連載· 44 |《變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)》——7.2 珠江城大廈柔性中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用
2018-05-11
7.2.1工程簡介
珠江城大廈是中國煙草總公司廣東省公司投資的經(jīng)營性項(xiàng)目，定位為國際超甲級(jí)寫字樓，并配套商務(wù)餐飲、商務(wù)會(huì)所、高級(jí)會(huì)議中心、環(huán)景大廳等功能。珠江城大廈位于廣州珠江新城核心區(qū)，作為廣州未來的中央商務(wù)區(qū)（CBD），代表了這個(gè)生機(jī)勃勃南方大都市的品質(zhì)和尊貴。
珠江城提出的“零能耗”設(shè)計(jì)理念大打“節(jié)能低碳牌”， 綜合運(yùn)用風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、輻射制冷結(jié)合變風(fēng)量置換通風(fēng)、高性能幕墻、日光感應(yīng)及人員感應(yīng)控制等先進(jìn)技術(shù)，是國際上首座綜合運(yùn)用這些技術(shù)的超高層建筑。珠江城不僅室內(nèi)環(huán)境高品質(zhì)，而且空調(diào)全面能耗還很低。2017年經(jīng)廣東建科院測試，每平方建筑面積空調(diào)年耗電量28.4kWh。
大樓標(biāo)高309.4m，地下6層、地上71層，總建筑面積214355m2，其中地上建筑面積為169243m2，地下建筑面積為45112m2。
7.2.2 基于絕對(duì)含濕量VAV控制的柔性中央空調(diào)設(shè)計(jì)
1、冷熱源系統(tǒng)
工程制冷系統(tǒng)總裝機(jī)冷負(fù)荷為15964kW，由3 組共6臺(tái)640RT 的大溫差串聯(lián)冷水機(jī)組制冷系統(tǒng)以及2 臺(tái)螺桿式熱泵機(jī)組提供，冷水進(jìn)出水溫度為16/6℃；大樓59~71 層辦公樓的空調(diào)總裝機(jī)冷負(fù)荷為1872kW，新風(fēng)處理冷源由帶全熱熱回收溶液除濕新風(fēng)機(jī)組提供。
工程供熱系統(tǒng)總裝機(jī)熱負(fù)荷為 2000kW，由2 臺(tái)284.5RT 的螺桿式水冷熱泵冷機(jī)組提供，熱水進(jìn)出溫度為34/39℃；大樓59~71 層辦公樓的空調(diào)總裝機(jī)熱負(fù)荷為453kW， 由帶全熱回收的風(fēng)冷熱泵式溶液除濕新風(fēng)機(jī)組提供。
冷熱源系統(tǒng)原理如圖7-9 所示，其主要設(shè)備如圖7-10 所示。
圖7-9 冷熱源系統(tǒng)原理圖
圖7-10 主要設(shè)備
2、干式末端系統(tǒng)
工程9F-70F辦公區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)采用溫、濕度獨(dú)立控制的柔性空調(diào)系統(tǒng)。新風(fēng)承擔(dān)室內(nèi)的全部濕負(fù)荷和部分顯熱負(fù)荷，其余顯熱負(fù)荷由冷輻射板和主動(dòng)冷梁承擔(dān)（見圖7-11、圖7-12）。本工程的空調(diào)系統(tǒng)分內(nèi)、外區(qū)系統(tǒng)，外區(qū)采用主動(dòng)冷梁、內(nèi)區(qū)采用金屬吊頂冷輻射系統(tǒng)，外區(qū)主動(dòng)冷梁可以及時(shí)的捕獲外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的得熱和滲透進(jìn)來的熱濕空氣，并加以處理，確保內(nèi)區(qū)冷輻射板的安全運(yùn)行。
圖7-11 冷輻射板
圖7-12 主動(dòng)冷梁
冷輻射空調(diào)系統(tǒng)房間的舒適溫度通常可比傳統(tǒng)空調(diào)高 1~2℃，這樣可以降低空調(diào)冷 負(fù)荷，節(jié)省能源消耗；由于冷輻射系統(tǒng)為自然對(duì)流和輻射傳熱，沒有循環(huán)風(fēng)機(jī)，可以節(jié) 省大量的風(fēng)機(jī)能耗；另外溫、濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)使用冷凍水的品位高低分明，冷輻射板 和主動(dòng)冷梁的供回水溫度為 16/19℃，為大溫差冷凍水系統(tǒng)和冷凍水梯級(jí)利用系統(tǒng)創(chuàng)造 了條件，大大提高了系統(tǒng)綜合效率。
3、VAV新風(fēng)系統(tǒng)
工程新風(fēng)采用 VAV 地板置換新風(fēng)系統(tǒng)（見圖 7-13、圖 7-14），VAVTMN 的送風(fēng)量 由房間絕對(duì)含濕量確定。另外采用壓力控制的排氣系統(tǒng)，控制房間的正壓。
圖 7-13 VAV 地板置換新風(fēng)系統(tǒng)示意圖
圖 7-14 VAV 新風(fēng)系統(tǒng)控制原理圖
