上海市某研发楼办公区变风量空调系统设计

 高洁

 中元国际（上海）工程设计研究院有限公司

摘  要：本文以上海市某实际工程为例，详细介绍了变风量空调糸统的系统分区、负荷计算、空调系统设置、变风量末端的选择与计算以及末端送风口的选择等内容，并进行了一些设计总结。

关键词：变风量空调系统系统分区末端选择送风口选择

 变风量空调系统(VAV，Variable Air Volume)是全空气空调系统的一种形式，它的出现不仅解决了传统定风量空调系统使房间过冷或过热的现象，还解决了风机盘管加新风系统易发生冷凝水污染吊顶及产生噪音等问题。此外，变风量空调系统还有着能在送风温度不变的情况下，使空调系统的室内空气品质良好、部分负荷时节能优越以及空调区域控制灵活等优点。近年来随着人们对室内空气品质的逐步重视，变风量空调系统已开始广泛应用于国内各类高级办公建筑、商业建筑中。本文通过具体的工程设计实例，对上海市某研发楼研发办公区域变风量空调系统进行了相关的介绍，以供参考。

1  工程概况

 本工程位于上海张江高科开发区内，为办公研发二类高层，总建筑面积为62769.67 m2，建筑高度30 m。地下室为设备用房和机械停车库，地上部分西侧为6层研发办公区（包括研发实验室和研发办公室），东侧为4层工程中心（研发预留）。本文仅对西侧6层研发办公区的研发办公室区域的变风量空调系统进行介绍。

2  变风量空调系统设计

2.1室内外空调设计参数

 表1为室外空气计算参数，表2为室内空气计算参数。

对于划分内、外区的变风量空调系统，冬季供热时存在内、外区之间的冷、热气流混合，为防止混合损失，外区冬季设计温度比内区低1～2℃，为20℃。

2.2空调系统分区

 对温湿度没有特殊要求的建筑，建筑外区的4个朝向基本可以划分在同一个系统中，采用相同的送风温度，通过调整送风量，各个朝向的房间在大多数时间内都可以满足温度要求，只有南向房间在冬季和过渡季节会偏热。根据资料显示，外区进深一般可取2～5 m，当房间进深小于8m时，可不分内、外区，均作为外区。

 本项目地上2层到6层为标准层，标准层研发办公区域分为左右部分，如图1所示，左边办公区域是一个封闭矩形，建筑进深为16 m左右，内外分区以外围护结构3m以内作为界限。右边办公区域是一个弯曲的形状，建筑进深为8.6m左右，不划分内外区，全为外区。本项目对温湿度无严格要求，故将外区的4个朝向划分为同一个系统中。

2.3空调系统负荷计算

 建筑外区在冬季受外围护结构传热、渗透等影响，需供热才能维持室内温度要求，而内区不仅没有围护结构的热损失，而且又存在人员、灯光以及设备的散热，需供冷以满足室内温度要求。因此在变风量空调系统中，夏季内外区同时供冷，冬季外区供热，内区供冷。

  采用空调负荷计算软件对各空调区域的冷、热负荷进行计算，划分内外区的区域需分别计算内外区的冷、热负荷以便于变风量末端的选择。

  标准层左侧办公区域建筑面积为400 m2，右侧办公区域建筑面积为920m2。负荷计算结果如表3所示，表中冷负荷为冬、夏季冷负荷最大值。

2.4变风量空调系统设置

  标准层设有2个空调机房，左边办公区域内、外区共用一套空调系统；右边办公区域全为外区，使用一套空调系统。本项目空调新风通过连接屋面的新风竖井与各层空调回风混合后经空调机组进行过滤、热湿处理，再通过风管输送到各变风量末端。空调排风经各层热回收空调机组回收能量后通过排风竖井集中排至屋面。

2.5变风量末端装置选择

 变风量空调系统末端装置有多种形式，应用较多的是单风道型和风机动力型，而风机动力型末端装置又可分为并联式和串联式两种，三种末端装置的特点如表4所示。由表4可以看出，串联风机型的噪音比较大，连续不间断运行能耗也比较大，考虑到办公区在工作期间对噪音控制较为严格，故不考虑串联风机型末端装置。

  本项目内区选择单冷型单风道末端装置，左边办公区域为封闭小空间，考虑到冬季外区供热，若采用单风道型末端装置，可能无法满足室内的换气次数要求，故该外区选择带加热盘管的风机动力型末端装置。而右边办公区域为开放式大办公区域，全部为外区，对气流组织要求比较低，结合初投资和运行的经济性比较，采用冷热型单风道末端装置。

