浅谈VRV 空调系统在超高层建筑上的应用

刘丽娜

（北京中外建建筑设计有限公司，北京 100000）

1 概述

本工程位于云南省昆明市，是一个由智能化甲级办公楼、普通办公楼和复合型商业组成的大规模的超高层建筑。总建筑面积：179836.26m2，地上部分面积：121310.72m2，地下部分面积：58525.54m。A 座建筑高度为99m 普通办公楼（依甲方要求，仅采用分体空调）；B 座 6F、22F 为设备层（设有避难区），7~21F 为办公一区，23~38F 为办公二区；B 座建筑面积60144.65m2，建筑高度164.5m 的智能化甲级办公楼；裙房为5 层商业（商业部分仅设置夏季空调系统，不考虑冬季采暖，本文裙房商业部分不详细叙述）。一层东北角为A 座办公楼及人才交流中心的主入口、西北角为B 座办公楼的主入口、西南角为地下一层商业的主入口。裙房二至五层均为商业。地下四层，地下一层左侧为设备用房，中间区域为商业零售区域，右侧为自行车库。地下二、三、四层均为汽车库，设备用房位于左侧；人防位于地下四层右侧，防护等级为乙类6 级，战时用途用于二等人员掩蔽工程，平时为停车库）。建筑外围结构为全玻璃幕墙，结构形式为内筒外框式。

2 空调设计

室外设计参数（昆明地区）:

本文重点论述塔楼B 座办公区部分：

（1）冷热源：按甲方要求结合当地气候条件，裙房B 座办公部分设置夏季空调和冬季采暖系统。冷热源采用变制冷剂流量多联分体VRV 空调系统，IPLV（C）：3.3。室外机设置在裙房屋顶和避难层。塔楼B 座办公部分夏季总冷负荷4100kW，冷指标64W/m2；塔楼B 座办公部分冬季总热负荷1100kW，热指标20W/m2。

（2）空调风系统B 座办公区采用新风换气机，支管送风吊顶回风方式，空气先经灯具回风口到室内吊顶内，再经通风短管回到走道吊顶内，最后由回风管到达新风换气机组。新风管装有手、电动对开多叶调节阀，可根据室内二氧碳浓度调节新风送入量，能实现可调新风比运行。B 座塔楼标准层走道、电梯厅、卫生间等区域新风由办公室空调正压渗风提供。

3 B 座超高层为什么采用VRV 空调系统

VRV 空调系统即变制冷剂流量空调系统，VRV 空调系统由室内机、室外机、冷媒管及其自控系统组成。它是通过控制进入室内热交换器的制冷剂流量，满足室内冷热负荷需要的直接蒸发式空调系统。与传统风机盘管加新风系统的中央空调水系统相比，它具有如下特点：

（1）设备少、管路简单，节省建筑面积与空间。VRV 系统采用风冷方式并将制冷剂直接送入室内机，不需要冷却水和冷冻水系统，从而省去了冷却水循环泵、冷冻水循环泵、冷却塔等辅助设备及相应的水管系统，VRV 系统不需要庞大的风道系统，减少了建筑物空调机房的面积，从而可以降低楼层高度，节省安装空间。超级VRV 系统由于采用组合式室外机，可使制冷剂管道大约减少30%，这样大约节省了70%的管道井面积及空间；在本项目中，6F、22F 的避难层及屋面均设置了空调室外机，就近传输，大大避免了能量损耗，不占用制冷机房。空出的地下空间可以作为车库使用，解决繁华地段停车困难的问题。不占用其地下空间的同时，保证室外机位置不影响其建筑外立面的美观度，并确保室外机散热正常，使空调系统可以高效运行，增加更多高品质的使用面积，为项目方创造更多的效益。

（2）VRV 空调系统可有效解决传统中央空调水系统承压问题：本项目B 座办公楼建筑高度为164.5m，传统风机盘管加新风系统的中央空调水系统，对于一栋150m 高的建筑，在中间不设设备层、膨胀水箱设置于屋顶的情况下，水泵的扬程37.5m，系统内最大压力约1.9MPa，选用的管材、部件、设备（蒸发器、末端装置）需要承压2.1MPa；中间不设板式换热器、垂直一个系统供回水温度是7/12℃，如果中间设板式换热器、上层的供回水温度就是9/14℃，有一半建筑空调通过板换供冷，热效率至少下降20%左右，而且末端装置换热面积要加大20%，对于安装、设备投资、噪声均带来问题。资料显示：离心式冷水机组特加强型PN=2.10MPa，螺杆式冷水机组冷媒侧的出口管道上设有安全阀，其起跳压力为2.41MPa，板式换热器的最大工作压力为2.2~3.0MPa。风机盘管最大设计工作压力为1.5MPa；管件及阀门承压：低压管道PN＜2.5MPa（GB 1048-70）；中压管道PN=4~6.4MPa，低压阀门 PN=1.60MPa（GB 1048-70）；中压阀门 PN=2.5~6.4MPa，如果采用高承压设计，设备压力增大，造价也会随之提高。为降低承压，则需采用梯阶换热的方式，将制冷机房的低温水送至高层。但是将7℃的水改成5℃的水，制冷机的制冷量又要下降20%左右。经翻阅资料，以深圳发展中心大厦（165m）为例，设计：一次水系统供回水温度是5/10℃，二次水系统供回水温度是7/12℃，实际运行：一次水系统供回水温度是7/12℃，二次水系统供回水温度是9/14℃；其原因是：①选用的离心机式机组在冷水出水温度是5℃时容易产生“喘振”，出现过多次的停机跳闸现象；②冷水机组在5℃时，由于保温施工质量较差，系统部件表面冷凝水量过多；③板式换热器热效率问题，由于温差仅在1~2℃左右，即温压几乎等于0℃，按传热计算很难精确。提高水路系统承压能力，关键是提高制冷机蒸发器水侧承压能力。由于VRV空调系统布置灵活，设计者可以根据建筑物的用途、不同的负荷、装饰风格等来灵活地选择室内机。VRV 空调系统有很长的配管系统和较大的高度差，（当室外机位于室内机之上时，室内外机最大高差50m，当室外机位于室内机之下时，室内外机最大高差90m），使VRV 空调系统布置安装灵活方便，在本项目中，6F、22F 的避难层及屋面均设置了空调室外机，可满足超高层建筑的空调需求。

