VRF空调系统的设计浅谈

2009年12月15 00:00:00 来源：中国制冷空调技术网

一、前言

VRF空调系统全称为Variable Refrigerant Flow/Volume系统，即变制冷剂流量系统。系统结构上类似于分体式空调机，采用一台室外机对应一组室内机。控制技术上采用变频控制方式，按室内机开启的数量控制室外机内的涡旋式压缩机转速，进行制冷剂流量的控制。VRF空调系统上世纪90年代进入国内市场，与全空气系统，全水系统、空气—水系统相比，使用灵活，易于安装，管理维修简便，空调系统运行成本核算精确，更能满足用户个性化的使用要求，且空调设备占用的建筑空间比较小，更能符合节能要求。该空调系统在办公楼、别墅及住宅楼等建筑物中得到了广泛应用。但在实际使用中与传统的空调系统有些不同，本人结合分析与实例说明了VRF空调系统的设计体会。

二、设计的关注点

从很多工程实例来看，VRF空调系统设计时，以下各方面应予重点关注：

1 舒适性

VRF空调在大多数情况下属于舒适性空调，在考虑空调室内机布置、空气气流的分布、室内温度湿度的设定、空调室内机风压的设定、空调室内机送风风速核定风口型式以免风口结露、新风系统方案的选用、工程地点地理位置的特殊性等等。特别要引起设计人远员要注意的是由于全球气温变暖，在夏季制冷工况时，现有室外气象资料的滞后性。

2 合适性

VRF空调系统已得到了广泛应用，设计人员对此空调型式也是情有独钟。但在实际应用时，VRF空调因其设备本身限制，影响到其使用场所的限制，如VRF空调室内机风压不高，在有些净高H>3.5米的高大空间场所就难于保证效果;建筑物面积在2万m2以上时，空调系统采用VRF的方式时设备投资就会偏高， COP值也远低于水冷离心式机组，今后空调系统运行费就偏高，这类建筑物采用VRF不是很妥;对于逐时负荷比较稳定的建筑物，空调系统采用传统的中央空调时比采用VRF空调就显得更合理。

3 节能性

VRF空调系统的节能充分体现在部分负荷的高效性，更为节能。对于逐时负荷差异较大的建筑物，采用VRV空调系统就比较合理。

4 计量

采用VRF空调系统应考虑各个未端室内机的运行费用计量，以便物业管业公司对每个房间的每个空调室内机的运行费用有所控制。目前VRF空调的供货商均能满足此要求。

5 操作

VRF空调系统的运行非常简单，对系统运行的使用人员的专业技术要求不高，任何人可以通过有线或无线控制器都能启停空调系统。

三、建筑物的冷热负荷

设置VRF空调系统的建筑物冷热负荷计算与传统的中央空调系统无多大区别，但是考虑到VRF空调系统为小系统，在其每个系统冷热负荷的设定上与传统的中央空调系统就有较大差异。

1 负荷计算

按《公共建筑节能设计标准》5.1.1要求，“施工图设计阶段，必须进行热负荷和逐项逐时的冷负荷计算”。因此施工图设计时须应用通过国家有关部门认证过的负荷计算软件对建筑物进行详细的负荷计算。

2 负荷设定

根据负荷计算结果，负荷设定时应修正合理的室内负荷，配置合理的室内室外机的容量匹配。考虑以下几个因素：

2.1 温度修正：

以大金公司样本为例，室外机室内机的制冷标准工况均为：室内温度27℃DB,19℃WB/室外温度35℃DB;制热标准工况均为：室内温度20℃DB/室外温度7℃DB，6℃WB。在实际使用中，各地室外气象资料也是不同的，杭州市为：35.7℃DB,28.5℃WB，且杭州市的实际室外气温很多时间已达38℃DB~40℃DB，甚至更高，据此对负荷计算作出温度修正。方法如下：

在设定的室内工况下如26℃DB，相对湿度为60%时通过焓湿图查得湿球温度为20.29℃WB，室外温度40℃DB时对应厂家样本资料10P室外机制冷量Qr1=27.86KW，而10P室外机在标准工况时制冷量QR2=28KW，此时该VRV空调系统的温度修正系数=Qr1/Qr2=0.995

2.2 配管长度及室内机室外机高差修正

VRF 空调系统室内机与室外机之间是通过冷媒管连接，配管管路的长度与室内外机组的高差影响着空调系统的冷量衰减。以大金公司的VRF空调系统产品为例，产品说明书中介绍：室内机与室外机之间的制冷剂管长度可至150m ，室内机与室外机之间的高差可至50m，各室内机之间的高差可允许15m。这些都是我们在VRF 空调系统设计中应保证的极限值，在这些范围内设计时要注意到，随着制冷剂管长度及室内外高差的变化，其冷量衰减相差很大。大金公司给予的冷量衰减如图1。从图中可以看到：当室内外机高差<10m，制冷剂管等效长度<10m 时，容量修正系数约为1.0;当室内外高差达到50m，制冷剂管等效长度达到90m 时，容量修正系数约为0. 72 。

还是以10P室外机为例，制冷剂管等效长度=20m，室内机与室外机高差为10m时，容量修正系数为0.96。此时10P室外机的标准工况制冷量为26.88KW。

由此可见，在设计中要考虑到容量修正系数，在系统设计时要尽量使一个系统的室内外机之间的距离最短，高差最小，对高差大、管路长的系统要适当增加机组的容量，这样才能保证空调使用的效果。

