中航工业第一飞机设计院研究所303厂房项目空调设计

一、 工程概况：

中航工业第一飞机设计院研究所303厂房项目由中国航空建设发展总公司招标。项目地点位于西安阎良中航一飞院院内。高度为27.40m。建筑面积：24410m2。该项目是航空工业项目，功能设计为三区，南区分三层，一层东展厅是CAVE区，和CAD展示区，西展厅是成果展区，二层分为会议室，接待室，休息室，办公室。三层是办公区办公接待区，是日常办公所在地，中区是样机区，存放试验样品飞机，北区一层是试验室，拖动室，液压间配电室，二层是试验室是研发实验区，研发飞机相关技术参数。由于该项目的特殊性，要求空调设备控制精确高效，运行稳定可靠，适应不同的恶劣环境变化。同时由于研发工作的需要，要求空调电磁波干扰小，以确保研发工作的正常进行。

二、 空调方案选择

(一)变流量多联式与二次交换(水机)中央空调方案比较：

1、 用冷媒直接蒸发式对室内空气进行冷却，效率高、耗能低。对比与二次交换(水机)中央空调特点，在制冷时间响应上比其它中央空调更迅速。而且在室内避免了冷冻水的跑、冒、滴、漏等现象，从而使吊顶、网线不会受到破坏。

2、 变流量多联机空调只用“电”这一种能源，就可以解决全部问题(不像其它空调系统还需要其它能源)，并且大大降低对环境的污染。

3、 变流量多联机空调制冷运行范围：-5℃—48℃，制热运行范围：-15℃—24℃，比二次交换(水系统)中央空调运行范围广。

4、 不同于其它中央空调，变流量多联机中央空调不需要另设空调机房，室外机可放置于屋顶或地面，节省了大量有限的建筑面积，可节省出地下室用来做停车场，而且不需要冷却塔、循环水泵、软化水等繁琐的附属设备，设备管理及维修明显减少，使设备后期投资大大降低。

5、变流量多联机中央空调系统属于电制冷范围，比其它电制冷中央空调形式省掉了循环水泵、冷却塔及附属设备，在系统规模上显得更加简单，且设备运行时不需要专人管理，室内、外机由电脑进行控制。

6、变流量多联机具有很高的设计自由度，室内、外机的配管长度可达175m，所以室外机可根据现场情况灵活摆放。室内、外机的外型尺寸非常精巧，而且连接铜管也很细，室内机自身附带冷凝排水泵，可提高冷凝水管的安装高度，这样就可大大节省吊顶空间，保持高水准办公环境，节省土建的基本投资，和水系统中央空调相比可节省400mm的吊顶高度。

7、变流量多联机中央空调系统安装极其方便，因为室内、外机连接管路简单不需要空调机房及大量的附属设备，所以安装周期较短。

8、变流量多联机中央空调真正做到每个房间实行独立控制，且能做到电费独立计算，便于管理;而水系统中央空调，只要有一个房间使用空调，其冷水机组、循环水泵及辅助设备也都要投入使用，无法达到节约能源的目地。

9、变流量多联机中央空调有多种款式，可针对房间吊顶，能分别采用嵌入式、内藏风管式，使室内机与房间装潢紧密配合。

10、 大楼的空调采取有线控制或集中控制，做到大楼自动化控制，而水系统中央空调要达到上述功能还要增加BA弱电系统。

11、变流量多联机中央空调系统是一种无水的中央空调系统，不存在冬季水管路防冻问题，而水系统中央空调冬季为防止水管路冻裂，其循环水泵24小时不能停止运行，如果停止，将导致整个空调系统损坏。

12、变流量多联机中央空调系统采用有线控制或集中控制，当系统中有一台室内机发生故障，其故障信息会直接显示在控制面板上，这样对排除故障带来方便。而水系统中央空调系统若发生故障，排除故障十分困难。

对于这种功能复杂的项目建筑，不论从前期投资，施工灵活性、可行性、还是后期支行维保费用考虑，都不适合采用水系统这种空调形式，而应采用变流量多联式空调系统形式。变流量多联式空调系统为近年来发展起来的空调方式，具有节约能源，控制灵活，温度控制精度高，施工便捷等优点，尤其适用于这种功能复杂对控制灵活要求而且分散的改建项目。经过上述比较，业主认同采用变流量多联式空调形式。

(二)、变频多联机技术和数码涡旋技术的比较如下：

当今的变流量多联式空调主要分为两种方式，即变频多联机技术和数码涡旋技术。两种方式各有利弊。本工程就是要结合具体情况，综合分析，从而实现空调投资和功能实现之间的最优化组合。

1、控制系统分析：

变频多联机：

(1) 需要变频器(需要多块电脑板,并且主板的温度高);

