分管较多，对建筑层高有一定要求，机房面积相对较大。 1 工
3、程简述 1.1 工程概况 项目位于北京市西城区金融街，是一栋建筑高度 78m 的 5A 级办公楼，总建筑面积 47954.6 m2。地下 4 层，地上 18 层。地上 15 层功能为商业用房、银行、高级餐厅，618 层均为办公用房。 1.2 系统内外 1.2.1 系统分区原则 现代办公建筑大多进深比较大，同时具有多个朝向，内外区房间常常有不同的冷热反映，冬季在一些大厦内区办公的客户常常反映偏热，内外区的房间温差有时甚至可能要高达 4，冷热不均是现代写字楼的一个普遍问题2。对现代写字楼来说，设置隔断是租户的习惯行为，隔断对内外区的影响很大，只要内外区房间之间有隔断，空气不能很好的流通，冬季和过渡
4、季节就会使得外区供暖的同时内区需要供冷。因此在变风量系统的设计中，只要标准层的进深超过能划分隔断的最小可能尺寸，比如 35m，设计者就应坚持内外分区的原则，内外分区后两个系统需要分别布设水管。 对温度有特殊要求的写字楼，可以考虑按照朝向来细化分区，东、西和北三个朝向的房间处于同一个系统，南向单独设置系统，水系统则可以共用，这样两个系统可各自控制送风温度，四个朝向的房间都可以满足要求，基本不会出现在冬季和春秋季南向房间偏热现象，但是此种设计会导致机房面积增加，需要设计师统筹考虑，权衡利弊。 项目无此特殊温度控制要求，因此南向区域未独立分区。 1.2.2 本项目分区情况 本项目为该建筑加建塔楼，内
5、外分区以外围护结构以内 5m 作为分界。 2 负荷计算及已知条件 项目标准层为大开间办公，分区以外围护结构内 5m 为界，负荷计算时为末端选取方便，把大开间办公按跨距划分成很多小房间进行计算。标准层采用一个变风量系统，系统同时为内、外区服务。 在末端计算之前，需要进行的相关计算包括：本层的总冷负荷、总热负荷、各房间的冷负荷、热负荷、各房间最小新风量等。 已知条件和负荷计算结果如下。标准层建筑面积 2153m2，办公使用面积 1846m2。夏季室外计算干球温度 33.5，湿球温度 26.4；冬季室外空调计算干球温度-9.9，相对湿度 44%。夏季办公室内空调设计温度24，相对湿度 50%65%；
6、冬季办公室内空调计算温度 22，相对湿度30%。人员密度为 10m2/人（按建筑面积计算） ，即 7m2/人（按使用面积计算） 。以外区房间 W1 和内区房间 N1 为例，外区房间 W1：使用面积43 m2，人数为 6，逐时冷负荷最大值 7.47kW，余湿量 0.59kg/h；热负荷最大值 2.09kW，余湿量 0.59 kg/h；区房间 N1：使用面积 44 m2，人数为 6，冷负荷 2.2kW，余湿量 0.58kg/h。 3 变风量空调系统末端选择 3.1 变风量空调系统末端设备介绍 变风量末端装置品种繁多，各具特色，尽管变风量末端装置的形式各种各样，但是在我国民用建筑中使用最多的是按房间
7、送风方式划分的单风道型和风机动力型变风量末端装置。其中风机动力型变风量末端装置分为并联式和串联式。本项目选择并联式末端装置，以下着重介绍内区单风道及外区并联式末端设备选择计算过程。 表 1 末端装置的基本特点与适用范围3 串联式末端装置 并联式末端装置 单风道型末端装置 风机 供冷、热期间连续运行 仅小风量供冷和供热期间运行 无风机 出口送风量 恒定 变化 变化 出口送温度 供冷时因一、二次风混合可提高送风温度；再加热时阶跃温升 大风量供冷时送风为一次风，故送风温度不变；小风量供冷时和供热时，一、二次风混合，送风温度变化，辅助加热时阶跃温升 供冷型或冷热型送风温度不变；再热型供热时阶跃温升 风
8、机容量 一般为一次风量设计值的 100%130% 一般为一次风量的60% 无风机 噪声源 风机连续噪声+风阀噪声 风机间歇噪声+风阀噪声 仅风阀噪声 3.2 内区单风道变风量末端设备选择4 末端设备选择计算需要用到湿空焓湿图作为辅助工具，对湿空气状态参数及处理过程进行计算。 3.2.1 确定夏季一次风送风状态点： （1）已知室内设计状态点为：温度 24，相对湿度 50%，在 h-d 图上确定夏季室内状态点； （2）由于机房面积有限，机组的风量受到限制因此送风温差取 10，一次风送风温度为 14。 （3）根据本层整层冷负荷及余湿量计算出热湿比线，利用焓湿图计算得到整层空调机组送风量及夏季一次风送
