天保商务园数码空调系统设计浅谈
天保商务园数码空调系统设计浅谈
天津建筑设计院   王蓬

摘  要 通过天津天保商务园的数码空调系统设计,从建筑使用功能要求出发,从冷热源的确定、设计要点的阐述以及多联机系统设计注意事项等方面,对超低温数码涡旋多联空调系统在北方超大型商务建筑群中的应用进行了探索,将超低温数码涡旋多联空调系统的优势进行了展现,为今后同类建筑的空调系统设计提供了可借鉴的经验。
关键词 超低温  数码空调  喷气增焓 多联机系统   直接蒸发式  变冷媒流量  VRF  优势  经验

一、工程概述
本工程名称为天津天保国际商务园,分A、B地块。
A地块规划总用地面积247769.6㎡,地上建筑面积310607㎡,地下建筑面积126107㎡。地下层主要功能为车库、设备用房及餐饮等,地上建筑主要功能为办公、会议等。本项目地上部分由31幢分别为4、5、6、9层写字楼组成,其中4、6、9层24幢写字楼成圆环状分为a、b、c、d区,5层部分共7幢为e区。地下部分使用功能其中a-d区为汽车库停车为单层停车库,设备用房、商务配套餐厅、厨房,e区为单层停车库、设备用房、及15000m2人防,f区为A地块的动力中心。
B地块,规划总用地面积189890㎡,地上建筑面积279300㎡,地下建筑面积130284㎡,由地上、地下两部分组成:(1)地上部分由两幢写字楼和12幢研发楼组成。两幢写字楼a1,b1采用大底盘多塔的形式, 最高9层,最低5层。地上部分使用功能首层入口大厅、2 层商务办公,3至顶层为标准办公层,屋顶为电梯机房、空调机房、水箱间、楼梯间、屋顶花园。研发楼5层共11幢a2-a7, b2-b6,为U型布局;研发楼8层共1幢c1,为H 型布局。(2)地下部分由a、b、c3个区组成,3个区均为地下一层。地下部分使用功能其中a、b区为汽车库、设备用房、c区为商务配套餐厅、厨房,设备用房、其中b区设15000m2人防。

 
天保国际商务园项目

二、设计要求与设计依据
设计要求:该项目建筑分区广,栋数多,很多标准栋型同中有异,需区别对待;建筑分布从功能上看既有集中,又有分散,且要求配置集控及电力分户计量系统,以满足今后出租及出售的要求;空调的使用需满足经济节能、环保舒适、运行可靠,尤其要保证北方冬季制热运行效果(该项目不设采暖系统,由于空调供暖)及各种负荷状况下的节能运行;工期短,在施工图设计不但要求迅速,而且要准确、详尽,便于施工,更需杜绝返工等不良后果,且在空调系统的选择,尤其是冷热源上,要求简单,安装起来快速、便捷。
空调设计主要遵循的设计依据如下:
1.《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003
2.《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
3.《建筑设计防火规范》GB50016-2006
4.《建筑设备专业技术措施》 北京建筑设计研究院
5.《民用建筑工程暖通空调及动力施工设计深度图样》中国建筑标准设计研究院
6.行业相关的其他标准及规范

三、空调系统设计计算参数
本工程位于天津地区,其室外空调设计参数见表1,室外设计参数见表2。 
表1     室外空调设计气象参数:
   

 

干球温度(℃)

湿球温度(℃ )

相对湿度%)

室外风速m/s)

大气压KPa )

空调

通风

夏季

33.4

29

26.9

--

2.6

10.05

冬季

-11

-4

--

53

3.1

10.26


  表2       室内设计计算参数:
   

 

夏季温度
(℃)

冬季温度
(℃)

夏季相对湿度%

冬季相对湿度%

噪声标准dB(A)