(2) 单/多联制冷系统都需要油分离器;

(3) 油循环率较高,需要回油运转;

(4) 需要旁通保护及喷液保护电磁阀回路;

(5) 容量调节范围较小(33%-107),更低容量运行时需要打开旁通电磁阀进行“热气旁通”;

(6 ) 由于采用“小马拉大车” 的方式,导致其室内机的超配率达130%时，外机容量只能短时间内维持在107%.在制冷下模式运行,当环境温度达到38ºC高温时,压缩机须采用“限频控制”,制冷量只能达到80%左右。

数码涡旋多联机：

(1) 无变频驱动装置(仅有一片电脑板);

(2) 单压缩机系统不需要使用油分离器;

(3) 系统较容易回油，基本油循环率低，谷轮建议大匹数的多联系使用回油循环;

(4) 更宽的容量调节范围(10%-100%);

(5) 室内机的超配率达130%时，外机的容量因整体风量的增加而会有所增加(约103%).但由于压缩机的排气量较大,在高环境温度开制冷运行时,不会发生“限频控制”, 冷量较充足;

(6) 数码涡旋技术输出不需要分步实现。连续无级调节，室温控制更精确、更迅速、更加节能。

2、电磁干扰比较：

变频多联机：

(1) 有变频器，对电网的干扰要大;

(2) 电磁干扰抑制电路复杂,增加成本.将来失效也无法确认。

数码涡旋多联机：

(1) 无变频器，对电网的干扰小.更适合于通信/导航/医院/地铁/电厂等项目的应用;

(2) 不产生电磁干扰,无须抑制电路.容易取得EMC及3C认证。

由于变频器工作时会产生高频谐波，会使供电系统的正弦电压波形发生畸变，降低电网功率因数，使变压器和电容器过热，对精密仪器和电子设备等产生干扰。随着社会经济的发展，这种电磁干扰越来越引起人们的重视，经济发达国家对此有严格的限制。我国虽然还没有类似规定，但是这个问题在设计时也应该引起大家的重视。数码中央空调的负载和卸载只是简单的机械运动，不会产生电磁干扰，不会对其化电子设备工作造成干扰，也不会影响到用户的身体健康。数码涡旋中央空调响应“电子电气设备禁止使用特定有害物质指令”的要求，保护人类健康，同时保证电子电气设备回收处理符合环保要求。数码中央空调的热交换器翅片，全部做了耐腐蚀处理和抗菌层处理，为用户提供更健康的环境。

3、回油的处理的比较：

关于系统回油的处理，两种方式也存在较大的区别;在低负荷状态下，变频系统中制冷剂流速较低，通过油分离器和回油循环来解决回油困难这个问题。频繁的回油循环消耗更多的电力，而且系统稳定性差。数码涡旋技术则不存在这个问题，在每次循环中，总有满负荷运行状态，回油性能良好，而且系统简单，稳定性好。

4、运行能效分析：

众所周知，空调系统的能耗主要取决于：

·实际运行工况

·压缩机电机效率

·压缩机启停次数

·变频器损耗或数码涡旋的空载损耗

·系统的旁通损耗

在制冷剂、风机、换热器、节流机构等大小性能完全相同的情况下，具体分析：

(1) 实际运行工况

在无法预知实际运行工况时, IPLV 是唯一的衡量能效比的标准. 以R410A 全喷气增焓10HP的外机为例, 10HP的外机的IPLV 可达到:

制冷IPLV (C)= 4.55;变频多联机的外机IPLV(C) 大部分厂家的数值在4.2以下。

(2) 压缩机电机效率

谷轮定速压缩机的能效比日系品牌的高出约5%(额定点)。数码涡旋压缩机为恒速电机, 电机的额定转速就是其最高效率点(最佳优化点)。变频压缩机为变速电机, 电机的效率曲线为抛物线状(50%为其最高点,100% 和25%点的效率很低). 因此,数码涡旋压缩机在额定点的电机效率大大高于变频压缩机的效率。

以10HP的外机为例: 在100%点运行时为数码+普通定速压缩机同时处于额定转速即最高效率点(最佳优化点)运行. 在50%点运行时为数码压缩机单独处于额定转速即最高效率点(最佳优化点)运行。

而10HP变频多联机的外机在50%及100%点运行时,其变频压缩机的效率很低,加上变频器损耗(10%),其能效将不如数码涡旋。

定速压缩机在大系统中(模快化)比变频的更高效节能

●大系统是由多台压缩机组合而成

●定速压缩机可以在最佳点长时间稳定运行

●变频压缩机很难稳定在优化点运行

例如: 在一个20HP的模块化设计时, 共有4台压缩机组合而成.

