吴江某大厦空调系统设计方案

2016年10月23 09:48:54 来源：艾肯空调制冷网

编者按：此文在第十届上海家用电器行业年会上，摘得了2011年“奇士杯”优秀案例奖。专家认为，此文对多联式空调系统的优势进行了详细的分析，指明了多联机系统在行为节能、计费的合理科学性的优势，点明了多联式空调系统在与建筑装潢中的配合优势，同时分析了在安装过程中，如不加注意，可能会出现的问题。针对一个工程，详细分析多联机的优缺点，有利于市场和同行以较为客观的眼光分析和接受多联式机组。

1.引言

我国政府承诺在2020年实现的节能减排目标，其中的一项是实现单位GDP二氧化碳排量减少40%-45%，这是个艰巨的任务，需要全国一盘棋式的努力。由于空调系统能耗在城市公共建筑能耗中占很大的比例，因此在这个领域里也就有着较大的节能空间，包括节能产品的研发，工程设计中系统的优化与选取，用户使用过程中的节能措施等等。其中工程设计环节尤其重要，试想如果设计选用产品不合理，系统设置不科学，那么，即使在其他环节上采取了节能措施，其整体节能效果可想而知的是不理想。

直流变速多联式中央空调系统打破了传统的中央空调(水冷冷水机组+热水锅炉+空调末端)设计理念，在传统的房间分体空调器由一台室外机连接一台室内机的一对一方式的基础上改进而来，具有容量可自由组合，变频调节输出，设计灵活，作用半径大，精确控制室内温度，室内机可单独控制等优点，使设计、安装、运行及维护管理更为简单、方便，节能。

多联机产品及技术于上世纪90年代初引入我国，得到了越来越广泛的应用，到2010年销量达到139亿元，同比增长26.9%，市场占有率也提升到33.1%，表现出了极强的综合竞争力。

本文通过对吴江某办公类大厦的空调系统设计，阐述多联机系统在节能减排方面的优异表现。

2.项目概况

2.1 基本概况

该大厦建筑地上部分面积63701m2，地上部分22层，建筑高度约98m，为双塔连体结构。主楼8层，9到22层分为两座塔楼，是不同职能部门办公、会议用建筑。本项目于2009年投入使用运行效果优良。

2.2 气象资料(参考上海)

夏季室外计算干球温度：34℃

夏季室外计算湿球温度：28.2℃

夏季室外日平均温度：30.4℃

夏季室外计算日较差：6.9℃

冬季采暖室外计算温度：-2℃

冬季空调室外计算温度：-4℃

冬季空调室外相对湿度：75%

2.3 室内空气参数

夏季：25℃～27℃，40%～80%

冬季：20℃～24℃，50%～80%

2.4 空调系统

设计冷负荷约5780kW，热负荷约为5000kW，采用49个多联机系统，1132台室内机，装机容量2100hp，夏季供冷，冬季供热。其中每层内区的配电室设置独立的空调系统，常年制冷运转。采用独立的新风系统，负责新风的冷热处理及输送。

3.空调方案选取

经过分析与论证，决定本项目采用变频多联机系统。

由于本大厦以办公为主要用途，空调系统运行时间相对集中，但常有少数部门加班的情况。结合本项目的建筑规模、建筑性质及使用特点，参考当前产品的种类及其技术特点，可供选择的空调系统有两种。一是冷水机组加上末端设备，也就是传统的水系统中央空调，由于受建筑层高及装修条件的限制，末端采用全空气系统时风管安装受限，只能采用风机盘管末端。二是变制冷剂流量分体多联式空调系统，称为多联机系统。

水系统空调冷热源部分需要独立机房，同时还需设置相应的配套设备，如冷水输送、冷却水输送、水处理和冷却塔等，无集中供热管网的地区，冬季供热需要燃油(气)锅炉，储油罐和油泵房(燃气调压站)，系统复杂，安全措施要求严格。水系统管路安装占用较大空间，运行管理单调，控制系统简单，机房和末端分散控制。如遇个别部门加班，由于负荷过低，无法开启空调系统。随着使用时间的增加，系统“跑冒滴漏”不可避免，维修工作量加大且维护难度也大。

变频多联式空调系统，设计安装方便，无需单独的机房及其他配套设备，运行管理方便，控制功能强大，部分负荷运行时能效比更高，虽然初投资稍高，但是由于采用变频运转，能耗和运行费用低，在国内中央空调领域的市场占有率逐年提高。