办公室

2426

2022

65

35

40

会议室

2527

1820

65

--

40

餐饮

2426

2224

65

--

45

网络机房

2428

1618

60

--

50



 
四、冷热源的确定
其中A地块的b、c区所有十二栋建筑单体(b1~b6、c1~c6)以及地下餐饮区均由位于该区域地下一层的集中制冷换热机房提供空调冷、热源,空调冷、热源为:蒸汽溴化锂吸收式制冷(辅助以水冷螺杆式单冷机)+蒸汽外网经换热供热。而A地块a、d、e 区所有十九栋建筑单体(a1~a6、d1~d6、e1~e7)及B地块区域要第一期投入使用,且工期很短,全采用热泵型直接蒸发式多联空调机组,冬季制热、夏季制冷。考虑到天津地区冬季室外设计工况较恶劣,且考虑到办公型建筑层高较高热风较难抵达地面,空间较空旷,直接蒸发式系统相对的小风量,换气次数较小,对大空间制热气流组织相对不均衡等特点,及风冷式直接蒸发式系统冬季的容量衰减等因素,在直接蒸发式多联空调系统中选用了超低温数码多联机系统,该系统采用了喷气增焓先进技术,在低温下,制热效果较之同类产品有15~20%的提升,确保了冬季制热效果。以下就超低温数码多联机系统在该项目设计中的技术要点进行阐述。

五、空调负荷的确定及设备配置

1.负荷的确定
负荷计算采用逐时负荷计算法,考虑一天中使用空调的各个时间段负荷的情况,逐时计算,空调设备的容量配置(考虑衰减后的保有容量)向最大计算值看齐,并略超最大计算值,由于选用的是数码多联空调系统,其运行方式是变容量运行的,系统的制冷量或制热量是可以根据一天当中或者一年当中不同工况下的空调负荷,进行自动的动态调节,并消耗相应的电量,无需过度超额配置,从而体现了合理、经济、节能的设计理念。负荷确定的过程不但考虑了常规的室外设计条件,室内人员、灯光、设备、及其他热湿因素的影响,也考虑了不同朝向冷热负荷不同(例如西北向冷负荷偏大)、通风系统对室内冷热负荷的影响、建筑进深对负荷的影响等(例如单层面积较大的B地块a1栋型和b1栋型,其首层至三层均面积均接近6000平米,有“内区”、“外区”之分,内、外区负荷也有大小之分)。其间经过多次反复计算、校核,最终确定现行配置。

2.设备配置如下:
 

建筑物
编号

建筑
用途

建筑
栋数

楼层
层数

建筑面积

空调面积

室内机合计

室外机
合计
(台)

数量(台)

容量
(KW)

A

a1d1
a4d4

办公

4

9

13517*4

9730*4

1336

7818

72

a2d2
a3d3

办公

4

6

9020*4

6733*4

1012

5578

52

a5d5
a6d6

办公

4

4

6025*4

4700*4

706

4603

40

e1~e7

办公

7

5

9800*7

7580*7

1568

9682

77

小计

 

19

 

182848

137712

4622

27681

241

B

a1(龙头)

办公

1

9

43280

30302

949

9859

116

b1(凤尾)

办公

1

7

37373

26161

676

5146

59

地下室

餐饮

1

1

9764

6835

239

2352

22

a2~a7\
b2~b6

研发

11

5

15790*11

13155*11

2904

26118

297

c1

研发

1

8

29950

20967

548

4234

38

小计

 

15

 

294057

228970

5316

47709

532

总计:

 

34

 

476905

366682

9938

75390

773



六.空调系统设计概要

本建筑空调系统设计的总体思路是:既要满足平时运行的经济节能、环保舒适、运行可靠使用要求,又要满足不同区域不同时段的运行及控制要求,例如冬季恶劣室外工况时的制热效果要求,例如加班时段的部分负荷精确适度控制的要求,还要满足电费分户计量的要求等。   