VAV 新風(fēng)系統(tǒng)采用雙級(jí)靜壓控制策略。第一級(jí)：樓層變風(fēng)量控制，根據(jù)新風(fēng) VAV 閥門開度調(diào)節(jié)樓層電動(dòng)風(fēng)閥開度（變靜壓控制策略）；第二級(jí)：新風(fēng)機(jī)組變頻控制，根 據(jù)新風(fēng)管靜壓變化調(diào)節(jié)新風(fēng)機(jī)組風(fēng)機(jī)頻率（定靜壓控制策略）。如圖 7-15、圖 7-16 所示。
圖 7-15 新風(fēng)壓力無關(guān) VAV 濕度控制模式
圖 7-16 新風(fēng) VAV 變靜壓控制策略邏輯圖
7.2.3 空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行測試
廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測中心有限公司，于 2013 年 9 月 2 日至 9 月 7 日，對(duì)珠 江城項(xiàng)目進(jìn)行檢測，并出具《珠江城基于絕對(duì)濕度控制的冷輻射空調(diào)系統(tǒng)測試報(bào)告》。
檢測依據(jù)：GB 50411—2007《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》；DBJ 15-65—2009《廣東省建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》；GB 50189—2005《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》； DBJ 15-51—2007《〈公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)〉廣東省實(shí)施細(xì)則》；GB 50243—2002《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》；項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)資料（設(shè)計(jì)圖樣等）。 項(xiàng)目測試階段只有 11~13 樓投入使用，因此選定 13 層作為測試樓層。測試過程中將 14~22 層和 9~10 層的各層新風(fēng)支管上的定風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的風(fēng)量值設(shè)定為額定風(fēng)量的 30%，11~13 層按原設(shè)計(jì)運(yùn)行。
7.2.3.1新風(fēng)對(duì)房間含濕量控制的穩(wěn)定性測試
當(dāng)室內(nèi)濕度發(fā)生變化時(shí)，測試 VAV 風(fēng)量控制室內(nèi)絕對(duì)含濕量的穩(wěn)定性。先將房間濕度處理到7.8g/kg 以下，當(dāng)室內(nèi)人員密度發(fā)生變化時(shí)，室內(nèi)濕負(fù)荷也發(fā)生相應(yīng)變化。開啟VAV并將室內(nèi)絕對(duì)含濕量設(shè)定為7.8g/kg，觀察并記錄房間溫濕度變化、VAV 閥門開度以及風(fēng)量變化情況。
下午14:20，觀測房間內(nèi)無人，此時(shí)溫度為24.4℃，含濕量為7.4g/kg。14:30 房間內(nèi)陸續(xù)有人進(jìn)入，房間濕負(fù)荷升高，15:30 以后室內(nèi)人員陸續(xù)走出房間，房間濕負(fù)荷降低，檢測這段時(shí)間內(nèi)房間溫、濕度的變化情況；通過電腦終端觀察各新風(fēng)TMN 的閥位狀態(tài)，整理于圖7-17。
圖 7-17 房間溫度、含濕量、相對(duì)濕度變化曲線
圖7-17顯示：在房間濕負(fù)荷升高又降低的變化過程中，房間的干球溫度和絕對(duì)含濕量基本保持恒定，房間含濕量一直保持在設(shè)定值7.8g/kg 以下，達(dá)到了恒溫恒濕的設(shè)計(jì)要求。
圖 7-18 新風(fēng) TMN 的閥位和風(fēng)量變化
從圖7-17、圖7-18 可以看出，當(dāng)房間人員增多導(dǎo)致濕負(fù)荷升高后，房間含濕量有上升趨勢，此時(shí)新風(fēng)TMN 及時(shí)響應(yīng)，增大閥位開度，新風(fēng)量隨之增大，很好地穩(wěn)定了室內(nèi)的絕對(duì)含濕量，使得室內(nèi)含濕量一直保持在7.8g/kg左右；當(dāng)15:30 房間內(nèi)的人員陸續(xù)走出房間后，房間濕負(fù)荷變小，TMN 閥位和新風(fēng)量也相應(yīng)的減小了。
7.2.3.2 VAV-TMN風(fēng)量測試
于9月22~26日，對(duì)13層的1號(hào)~35號(hào)VAV-TMN風(fēng)量進(jìn)行時(shí)間間隔為1h的測試，表7-10為1號(hào)~6號(hào)TMN9月22日的測試數(shù)據(jù)；圖7-19 為1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)、6號(hào)TMN9月22~26日的測試數(shù)據(jù)。
表7-10 1號(hào)~6號(hào)VAV-TMN風(fēng)量（9月22日）
圖7-19 1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)、6號(hào)VAV-TMN風(fēng)量（9月22~26日）