另一方面，虽然冷水机组的COP值可达5.5甚至更高，但是这仅仅是冷水机组的能效比，判断一个空调系统的能效比，不能忽略配套设备及室内风机盘管的耗电量。直流变速多联式空调系统直接以制冷剂作为传热介质，传送的热量几乎是水的10倍、空气的20倍，而且不需庞大的风管和水管系统，减少了输送耗能及制冷剂输送中能量损失。传热介质性能比较给出了三种传热介质性能比较。

由下图可知，同样输送116kWm2的热量，以制冷剂作为输送介质，所需的输送系统耗能分别是以水和空气作为传热介质所需能耗的53.27%和33.3%。以本项目为例，如采用水系统空调，载冷剂(水)输送消耗电能，即冷冻水泵耗电约(5780/116)×4.7=234kW；冷却水流量约为冷冻水的1.2倍，冷却水泵消耗电能与冷冻水泵耗电大致相当，即使忽略冷却塔风机和室内风机盘管的耗电量，整个系统的额定能效比与多联机系统相当。

传热介质性能比较

另据文献研究的结果，在江浙沪地区与本项目规模相当的办公类建筑，采用冷水机组+燃油锅炉作为冷热源的空调系统，年能耗约1.69 GJ/(m2·a)，其中空调系统能耗约0.76 GJ/(m2·a)，而变频多联机系统能耗约0.56 GJ/(m2·a)。虽然多联机设备的初投资较前者稍高，但节能效果显著，运行、维护费用低，节能减排效果显著，约5～6年可回收高出的初投资部分。

在日本市场的调查统计显示，多联机使用寿命约20年，而水系统中央空调使用寿命约15年。

由于江苏吴江地区冬季无集中供热系统，冬季采用多联机供热时，室外气温对多联机制热能力的影响很小，采用多联机供热也是合理的选择。

4.系统设计

采用常规的方法进行负荷计算，不是本文重点描述的内容，过程从略。在此着重介绍系统的划分及设备的布置。

本项目地上部分22层均设置空调系统，根据房间的长宽尺寸及面积等因素，结合气流组织的要求，选用不同形式的室内机，有暗装式风管机、四向出风嵌入式等不同形式，高大空间(如大厅等)设置中高静压风管机。塔楼标准层每层设置2个空调系统，裙楼部分则根据不同的使用部门、不同用途的房间等情况，分为多个系统。为了使制冷剂配管长度缩短，减小因制冷剂配管长度引起的机组能力衰减，结合建筑特点，将室外机的安放位置做了优化，尽可能地放在每层的新风机房内。1至3层空调的室外机放置于2层的空调机房内，4至9层空调室外机放置于主楼3层屋顶，10层及以上空调系统室外机放置于塔楼顶层，保证了每个系统制冷剂管实际最大长度不超过100m，多数系统制冷剂管长度小于70m，最大限度地降低了因制冷剂配管长度引起的能力衰减。

充分利用设备本身的控制性能，可使控制器限定各空调房间的室内温度调节范围，为节能运转创造条件，为低碳减排做出贡献。也可以编制长远的运行计划，按照既定的日程设定运转。

5.选用产品简介

空调系统采用三菱重工品牌KX系列变频多联机。

5.1 室外机压缩机全部为用直流变速运转，实现了压缩机无级线性变频，做到了随室内机的需求而改变制冷剂的输出流量，即使最低频率运转时，也不会额外消耗能源。

同时室外机风机也会依据压缩机转速、室外空气状态等数据，自动地无级调节转速，既节省能源又能降低噪音。采用先进的热交换器一次成形制造工艺，使得热交换器乃至整机尺寸降低，占地面的在业界最小，方便设计讯用、安装及维修，同时也为用户节省空间。

5.2 室内机有10种款式，65个型号，可满足不同风格的需求，采用先进的流体力学技术和制造工艺，使其室内机在气流组织方式全面、合理，高效换热，稳定运行，噪音低。

5.3控制系统有无线遥控器、有线控制器、简易控制器、系统控制器，以及连接其他外部系统的适配器等，可对单台或按组群控制室内机的设置温度，运行状态，设定运行日程自动运行，具有断电补偿功能，系统控制器可限制部分或全部禁止有线控制器、无线控制器的功能，为空调系统统一管理提供有力支持。分户电费计量功能，可以合理地将空调系统耗电量分摊给所有用户，为物业管理提供帮助。