1) 当开20HP(100%工况)时,4台压缩机均满载运行, 此时定速的压缩机比变频的压缩机更高效节能;

2) 当开15HP(75%工况)时,3台压缩机均满载运行, 此时定速的压缩

机比变频的压缩机更高效节能;

3) 当开10HP(50%工况)时,2台压缩机均满载运 行, 此时定速的压缩

机比变频的压缩机更高效节能;

4) 当开5HP(25%工况)时,1台压缩机满载运行, 此时定速的压缩 机比变频的压缩机更高效节能;

由此可见, 因为大系统(模快化)是由多台压缩机组合而成, 数码涡旋系统可以用n-1, n-2…台定速压缩机满载高效运行 + 一台数码压缩机变容量运行去应对内机总负荷的变化, 比变频压缩机能取得更好的运行效率。大容量运行时，能力小容量运转时变频压缩机功率不稳定,定速压缩机可以稳定在一个点高效运行, 变频压缩机随着转速的变化很难维持高效率。数码涡旋与变频多联机的对比-节能性节能性比变频好。

(3)压缩机启停次数

数码涡旋压缩机的运行范围为: 10%-100%. 以5HP的压缩机为例, 其最小可运行工况为 5HP x 10% = 0.5HP. 因此,数码涡旋压缩机即使在单台内机单独运行时,也不会发生停机。

变频压缩机的运行范围大概为: 33%-107%.以5HP的压缩机为例, 其最小可运行工况为 5HP x 33% = 1.65HP. 当单台小容量的内机单独运行时,变频压缩机在低频运行的同时, 须打开旁通电磁阀进行“热气旁通”,降低系统能效。为了降成本,变频系统的设计通常采用“小马拉大车”(压缩机的容量不足)的方式。当负荷突然变大或变频压缩机在高速运行时,因其排气温度快速升高,会导致变频压缩机的频繁开停(ON/OFF). 这会降低系统的COP。

(4)变频器损耗或数码涡旋的空载损耗

数码涡旋压缩机的运行范围为: 10%-100%。在“空载期”,数码涡旋压缩机的空载损耗仅占其额定功率的10%, 这一点已被全球超过30家数码涡旋压缩机的用户所见证. 在“满载期”,其输入功率也会随着外机负荷的减小而减小. 例如在50%工况下, 数码涡旋压缩机有一半时间将处于“满载期”.但由于室外机的容量只有额定工况的50%, 此时虽然压缩机处于“满载期”,外机的热交换面积和风量则相当于额定工况的200%。 从“压-焓图”上不难看出,此时压缩机的输入功率将低于100%工况时的额定功率. 同样起到单台压缩机在50%工况节能的作用。

变频压缩机的运行范围大概为: 33%-107%。即使采用直流变频技术,变频电源模块元件的发热会导致变频器的损耗 (5% ~ 8% ),

加上电机的 “切换损耗”( 2% ~ 3% ),变频器控制模块总的损耗约为10%。所以,数码涡旋压缩机的“空载损耗”仅相当于“变频器损耗”,但处于“满载期”期时,电机的效率处于最高效率点(最佳优化点),加上压缩机功率会随着外机负荷的减小而减小,单台数码涡旋压缩机在50%工况也会取得很好的节能效果。

(5)系统的旁通损耗

数码涡旋压缩机的运行范围为: 10%-100%.以5HP的压缩机为例, 其最小可运行工况为 5HP x 10% = 0.5HP。因此,数码涡旋压缩机即使在单台内机单独运行时,也不会发生停机也不需要“旁通保护”。同时,由于码涡旋压缩机的转速恒定(2,900转/分),涡旋盘的排气较大等特点, 在高环境温度/高负荷下处于制冷运行时不需“喷液保护”。

变频压缩机的运行范围大概为: 33%-107%。以5HP的压缩机为例, 其最小可运行工况为 5HP x 33% = 1.65HP. 当单台小容量的内机单独运行时,变频压缩机在低频运行的同时, 须打开旁通电磁阀进行“热气旁通”,这会降低系统能效。为了降成本,变频系统的设计通常采用“小马拉大车” 的方式.在高环境温度/高负荷下处于制冷运行时,变频压缩机将处于超高频运行而导致排气温度快速升高。为了降低涡旋盘的温度, 必须利用“喷液保护”回路来冷却变频压缩机, 从而产生影“旁通损耗”, 这也会降低系统的COP。

变频系统中增加了变频器的电能损耗，能耗占到15%左右，使系统COP降低。变频多联机的容量调节范围狭窄，系统负荷很低时，必须使用热气旁通进行容量调节，此时能耗会有增加，影响COP值。数码涡旋系统没有变频器这部分的能耗，总能耗占到10%左右，没有热气旁通损失，COP更有优势，新开发的数码涡旋喷气增焓数码技术不便可以提供更好的制热效果，而且由于系统通过中间冷却器直接汽化部分冷媒到压缩机的中压区，减少压 缩机的低压压缩耗电，因此能效比更高。