從以上測試結(jié)果可以看出，在白天剛打開空調(diào)時(shí)，由于濕負(fù)荷較大，新風(fēng)量根據(jù)除 濕需求而定，此時(shí)新風(fēng)量為全天最大值，隨著新風(fēng)機(jī)組的運(yùn)行，房間濕負(fù)荷逐漸降低，新風(fēng)量降低，維持在最小新風(fēng)量上下運(yùn)行。
7.2.3.3新風(fēng)機(jī)組頻率測試
于9月22~26日，對(duì)4 臺(tái)新風(fēng)機(jī)組的風(fēng)機(jī)頻率及13層VAV總新風(fēng)量進(jìn)行時(shí)間間隔為1h 的測試，表7-11 為9 月22日的測試數(shù)據(jù)；圖 7-20為9月22~26日的測試結(jié)果。
表7-11 新風(fēng)機(jī)組風(fēng)機(jī)頻率及13層總新風(fēng)量（9月22日）
圖7-20 新風(fēng)機(jī)組頻率變化（9月22~26日）
從以上測試結(jié)果可以看出：由于該辦公樓只有11~13樓投入使 用，14~22 層和9~10層的各層新風(fēng)量值設(shè)定為額定風(fēng)量的30%，在整個(gè)測試期間風(fēng)機(jī)頻率一直在17.2~22.3 Hz之間變化；白天剛開起新風(fēng)機(jī)組時(shí)，房間濕負(fù)荷較大，風(fēng)機(jī)頻率相對(duì)較高，隨著新風(fēng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的推移，風(fēng)機(jī)頻率逐漸降低，直至穩(wěn)定在一個(gè)頻率下運(yùn)行。
因此，新風(fēng)機(jī)組風(fēng)機(jī)變頻控制實(shí)現(xiàn)了按需控制新風(fēng)量、降低風(fēng)機(jī)能耗的目的。
7.2.3.4新風(fēng)除濕過程測試
對(duì)除濕新風(fēng)系統(tǒng)的新風(fēng)狀態(tài)進(jìn)行測試，整理得夏季新風(fēng)的除濕處理過程如圖7-21所示。室外高溫、高濕氣體經(jīng)新風(fēng)機(jī)組內(nèi)置的帶熱回收熱泵預(yù)冷除濕后，由新風(fēng)機(jī)組內(nèi)冷盤管進(jìn)一步降溫除濕后，利用內(nèi)置熱泵的熱回收加熱升溫后，達(dá)到送風(fēng)狀態(tài)送入室內(nèi)，承擔(dān)房間全部濕負(fù)荷與部分冷負(fù)荷。
圖7-21 實(shí)測新風(fēng)機(jī)的新風(fēng)處理過程
7.2.3.5空調(diào)房間熱舒適性驗(yàn)證測試
工程VAV系統(tǒng)運(yùn)行效果較優(yōu)，空調(diào)房間溫度和濕度均能滿足舒適性需求，尤其對(duì)于9~70F 采用溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的辦公區(qū)域，房間濕度可準(zhǔn)確控制在限定值以下，房間干球溫度可控制在設(shè)定值上下0.3℃范圍內(nèi)。圖7-22 為13 層辦公區(qū)域各房間參數(shù)的控制界面截圖，表7-12為測試房間白天空調(diào)時(shí)間內(nèi)溫、濕度數(shù)據(jù)。
圖 7-22 大樓 13 層控制界面截圖
表 7-12 測試房間溫、濕度數(shù)據(jù)表
由表7-12可看出，測試房間的設(shè)定絕對(duì)含濕量上限為12g/kg 干空氣，實(shí)際室內(nèi)絕對(duì)含濕量在7.5~11.7g/kg之間，均未超過設(shè)定上限值；室內(nèi)干球溫度設(shè)定值為26℃，實(shí)測室內(nèi)干球溫度全天在 25.7~26.3℃之間波動(dòng)，即干球溫度在設(shè)定值±0.3℃范圍內(nèi)波動(dòng)。
7.2.4案例小結(jié)
珠江城辦公樓空調(diào)系統(tǒng)采用溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)方式，利用冷輻射板（內(nèi)區(qū)房間）和主動(dòng)冷梁（外區(qū)房間）控制房間溫度、VAV 新風(fēng)系統(tǒng)控制房間絕對(duì)含濕量，實(shí)現(xiàn)了冷凍水的大溫差、梯級(jí)利用，大大提高系統(tǒng)能效。
經(jīng)測試，結(jié)果表明：
（1）在房間人員負(fù)荷波動(dòng)的情況下，房間濕度可準(zhǔn)確控制在限定值以下，房間干球溫度可控制在設(shè)定值上下 0.3℃范圍內(nèi)。
（2）采用新風(fēng)控制房間絕對(duì)含濕量的控制模式，可真正實(shí)現(xiàn)需求化通風(fēng)，降低新風(fēng)負(fù)荷。
（3）新風(fēng)機(jī)采用壓力控制變頻系統(tǒng)，降低新風(fēng)冷卻除濕能耗的同時(shí)減少風(fēng)機(jī)的運(yùn)行能耗。
（4）新風(fēng)機(jī)組可完全承擔(dān)房間濕負(fù)荷，除濕過程中利用余熱回收對(duì)新風(fēng)進(jìn)行再熱，降低除濕能耗。
本工程采用的柔性中央空調(diào)系統(tǒng)可將空調(diào)房間溫、濕度穩(wěn)定控制在舒適范圍內(nèi)，同時(shí)具有非常顯著的節(jié)能效果。
