連載· 44 |《變風量空調系統》——7.2 珠江城大廈柔性中央空調系統設計應用
2018-05-11
7.2.1工程簡介
珠(zhu)江城(cheng)(cheng)大(da)廈(sha)(sha)是中國(guo)煙草總公司廣(guang)東省公司投資(zi)的(de)經營性項目，定位為國(guo)際超甲(jia)級寫字樓，并配套商(shang)務餐(can)飲(yin)、商(shang)務會所、高級會議(yi)中心、環景(jing)大(da)廳等功能。珠(zhu)江城(cheng)(cheng)大(da)廈(sha)(sha)位于廣(guang)州珠(zhu)江新(xin)城(cheng)(cheng)核心區(qu)，作為廣(guang)州未(wei)來的(de)中央商(shang)務區(qu)（CBD），代表(biao)了這(zhe)個生(sheng)機(ji)勃(bo)(bo)勃(bo)(bo)南(nan)方大(da)都市的(de)品質(zhi)和尊貴。
珠江城提出的“零能耗”設計理念大打“節能低碳牌”， 綜合運用風力發電、太陽能發電、輻射制冷結合變風量置換通風、高性能幕墻、日光感應及人員感應控制等先進技術，是國際上首座綜合運用這些技術的超高層建筑。珠江城不僅室內環境高品質，而且空調全面能耗還很低。2017年經廣東(dong)建科(ke)院測試，每平方建筑面積空調(diao)年耗電量28.4kWh。
大樓標(biao)高309.4m，地下6層、地(di)上71層，總建(jian)筑面積(ji)214355m2，其(qi)中地上建筑面積(ji)為169243m2，地下建筑面積(ji)為45112m2。
7.2.2 基(ji)于絕對含濕量VAV控制的柔性中央空(kong)調設計
1、冷熱源系統
工(gong)程制冷系統總(zong)裝(zhuang)機冷負荷為15964kW，由3 組(zu)共(gong)6臺640RT 的大溫差(cha)串聯冷(leng)水機(ji)組(zu)制冷(leng)系統以(yi)及2 臺螺桿式熱泵(beng)機(ji)組提供，冷(leng)水進出水溫(wen)度為16/6℃；大樓59~71 層辦公樓的空調總裝機冷負荷為1872kW，新風處理冷源由帶(dai)全熱(re)熱(re)回(hui)收溶液除濕新風機組提供。
工程供熱(re)系統總(zong)裝(zhuang)機熱(re)負荷為 2000kW，由2 臺284.5RT 的螺(luo)桿(gan)式水冷熱泵冷機組提供(gong)，熱水進出溫度為(wei)34/39℃；大樓59~71 層辦公(gong)樓的空調總裝機熱負荷為453kW， 由帶全熱(re)回收的風冷熱(re)泵(beng)式溶(rong)液除濕(shi)新風機組提供。
冷(leng)熱源系統原理如圖7-9 所示，其(qi)主要設備如圖7-10 所(suo)示。
圖7-9 冷(leng)熱源系統原(yuan)理圖
圖7-10 主要設備
2、干式末端(duan)系統(tong)
工程9F-70F辦(ban)公區(qu)域的空調系統采用(yong)溫、濕度(du)獨立控制的柔性(xing)空調系統。新(xin)風承(cheng)擔室(shi)內(nei)的全部濕負(fu)荷(he)和部分顯(xian)熱負(fu)荷(he)，其(qi)余顯(xian)熱負(fu)荷(he)由冷(leng)輻射板(ban)和主動冷(leng)梁(liang)承(cheng)擔（見圖7-11、圖7-12）。本工(gong)程的(de)空調系(xi)統(tong)分(fen)內(nei)、外(wai)(wai)區(qu)(qu)系(xi)統(tong)，外(wai)(wai)區(qu)(qu)采(cai)用主(zhu)動(dong)冷(leng)梁、內(nei)區(qu)(qu)采(cai)用金屬(shu)吊(diao)頂冷(leng)輻射(she)系(xi)統(tong)，外(wai)(wai)區(qu)(qu)主(zhu)動(dong)冷(leng)梁可以及(ji)時的(de)捕獲外(wai)(wai)圍護結構的(de)得熱和滲透(tou)進來的(de)熱濕空氣，并加以處(chu)理(li)，確(que)保內(nei)區(qu)(qu)冷(leng)輻射(she)板的(de)安全運行。
圖7-11 冷輻射板
圖7-12 主(zhu)動冷梁