5.4系统配管总长度可达1000m，室内机间的高度差为18m，配置率高达200%(因机型而不同)，在室内机同时使用率低的场所，可充分利用其连接能力，降低室外机的装机容量，节省初投资。系统安全运转的室外空气温度范围宽广，-15℃时可正常开启制冷运转，本项目正是利用这个技术特点，对配电室配置了独立的空调系统，以确保全年制冷运转。系统配管长度100m时，能力衰减仅8.5%，-5℃时制热能力衰减仅13%。

6.系统控制

每台室内机配置一个有线控制器，可对应实现温度、运行状态等控制，室内温度、故障信息等的监视，定时开/关机，设定周运行日程，室内温度范围的限定。通过系统控制器可对所有多联机系统进行集中控制，通过电脑操作，无需专业培训。对每一台室内机分户计量，限制有线控制器的操作权限，为节能运转创造条件。

为了进一步提高运行管理效果，更加有效地实现运行环节的节能减排，2011年追加了中央控制系统并接入楼宇智能控制系统中，既可以单独操作，又可以通过楼宇智能系统操作，与消防控制系统联动，火灾时自动关闭所有空调设备，提高整个建筑智能控制系统的功能。

7.运行管理

多联机系统的优势之一便是运行管理灵活，即使任意一个房间的室内机开启，系统都能稳定地运转，采用变频模式的室外机，会以最低的频率运转，输出相应流量的制冷剂，而能耗也会相应地降到最低，这也是变频多联机在节能方面的优异表现。对于本工程的用户来说，即使只有一个部门需要加班，也能开启空调系统，不影响工作质量和效率。

充分利用了控制系统的强大功能，对室内一对一的控制器做了限定，确保落实夏季室内不低于26℃，冬季室内不高于20℃的节能减排控制措施，每日定时关闭所有系统，避免忘记关机带来的额外消耗。个别部门加班时，可在所有系统关闭后利用室内控制器单独开启身旁的室内机，既不影响工作，有实现了节能运转。

目前的多联机系统制冷剂多采用R410A，这是一种高压制冷剂，系统安装有很高的要求，系统的真空干燥及压力试验必需满足严苛的条件，系统通过了调试运转，则可以长久地安全运行，维护工作量及费用极低，即使出现故障也仅限于室外机和室内机，维修也很方便。

8.运行情况

多联式空调系统初投资和年运行费用结果见右图。基础数据：①设计方案为长江中下游地区；②年制冷天数120m2天，供暖120m2天；③电价为0.68m2元/kWh；④制冷、供热时间12m2h/天，平均负荷率0.7m2。

该大厦自2009年3月竣工投入使用以来，历经3个空调(制冷)季节，系统安全运行，空调效果良好，室内环境均达到设计要求。用户为了响应国家节能减排的号召，遵循对空调运行环节的控制原则，通过系统控制器将室内设定温度限定在26℃以上(冬季20℃以下)，使室内有线控制器对室内设定温度的调节受到一定限制，定时关闭所有空调系统，避免因忘记关机带来的能源浪费，如果有部门加班，可通过有线控制器再单独开启相应的室内机，通过运行管理，实现节能减排。

本项目多联机系统总装机容量5780W，整个空调系统的综合季节性能效比SEER可达4.33，日平均耗电量约为1335KW。按照每天12小时运行时间计算，

日耗电量：12×1335=16020kWh，

制冷季节(约150天)总耗电量约：16020×150=2043000kWh，

供暖季节(约120天)总耗电量约：16020×120=1922400kWh,

单位建筑面积年耗电：(2043000+1922400)/63701=62.25kWh/m2，

单位建筑面积年运行费用42.33元/m2。(与文献研究结果接近)

空调系统耗电量折算一次能耗：0.58GJ/(m2·a) (单位建筑面积)而同样规模的离心式冷水机组+燃油锅炉为冷热源的空调系统，单位建筑面积一次能耗指标约为0.76GJ/(m2·a)。直流变速多联机节能效果显而易见。

9.结论

本文通过分析比较目前常用的空调系统在办公类大厦设计、运行及使用方面的特点、对节能减排方面的贡献等，阐述了直流变速多联式空调系统的优点。结合多联机空调系统的技术特点，介绍了多联机系统在设计、运行管理、系统控制等方面需要注意的要点，对节能减排大局中的设计环节有一定指导作用。

多联机系统运行费用

空调方式：多联式空调系统+新风

制冷(制热)容量及数量：74.8(81.5)kW×11台 80.6(88.0)kW×6台