1.空调设计应满足节能、环保、舒适、可靠的运行要求
该工程建筑规模大,节能与否直接关系到运行费用的节约与浪费,设计得当,将带来不小的经济节约效益。因此在项目设计时尤其重视,从空调产品的选择,到施工图设计的各个细节,都考虑了节能措施的运用。在确定空调形式时,不但考虑了工期因素,更是考虑了直接蒸发式变冷媒流量多联空调系统(VRF)的容量调节便利性及节能性——可在部分负荷时输出相对应的制冷或制热容量,尤其是低负荷工况,比如加班时只开启少数空调末端;而确定了VRF系统后,我们在变频变流量系统和数码变流量系统中进行了选择,由于建筑在多数情况下均在部分负荷的条件下运行,因此,在机组的配置上应充分考虑到机组的能量输出的调节范围和单台机组的最小能量输出,我们采用了能量调节范围较宽(最低可至10%),且无变频器额外损失的数码涡旋多联机系统;而数码变流量系统中的喷气增焓技术的应用,更是大大提高了系统在冬季低温下的性能和能效比,体现了该选择方案的优势。
在施工图设计时,我们进行了多次的优化及调整,在结合建筑特点及功能的前提下,在冷媒管长度、室内外机组高差、室内外机组配置、设备的布置、气流组织等方面,尽量避免了不合理设计带来的各种能量损失,提高机组效率,保证使用效果。例如,本工程为出售或出租项目,考虑到后期小业主的再次装修,并考虑建筑层高较高,采用天花板嵌入式或其他型式的室内机在气流组织上较难满足设计要求(尤其是冬季制热要求),采用了薄型风管式室内机,节约了吊顶空间的同时,满足了设计要求及后期小业主的二次装修要求;其次,尽量将功能相近、位置就近的室内机划分在同一个系统中,这样既减小了配管长度,又便于集中控制管理;铜管的排布,采取了尽量中分原则,尽量减少各末端室内机的管长差,既保证效果,又减少流动阻力损失,从而更节能;由于本工程存在单层面积较大的情况,例如B地块a1、b1、c等栋型,存在部分系统管长较长的情况,我们采取了加大主管道管径的方式,以减少流动损失,同时在保温材及材料厚度上进行增加,进一步保证效果;再次,部分区域存在功能相同,且需要同时运行的垂直功能区,如a2~a6栋型的一至四层相同位置存在网络机房,若将所有室内机连接于同一个系统,势必造成高低差过高,我们将之分成三个系统,每隔二至三层的室内机连接至一个系统 ,并在集中控制系统中进行相关的设置,以满足使用需求,既体现了设计原则,又结合实际;大开间办公室区域,由于同时使用系数较高,室内外机容量配比均不超过110%;室外机按照出风通畅,吸排风不短路的原则,在屋顶进行集中排布;由于天津地处沿海,冬季相对湿度较大,防止冬季积雪影响换热器换热,防止冬季融霜冰水混合物排放不畅造成堆积,影响换热效果,室外机的基础设计为双条型,并保持屋面完成面以上400mm的净高。本次设计,考虑环保因素,我们要求,所有机组均须使用R410A环保冷媒,并要求所有部件满足ROHS环保指令,即“电子电气设备禁止使用特定有害物质指令”;室内机要求有先进的抗菌技术。我们选择的数码多联空调机组满足以上要求。同时我们选用的数码多联空调机组具有容量调节迅速精确、运行范围广(制热运行:-20℃~29℃,制冷运行-15℃~54℃)、冬季在回油工况也可保持出热风制热、没有电磁污染危害健康等特点,使得空调运行效果好、舒适度高、更健康。从运行可靠性上看,我们采用的数码多联空调机组由于压缩机设计寿命长,零部件故障率低,尤其是机组PCB电路板故障率低,最大程度上减少了用户的使用不便。

2.空调设计应满足不同区域、时段的控制要求
    本工程空调区域根据功能不同可大致分为办公、会议、餐饮、网络机房及其他辅助用房等。设备配置及使用时段,峰值负荷等都有不同,这就要求我们的控制系统需具备强大的功能,进行区别控制;同时由于室内空间今后用作出租或者出售,将有很多小业主,则迫切要求具备电费分户计量功能。我们为数码多联空调系统配置的控制系统将具备以下功能:
数码多联空调系统通过SNET III程序建立起一个智能管理系统,单套软件最多可以控制16个DMS,能对256个组群,最多4096台室内机进行控制,由于采用以太网技术,可以不受通信距离的限制,通过该软件即可以对个别机组单独控制、分区控制,也可对系统内所有的机组进行统一控制,实现房间控制、日程控制、分区控制、系统监测、循环监测、维护监测、数据分析、报表生成与输出,故障报警、维护提示,控制器功能限制或屏蔽等多角度管理模式。SNET III控制系统,配合数码电表等硬件设备,能够实现峰、谷、平三段区别电价式的分户计量,可直接显示用户电费及账单打印。完全满足不同时段不同区域的运行集中管理及控制要求,及电费区分要求。

七.小结
随着技术的不断发展、日渐成熟,数码多联空调机这种空调型式在工程中所占的比重越来越大。数码多联空调系统凭借其出色的节能性、运行控制的便利性精确性,越来越受设计师及业主的青睐。本文即以天保商务园的数码多联空调系统的应用为例,对北方地区的超大型建筑群工程项目的多联空调设计进行了探讨,希望该项目中的经验对同行有一定的借鉴作用。由于水平所限,如有错漏,欢迎指正。

 
 
 
 
 
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