冷輻(fu)射空(kong)調系統房(fang)間的(de)舒適(shi)溫(wen)度通常可比傳統空(kong)調高 1~2℃，這樣可以降(jiang)低(di)空(kong)調(diao)冷 負荷，節省能源(yuan)消耗(hao)；由于冷輻射系(xi)(xi)統為自然對流和輻射傳(chuan)熱(re)，沒有循環風機，可以節 省大量的風機能耗(hao)；另外(wai)溫、濕度獨立控制系(xi)(xi)統使用冷凍水的品位高低(di)分明，冷輻射板 和主動冷梁的供(gong)回水溫度為 16/19℃，為大(da)溫差冷凍(dong)水系(xi)統和(he)冷凍(dong)水梯級利用系(xi)統創造 了條件，大(da)大(da)提高了系(xi)統綜(zong)合效(xiao)率。
3、VAV新風系統
工(gong)程新風采用 VAV 地板置換新風系(xi)統(tong)（見圖 7-13、圖 7-14），VAVTMN 的(de)送風量 由房間絕對含濕(shi)量確(que)定。另外采(cai)用壓(ya)力控制的(de)排氣(qi)系(xi)統，控制房間的(de)正壓(ya)。
圖 7-13 VAV 地板(ban)置換新風(feng)系統(tong)示(shi)意圖
圖 7-14 VAV 新風系統(tong)控制原理圖
VAV 新(xin)風(feng)系統采用(yong)雙級靜壓控制策略。第一級：樓層變(bian)風(feng)量控制，根據新(xin)風(feng) VAV 閥(fa)(fa)門開度調節樓層電動風(feng)(feng)閥(fa)(fa)開度（變(bian)靜壓(ya)(ya)控(kong)制策略）；第(di)二級：新(xin)風(feng)(feng)機組(zu)變(bian)頻(pin)控(kong)制，根 據新(xin)風(feng)(feng)管(guan)靜壓(ya)(ya)變(bian)化(hua)調節新(xin)風(feng)(feng)機組(zu)風(feng)(feng)機頻(pin)率（定靜壓(ya)(ya)控(kong)制策略）。如圖 7-15、圖 7-16 所示。
圖 7-15 新風壓力無關 VAV 濕度控制模式
圖 7-16 新風 VAV 變靜壓控制策略邏輯圖
7.2.3 空調系統運行測試
廣(guang)州建設工程(cheng)質量(liang)安(an)全檢測中(zhong)心有限公司，于 2013 年 9 月 2 日(ri)至 9 月 7 日，對珠 江城項(xiang)目進(jin)行(xing)檢測，并出具《珠江城基(ji)于絕對濕度控制(zhi)的冷(leng)輻射空調系統測試報告(gao)》。
檢測依(yi)據：GB 50411—2007《建筑節(jie)能工程施(shi)工質量驗收(shou)規范》；DBJ 15-65—2009《廣東省建(jian)筑節能工程施工質量驗收規范》；GB 50189—2005《公共建筑節能(neng)設計標準(zhun)》； DBJ 15-51—2007《〈公(gong)共建筑(zhu)節能(neng)設計標準〉廣東(dong)省實施細則(ze)》；GB 50243—2002《通風與(yu)空調(diao)工程施工質量(liang)驗收規范》；項(xiang)目相關(guan)技術資料（設(she)計圖樣(yang)等）。 項(xiang)目測試階(jie)段只有 11~13 樓投(tou)入使用，因此選定(ding) 13 層作為測試樓層。測試過程(cheng)中將 14~22 層(ceng)和 9~10 層的各(ge)層新風(feng)支(zhi)管上的定風(feng)量(liang)調(diao)節閥(fa)的風(feng)量(liang)值設定為(wei)額定風(feng)量(liang)的 30%，11~13 層(ceng)按原設計(ji)運行。
7.2.3.1新風(feng)對(dui)房間含(han)濕量控(kong)制的(de)穩定性測試
當(dang)室內(nei)濕度發(fa)生(sheng)變化時(shi)，測試 VAV 風量(liang)控制室內絕對(dui)含濕量(liang)的(de)穩定性。先(xian)將房間濕度處理(li)到7.8g/kg 以下，當室內人員密度發(fa)生變化(hua)(hua)時，室內濕負荷也發(fa)生相應變化(hua)(hua)。開啟(qi)VAV并將室內絕對含濕量設定為7.8g/kg，觀察并(bing)記錄(lu)房間溫濕(shi)度變化、VAV 閥門開度以及(ji)風量變化情況(kuang)。
