艾默生杯获奖工程：中航设计院303厂房空调设计

项目概况

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。

空调方案选择：冷水机组是最早进入中国中央空调市场的产品，而多联机组则是近两年发展最快速的产品之一。本文以具体项目为例，分析了这两类产品各自的优劣。

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。

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。

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、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。

5、变流量多联机中央空调系统属于电制冷范围，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，室外机可根据现场情况灵活摆放。

7、变流量多联机中央空调系统安装极其方便。

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。

9、变流量多联机中央空调有多种款式。

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。

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。

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。

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。

A、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%)；

(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%。

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；

(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%)；

(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。

B、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；

(2) 不产生电磁干扰，无须抑制电路，容易取得EMC及3C认证。

C、回油的处理的比较

在低负荷状态下，变频系统中制冷剂流速较低。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。

D、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：

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。

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

a、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；

b、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；

c、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；

d、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。

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×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。

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。

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×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”。

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×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。

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。

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。

E、数码涡旋与变频多联机的对比-结论

(1)数码涡旋技术具有系统结构简单，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，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；

(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)。

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。

空调系统设计：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。

一、设计参数(根据西安市气象条件)

室外设计计算参数

室内设计计算参数

二、空调系统划分

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。