 本项目变风量末端采用压力无关型，即根据室温偏差计算设定风量，检测风量并根据风量的偏差控制风阀开度。

2.6变风量末端送风量计算

2.6.1送风温度的确定

 项目位于上海，属夏热冬冷地区，全年冷负荷较大，“过冷再热”需求少；冬季、过度季节室外气温较高，有效利用低温新风供冷时间较小。此外，降低送风温度可减小系统风量，节省风机输送能耗，减小机房面积，可降低初投资成本。考虑到风机节能、设备机房面积初投资等因素，本项目采用较低的送风温度，送风温差取11℃。

2.6.2末端送风量计算

 变风量空调系统内区全年供冷，按冬、夏季最大冷负荷选择变风量末端。外区夏季供冷，冬季供热，选择变风量末端时，首先按冬、夏季的最大冷负荷计算出系统风量，再按冬季最大热负荷选择加热器，此外，还需按计算出的夏季送风量校核冬季末端供热时的送风温度，如果送回风温差大于8℃，则需按供热量重新设计末端的送风量。

 1)左边研发办公外区送风量。由表3知，外区室内冷负荷为13.4 kW，室内热负荷为5.1 kW，湿负荷为0.2 g/s，热湿比为25500 kJ/kg，新风量为450 m3/h。本项目采用变风量一次回风空调系统，空气处理流程及h-d图如图2所示，计算得到最大送风量为3625 m3/h，最小送风量为最大送风量的30～40%且要满足所需的最小新风量，经计算，最小送风量为1450 m3／h。该外区变风量末端为并联风机型，风机风量取一次风最大风量的60%，为2175 m3/h。

 2)左边研发办公内区送风量6由表3知，内区室内冷负荷为16.4 kW，湿负荷为0.9 g/s，热湿比为27444 kJ/kg，新风量为1950 m3/h。按上述方法计算得到最大送风量为4000 m3/h，最小送风量为取最小新风量，为1950 m3/h。

 3)右边研发办公外区送风量。由表3知，外区室内冷负荷为69.9 kW，湿负荷为1.69 g/s，热湿比为41360 kJ/kg，新风量为3100 m3/h。按上述方法计算得到最大送风量为18453 m3/h，最小送风量取最大送风量的40%，为7380 m3/h。

 考虑到二次装修会将大空间办公区域分隔成多个小空间，故每个内区外区均设置多个变风量末端，每个末端的风量按所承担的风口数量计算，所有末端风量累积应满足各个内外区最大、最小风量要求。

2.6.3外区送风量校核

 由表3知，冬季内区热负荷全为新风热负荷，无室内热负荷，而冬季外区热负荷一部分由新风产生，一部分由室内产生，室内产生的热负荷主要由外围护结构产生。故每一层的组合式空调机组内设置加热盘管，用于加热新风，由围护结构产生的热负荷由外区变风量末端加热盘管实现。此外，空调机组设加湿装置，用于冬季内外区空气加湿。

 1)左边研发办公外区送风量校核。由表3知，冬季室内热负荷为5.1 kW，按2.6.2计算得到的最大送风量送风，由焓湿图计算得到冬季送风状态点温度为25.8℃，已知室内状态点温度为22℃，则送风温差为3.8℃。送回风温度小于8℃，较合适。

 2)右边研发办公外区送风量校核。由表3知，冬季室内热负荷为19.1 kW，按2.6.2计算得到的最大送风量送风，由焓湿图计算得到冬季送风状态点温度为24.8℃，已知室内状态点温度为22℃，则送风温差为2.8℃。送回风温度小于8℃，较合适。

2.7末端送风口选择

 对于单风道末端装置和并联风机型末端装置来说，末端送风口的风量随室内空调负荷的变化而变化，在风量最小时，送风口的射程也必将减小，容易使房间的气流组织恶化，因此需合理选择送风口。国外通常采用空气分布特性指标ADPI来评价房间的气流组织，如果ADPI达到80%，则可认为是较好的气球组织效果。有关研究试验表明在变风量空调系统中，采用条缝型散流器，ADPI可保持在80%以上，故本项目采用气流贴附性能较好的条缝型散流器送风。

3  结论

 本文通过工程实例，介绍了负荷计算、系统分区、末端选择与计算、送风口选择等内容，主要获得以下结论：

 1)当建筑平面进深较大的时候，需进行内外分区，按建筑外墙3m左右为外区，其余为内区。当建筑进深在8m左右时，全部视为外区。

 2)在选择变风量末端时，内区末端送风量应按冬、夏季内区最大冷负荷来计算，外区末端送风量首先按冬、夏季最大冷负荷来计算，再按冬季最大热负荷选择加热器，最后需校核末端供热时的送风温度，若送回风温差大于8℃，需按供热量增加外区末端送风量。

 3)大空间办公区域应设置多个变风量末端，每个末端可带多个送风口且尽量每个末端配置一个温度传感器，二次装修时，将同一个末端所带的送风口划分至同一区域。

 4)选择末端送风口时，为保证良好的气流组织和舒适性，选择贴附性能较好的条缝型散流器送风。