下午14:20，觀測(ce)房(fang)間內無人，此(ci)時溫度為24.4℃，含濕(shi)量為(wei)7.4g/kg。14:30 房(fang)間(jian)內陸續有人進(jin)入，房(fang)間(jian)濕負荷升高(gao)，15:30 以后室內人員(yuan)陸續走出房(fang)間，房(fang)間濕負荷(he)降(jiang)低，檢測這段(duan)時間內房(fang)間溫(wen)、濕度(du)的變化情況；通過電腦終端觀察各新(xin)風TMN 的閥位(wei)狀態(tai)，整理于圖7-17。
圖 7-17 房間溫度(du)、含(han)濕量、相(xiang)對(dui)濕度(du)變化曲線
圖7-17顯示：在(zai)房(fang)(fang)間(jian)濕(shi)負荷升高(gao)又降低的(de)變化(hua)過程中，房(fang)(fang)間(jian)的(de)干球溫度和絕對含濕(shi)量(liang)(liang)基本保持恒定(ding)，房(fang)(fang)間(jian)含濕(shi)量(liang)(liang)一直(zhi)保持在(zai)設定(ding)值7.8g/kg 以下，達到了恒溫恒濕的設計(ji)要求。
圖 7-18 新風 TMN 的閥位和風量變化
從圖7-17、圖(tu)7-18 可以看(kan)出，當房間(jian)人員增多(duo)導致濕負荷升(sheng)高后(hou)，房間(jian)含濕量有上升(sheng)趨勢，此時新風(feng)TMN 及時響應，增大閥位開度，新風量(liang)隨之增大，很好地穩定(ding)了室內的絕對含濕量(liang)，使得室內含濕量(liang)一(yi)直保(bao)持(chi)在7.8g/kg左(zuo)右；當15:30 房(fang)間(jian)內的人員陸續走出房(fang)間(jian)后，房(fang)間(jian)濕負荷變小，TMN 閥位(wei)和新(xin)風量也相應的減小(xiao)了。
7.2.3.2 VAV-TMN風量測試
于9月22~26日，對13層的1號(hao)~35號(hao)VAV-TMN風(feng)量(liang)進行(xing)時間(jian)間(jian)隔為1h的測試(shi)，表7-10為1號(hao)~6號TMN9月22日的測試數(shu)據(ju)；圖7-19 為1號、2號、4號、6號TMN9月22~26日(ri)的測(ce)試數據。
表7-10 1號~6號VAV-TMN風量（9月(yue)22日）
圖(tu)7-19 1號、2號、4號、6號VAV-TMN風量（9月22~26日(ri)）
從以上(shang)測試結果可以看出，在白天剛打開空調時，由于濕負(fu)荷較大，新風量根(gen)據(ju)除 濕需(xu)求而定，此時(shi)新風(feng)量為全天(tian)最大值，隨著新風(feng)機組的運(yun)行，房間濕負荷逐漸降(jiang)低(di)，新風(feng)量降(jiang)低(di)，維(wei)持在最小新風(feng)量上(shang)下運(yun)行。
7.2.3.3新(xin)風機(ji)組頻率測(ce)試
于9月22~26日，對4 臺(tai)新(xin)風(feng)機(ji)組(zu)的風(feng)機(ji)頻率(lv)及13層VAV總新風量(liang)進行時間間隔為1h 的測試，表7-11 為(wei)9 月(yue)22日的測(ce)試數(shu)據；圖 7-20為9月22~26日的測試結果。
表7-11 新風機組風機頻率及13層總新風量（9月22日）
圖7-20 新風機組頻率變化（9月22~26日）
從以(yi)上測試(shi)結(jie)果可以(yi)看出：由(you)于該辦(ban)公樓只有(you)11~13樓投入使 用，14~22 層和9~10層(ceng)的(de)各層(ceng)新(xin)風量值設定為額定風量的(de)30%，在整個(ge)測試期間風機(ji)頻率(lv)一直(zhi)在17.2~22.3 Hz之間變化(hua)；白天剛開起新風機組時，房間濕負(fu)荷較大，風機頻率(lv)(lv)相對較高，隨著新風機組運行時間的推移，風機頻率(lv)(lv)逐漸降低，直至穩定在(zai)一個頻率(lv)(lv)下運行。
因此，新(xin)風(feng)機組風(feng)機變頻控制(zhi)實現(xian)了(le)按需控制(zhi)新(xin)風(feng)量、降低風(feng)機能耗的(de)目(mu)的(de)。
7.2.3.4新風除濕過程(cheng)測試(shi)