9、风状态点。 3.2.2 确定夏季内区房间 N1 的送风量： （1）根据房间 Q 冷=2.2kW，W=0.58kg/h 计算热湿比=13119kJ/kg； （2）由上述计算已经确定一次风送风状态点； （3）已知室内设计状态点为：温度 24，相对湿度 50% 根据以上条件绘制焓湿图，经过计算得到内区房间 N1 夏季送风量为520m3/h，此风量为单风道末端的送风量，最小风量为该房间最小新风量，即为 6 人 x40m3/h=240 m3/h。根据以上数据即可进行末端设备选型。 3.3 外区并联风机变风量末端设备选择 末端设备选择计算需要用到湿空焓湿图作为辅助工具，对湿空气状态参数及处理过程进行计算。
10、并联式末端设备构造如下图 1 所示。 图 1 并联式末端设备图 2 并联式设备冬季计算过程焓湿图 3.3.1 夏季一次风送风状态点计算在上述单风道末端计算过程中已述及。 3.3.2 夏季外区房间 W1 最低送风量： （1）已知 W1 房间 Q 冷=7.47kW，W=0.59kg/h 计算热湿比=45458kJ/kg； （2）一次风送风状态点如单风道计算结果； （3）已知室内设计状态点为：温度 24。 由上述条件，根据焓湿图绘制过程线，即可求得外区房间 W1 夏季最大送风量为 2050m3/h。此为并联风机变风量末端的最大风量。 3.3.3 确定冬季一次风送风状态点 （1）已知冬季内区总冷负荷及
11、总余湿量，得到热湿比=17020kJ/kg； （2）已知室内设计状态点为：温度 22，相对湿度 30% （3）设定送风温差 t=3 由上述条件，根据焓湿图绘制过程线，即可求得冬季内区送风量，与单风道末端设备送风量进行校核，之后便可求得冬季内区送风状态点。3.3.4 确定冬季外区房间 W1 一次风最小送风量、风机风量、再热盘管加热量： 3.3.4.1 如上图 2 所示，并联式变风量末端空气处理过程为，吊顶回风 N经过热水盘管加热到 C2 与一次风 C1 混合为状态点 O，送入室内。 3.3.4.2 确定送风状态点 O： （1）已知 W1 房间冷负荷及余湿量，得到热湿比 =-15870kJ/kg；
12、 （2）已知室内设计状态点为：温度 22，相对湿度 30% （3）设定送风温差 t=6 由上述条件，根据焓湿图绘制过程线，即可求得 W1 房间末端送入风量为 1350 m3/h，从而确定送风状态点 O。 3.3.4.3 吊顶内温度略高于室内温度，取 N温度为 23。 3.3.4.4 吊顶回风 N加热至 C2 状态点的过程视为等含湿量加热，由此可知 C2 点含湿量。 3.3.4.5 一次风 C1 即为前述计算结果。 由上述条件，根据焓湿图（如图 2 所示）绘制过程线，即可求得一次风送风量为 720，风机风量为 1350-720=630 m3/h。 3.3.4.6 已知 N和加热后的状态点 C2，
13、即可求得再热量为 4.5kW。 4 内外分区间的气流混合及送回风口布置原则3 4.1 内外分区间的气流混合 在冬季，内、外区中同时存在冷、热负荷。如内、外区之间无隔断，向内、外区同时供冷、供热，将产生分区间的气流混合，这就是冷、热空调同时运行的特有现象。室内混合损失预防措施： （1）外区设定温度尽可能保持比内区低 12。 （2）改善外围护结构热工性能，降低外区热负荷和外区供热设备容量。 （3）适当降低内区变风量空调系统送风温度。 （4）变风量空调系统的送风一般应选择扩散性较好的散流器或条缝散流器。 4.2 送回风口布置原则 每个小区域都有一个末端设备维持该区域的温度恒定，其温度传感器测量室内温
14、度并设定温度对比调整风阀开度。送风口均匀分布，回风口布置在内外区的边界，可采用单层格栅风口，为配合装修也可采用条缝风口。回风口布置在床边，在夏季可直接吸走从外墙传入的热气流，冬季一部分内区的回风会流经外区后才被抽走，因内区温度较高，可以承担一部分外区热负荷，从而实现节能。 5 总结 本文通过某写字楼作为实例，从负荷计算、系统分区到末端选择计算机风口布置原则，详细讲述了变风量末端设计过程，并推荐了最优的风口布置原则。 参考文献： 1金宁，李春旺，胡桂林，李生飞上海某办公楼变风量空调系统设计运行分析J暖通空调，2012,42(4)：60-63 2薛志峰，江亿变风量空调系统设计中的系统分区问题J暖通空调，2003,33(1) 3叶大法，杨国荣 变风量空调系统设计 4刘燕华，闫?，刘鹏变风量空调系统末端计算与选型J 暖通空调，2009,39(11)：96-103