（3）VRV 空调系统具有显著的节能效益。VRV 空调系统由于采用变频型室外机与恒速型室外机组结合的组合型室外机，使系统的容量可在5%~100%之间具有更细化的频率和步长，完全可以满足不同季节、不同负荷时，对系统能量的调节要求。同时也使组合式室外机与更小的室内机有更佳的匹配关系，即使在低负荷（额定负荷的30%）下运行时，机组的性能系数仍可高达3.4 左右，由此带来的节能效益是巨大的；室内机可单独控制，故不需要空调的房间，可以根据使用者的需求，关闭室内机，减少能源的浪费；不同的房间可以设定不同的温度，既提高舒适水平，又避免传统中央空调系统集中控制造成的无效能源浪费。将制冷剂送入室内机，直接冷却空气，无二次换热，提高了能源利用率。传统水系统空调仅能通过控制水流量或者风量来调节房间温度，普通VRV 空调系统仅能控制冷媒流量。目前新型的VRV 空调系统搭载先进的VOS6.0 控制逻辑，不仅能自动调节冷媒流量，还能根据房间实际温度需求自动调节冷媒温度，更能通过室内机与室外机的信息联动，实现室内机风量自动调节、室外机风扇及压缩机负荷自动调节。通过多种控制逻辑结合，提升空调舒适性，同时更加有效的节省能耗。

（4）VRV 空调系统运行管理方便，维修简单。VRV 空调系统有多种控制方式，室内机可选用有线或无线遥控器，根据用户的需要分别采用单遥控、双遥控、组控及中央控制方式，也可与楼宇自控系统联网，实现计算机统一控制管理，十分方便；系统具有故障自动诊断功能，可以自动显示处故障的类型及部位，以便迅速二简单的进行维修，因而不需要专门管理人员，又提高了检修效率。本项目致力打造智能化甲级办公楼，VRV 空调系统正好与之契合。

（5）对比传统风机盘管加新风系统的中央空调水系统，VRV空调系统能科学的电量划分，PDCA 能源管理：为方便物业统一管理以及更公平的核算空调费用，该项目采用集中控制系统。该系统不仅能够根据各区域空调的实际使用情况按能耗计量出空调费用，还可以通过日程设定、遥控器权限设定等功能，采用行为管理来避免不必要的空调能耗浪费，甚至可以自动检测空调的运行状态，检索高能耗空调，帮助制定节能计划，最大限度响应国家节能减排号召。

4 VRV 空调系统的缺点及注意事项

①初投资较大，比一般集中式中央空调约贵30%（本项目节省的其他费用预计可以相抵）；②冬季低温环境下VRV 空调机组制热能力衰减（昆明冬季采暖室外计算温度：0.0°C；冬季空调室外计算温度：-3.0°C；对上述衰减影响较小）；③由于VRV 空调系统室内、外机连接管较长，接头多，存在制冷剂泄漏的危险，因而对管道安装的要求较高；④冷量衰减，VRV 空调系统室内机与室外机是通过冷媒管连接，制冷剂管路的长度与室内外机组的高差影响着空调系统的冷量衰减；以日本大金空调系统产品为例，室内机与室外机之间的制冷剂管长度可至150m，当室外机位于室内机之上时，室内外机高差最大高差50m，各室内机之间的高差小于等于30m，设计中应保证极限值，在这些范围内设计要注意到，随着制冷管长度及室内外高差的变化，其冷量衰减相差较大。由此可见，在设计中要考虑到容量修正系数，在系统设计时，尽量使一个系统室内外机的距离最短，高差最小，对高差大、管路上的系统要适当增加机组的容量，这样才能保证空调的效果。

5 结语

随着VRV 空调技术的多年沉淀以及良好口碑的积累，VRV凭借着使用灵活、节省空间、分期投入、科学计量、高舒适度等优点，被广泛使用到超高层建筑中。把VAV 空调系统用于较高标准的建筑，尤其是超高层办公搂中，其优点十分明显。