(6)其他方面：

数码涡旋压缩机的设计使用寿命为15年，它的控制系统较变频中央空调更简单，因此故障率更低，使用也更安全。数码中央空调所有的空调模块均为变容量模块，因此在使用时可以实现循环启动运转，这样合理分配每台空调模块的使用寿命，相当于延长空调系统使用寿命，增大了空调使用的安全可靠性。数码中央空调可以实现环境温度-15~54度的制冷运转，-20~29度的制热运转，同时通过“喷气增焓”增大压缩机在低温下的工作容量，保证在恶劣的外界温度条件下使用可靠。同时它的应急运转功能可靠，在出现故障时仍然可以保证部分使用负荷，系统使用的可靠性更高。

3、数码涡旋与变频多联机的对比-结论

(1)数码涡旋技术是当今世界上最具革命性的一种变容量技术，它具有系统结构简单，容量调节范围较宽(可以调节到极低负荷)，电磁干扰小，容易回油,可靠性高等特点;

(2)数码涡旋多联机在接近满负荷运行时的效率远高于一般变频式多联机.同时,其“季节能效比”(IPLV)也高于一般变频式多联机;

(3)数码涡旋由于具有较大的排气量,转速适中,外机换热面积较大等特点,尤其是采用了全球领先的“准2级压缩喷气增焓技术”在低温制热方面的性能大大优于变频多联机;

(4)变频多联机含有太多的电子及机械部件，设计不完善会带来很多售后服务问题;

(5)数码涡旋多联机的可靠性在多个领域已得到充分的实践验证,在多联机领域的应用从2000年正式开始,直流变频的应用从2004年开始;

(6)数码涡旋是一种革命性的技术，正在被全球越来越多的OEM厂家所采用(目前已超过30家)。它让广大的用户获得最好的性价比。

综合以上因素，笔者认为数码涡旋空调技术相对于变频技术具有较多优势，结合本工程，数码涡旋空调机组更具有实用性。

三、 空调系统设计

(一)、设计依据：

1. 本施工图系根据工艺布置图及技术要求、土建图"建施-603H-303/1"设计而成。

2.本设计遵守以下国家、行业、地方现行相关规范、标准、规程及规定：

1)《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003);

2)《建筑设计防火规范》(GB50016-2006);

3)《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005);

4)《航空工业工程建设设计规程》(HBJ3-98)。

3. 施工验收必须遵守下列规范、规定：

1)《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范(GB50242-2002);

2)《通风与空调工程施工质量验收规范》(GB50243-2002);

3)《通风管道技术规程》(JGJ141-2004)。

(二)、设计参数：(根据西安市气象条件)

室外设计计算参数：

1. 根据工艺要求，北附楼的转台间、试验间、检测间、办公室、会议室等设置了变频多联分体式空调系统，共设计了4个系统，为K1-1、K1-2a~2c。主厂房的飞控仿真工作间(二次设计)预留了变频多联分体式空调系统K2-1。南附楼的试验区、展厅、办公室、会议室等设置了变频多联分体空调系统，共设计了12个系统，为K3-1a~1c、K3-2a~2d、K3-3a~3e。

空调系统室外机分别集中设置于北附楼、南附楼屋顶。北附楼的照明试验室、非标设备制作间、液压系统污染检测间的空调系统采用天花板嵌入式(四向气流)室内机;南附楼大会议室的空调系统(K3-3e)采用高静压风管式室内机，室内机与室外机一一对应配置;其余空调系统采用普通风管式室内机。空调冷凝水有组织排放。室内机与室外机的连接管及系统控制由设备供应商提供。空调设备的能效比应符合《多联式空调(热泵)机能效限定值及能源效率等级》(GB 21454-2008) 之要求。

2. 南附楼的CAVE间、飞行品质模拟试验大厅的模拟器舱分别设置了单元式空调系统K3-1d、K4-1。

3. 南附楼的机房、CADWALL区东侧(局部隔离)设置了恒温恒湿空调系统KH-1、KH-2。

4. 主厂房的发动机测控间(二次设计)预留了一台商用分体式空调机K2-2，空调冷凝水由地沟(二次设计)排至室外。

5. 飞行品质模拟试验大厅的辅助房间(二次设计)预留了空调用电量。

6. 空调房间设计了新风换气系统，共11个，新风设备采用全热回收型新风换气机，热回收效率不低于60%。

针对以上要求，笔者综合分析认为，采用先进的数码涡旋柔性技术的开利数码涡旋多联空调机组能够完全满足要求，建议使用。

(四)、空调系统设备数量及技术参数：