2.3 设备的实际出力与污垢系数

VRF 空调系统的室内机与室外机在运行一段时间后其换热器表面都会有灰尘并结垢，这些都会影响制冷制热效率的发挥，降低设备的实际出力。按某公司提供的数据表明设备的污垢系数达到0.86。

就以上2.1～2.3的影响10P室外机的综合冷负荷修正系数就达0.82，即在设备的选型考虑时室外机的制冷容量放大系数为1.22。其他机型的制冷容量放大系数与此相差不大。制热容量放大系数在计算时还应考虑除霜修正，按资料提供的数据除霜修正系数为0.9，此不再详细说明，最终结果其制热容量放大系数为1.52。

2.4 适当考虑房间内今后室内负荷的变化可能性;

2.5 同一个系统同时使用系数，如办公楼不超过110%，同一空间同一系统按100%;

四、室外机

VRF空调外机的布置直接影响空调外机的制冷制热量出力，从而影响室内空调效果。因此，在设计中应遵循尽量短的室内外机的冷媒管连接，并从以下几个方面考虑空调外机的布置，以尽量提高空调外机制冷制热能力。

1 集中布置

集中布置在裙房屋顶及主楼屋顶时，设计师可能会很随意布置空调外机，有时会造成空调外机出风及吸风的气流短路。因此在设计中空调外机与外墙的间距应尽量大，空调外机之间也应有足够的间距，以保证空调外机散热顺利，吸风气流的通畅。在大面积布置时，建议由设备供应商提供CFD分析报告。

2 分层布置

将每层的空调室外机均置于当层的设备平台，其优越性在于：无需再考虑室内外机的高低差限制;空调系统的冷媒管长大大缩减，节省管材的同时，机器的衰减更小;无需冷媒管井，设计更便捷;屋顶及地面可作绿化处理;安装维护更便利等等。

分层布置时，设备平台处空调室外机的摆放有很多影响，设计时要把由室外机引起的影响降低到最小：

2.1 气流影响

建筑师在平面设计时，喜欢把设备平台在竖向设在同一个位置，外立面设置百叶，把室外机隐蔽在百叶后面，此时特别是高层建筑，上下各层的室外机的气流干扰非常明显，为了降低室外机气流的相互干扰，就要求暖通设计师作出相应对策：

2.2 室外机布置

室外机应尽量靠外墙布置，但设备平台的宽度≥1.6米，以利于设备安装维修及空气流通。

2.3 散热措施

为增强室外机散热，室外机设排风罩，每个出风口均安装排风罩，排风罩内设置导流片，排风罩应作防腐处理。

2.4 百叶的要求

百叶参数直接关系到机器的出回风状况，对是否产生气流短路有直接的影响。在设计中，应扩大百叶的开口率，有效开口面积应大于实际面积的80%，百叶为一字形布置，并使百叶水平向下倾角控制在8～15度。

2.5 出风口进风口风速

要求室外机的排风风机能够克服排风罩组力后保证出风口风速为5～8米/秒。控制进风口进风面积，保证进风口风速<1.6米/秒。

2.6 设备噪声控制

噪音的来源：室外机本身产生的噪音，排风罩及百叶振动产生的噪音。通过下列的减振隔噪的措施将设备平台空调室外机的噪音对周围房间的影响降至最低：

室外机必须与机座紧固连接，并采用橡皮垫垫满地基的承重面;

排风罩安装时需与室外机紧密连接，与百叶连接处设帆布软连接，排风罩及连接短管与吊架之间设减震垫，避免排风罩及百叶振动

机房周围宜使用较厚的墙体以减小噪音的传播

采用密闭效果较好的门或窗，防止噪音传出

2.7 CFD分析

室外机分层布置时一要作CFD分析，目前大多数VRF供应商都能做到这一点。笔者曾对一个27层建筑物采用VRF空调系统且为分层布置室外机时作过CFD分析，工程情况是：4～27层采用VRF空调，每层设四个设备平台，排风罩及百叶按上述要求，在设定了一系列边界条件后，最终计算结果是：4层室外温度按38℃DB计算时，27层的平均进风温度为40℃DB，结果对VRV空调的运行影响不算太大，但也仅是理论数据。做CFD分析的设定条件是这样的：

分析软件：airpak软件

排风量：210m3/min

散热量：54KW

出风口风速：5.38 m/s

室外条件：38℃DB，无风状态

运行时间：24小时

五、管路系统设计

管路系统是指冷媒管路、冷凝水管路、送回风管路及信号管路等。

1 冷媒管路。

按大金公司VRFII要求：同一个系统的冷媒管路的配管总长不宜大于300米，最大单管长不宜大于150米，室内机室外机最大高差不宜大于40米，第一分歧管与最远室内机不宜大于40米，同一个系统的室内机高差不宜大于15米。因此，在布置室内机室外机时应尽量减小配管管路的长度及室内机室外机高差。

冷媒管路配管管径设计及分歧接头的选用可在供应商技术配合下完成。其中有许多技术问题暖通设计师是无法结合各品牌定出统一的原则的。

2 冷凝水管路