對(dui)除濕新(xin)風(feng)系(xi)統的(de)新(xin)風(feng)狀態進行(xing)測試，整(zheng)理得(de)夏季新(xin)風(feng)的(de)除濕處理過程(cheng)如圖7-21所示。室外高溫(wen)、高濕(shi)(shi)氣體經新(xin)風機組內(nei)(nei)(nei)置的帶熱(re)(re)回(hui)收熱(re)(re)泵預冷除濕(shi)(shi)后(hou)，由新(xin)風機組內(nei)(nei)(nei)冷盤管進一步降溫(wen)除濕(shi)(shi)后(hou)，利用內(nei)(nei)(nei)置熱(re)(re)泵的熱(re)(re)回(hui)收加熱(re)(re)升溫(wen)后(hou)，達到送風狀態(tai)送入室內(nei)(nei)(nei)，承擔房(fang)間全部濕(shi)(shi)負(fu)荷(he)(he)與部分(fen)冷負(fu)荷(he)(he)。
圖7-21 實測新風(feng)機的新風(feng)處(chu)理(li)過程
7.2.3.5空調房(fang)間熱舒適性(xing)驗證測試
工程VAV系統運行(xing)效果較優，空調房間(jian)溫度和濕度均能(neng)滿足舒適性需求，尤其(qi)對于9~70F 采用溫(wen)濕度(du)(du)獨立控(kong)制(zhi)系統的(de)辦公區(qu)域，房(fang)間濕度(du)(du)可準確控(kong)制(zhi)在(zai)限定值以下，房(fang)間干(gan)球溫(wen)度(du)(du)可控(kong)制(zhi)在(zai)設定值上(shang)下0.3℃范圍內。圖7-22 為13 層(ceng)辦公區域各房間參數的控(kong)制界(jie)面截(jie)圖，表7-12為測試(shi)房(fang)間(jian)白天空調時間(jian)內溫、濕度數(shu)據。
圖 7-22 大樓 13 層控制界面截圖
表 7-12 測(ce)試(shi)房(fang)間溫、濕度數據(ju)表
由表7-12可看出，測試房(fang)間(jian)的設定絕(jue)對含濕量上限為(wei)12g/kg 干空氣，實際室內絕對含(han)濕量在7.5~11.7g/kg之(zhi)間(jian)，均未超過設定上(shang)限值；室內干球溫(wen)度(du)設定值為26℃，實測(ce)室(shi)內干球(qiu)溫度全天在 25.7~26.3℃之間(jian)波動，即干球(qiu)溫度在(zai)設定值±0.3℃范(fan)圍(wei)內波(bo)動。
7.2.4案例小(xiao)結
珠江城辦公樓空調系統采用(yong)(yong)溫濕度獨立控制空調方式，利用(yong)(yong)冷(leng)輻射板（內區(qu)房(fang)間）和主動冷(leng)梁(liang)（外區(qu)房(fang)間）控制房(fang)間溫度、VAV 新風系(xi)(xi)統控制房間絕對含(han)濕量，實現(xian)了冷凍水(shui)的大(da)溫差、梯級利用，大(da)大(da)提(ti)高系(xi)(xi)統能(neng)效(xiao)。
經測試，結果表明：
（1）在(zai)房(fang)間(jian)人員(yuan)負(fu)荷波動的情況下，房(fang)間(jian)濕度(du)可(ke)準確控(kong)制(zhi)(zhi)在(zai)限定(ding)值以下，房(fang)間(jian)干球溫度(du)可(ke)控(kong)制(zhi)(zhi)在(zai)設定(ding)值上下 0.3℃范圍(wei)內(nei)。
（2）采用(yong)新風控制(zhi)(zhi)房間(jian)絕對含濕量(liang)的控制(zhi)(zhi)模式(shi)，可真正實(shi)現需求化(hua)通風，降低新風負荷(he)。
（3）新(xin)風機采用壓力控制(zhi)變(bian)頻系統(tong)，降低新(xin)風冷卻除濕能(neng)耗(hao)的同(tong)時減少風機的運行能(neng)耗(hao)。
（4）新風機(ji)組(zu)可完全承擔房間濕負荷，除濕過程中利用余熱回收對新風進行再熱，降低除濕能耗。
本(ben)工程采用的(de)柔性中央空(kong)調系統可(ke)將空(kong)調房間溫、濕度穩定控制在舒適(shi)范(fan)圍內(nei)，同時具有非常(chang)顯著的(de)節(jie)能效(xiao)果(guo)。
