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厦门国际会展中心空调设计暨变风量空调系统设计小结

　　提要：
　　简要介绍了厦门国际会展中心的空调系统设计、防排烟设计及节能方面所采取的措施。着重介绍变风空调系统的和几种控制原理，并结合厦门国际会展中心工程设计详细介绍了变静压变温度法的应用。
关键词：国际会展中心，节能，变风量空调系统，变静压变温度法
工程简介：
　　厦门国际会展中心用地面积公顷，一期建筑面积149700平方米；整个会展建筑东西向长285m，南北向长432m。
　　主楼地下室主要为停车库、设备用房；主楼一层设有五个展厅，每个展厅6561㎡。一、五段展厅净高15m，为双层网架结构；二、四段展厅净高10m，为桁架结构；三段展厅净高.6m，为钢结构。一、二、四、五段展厅设有10m高的门厅；三段设有15m高的门厅。同时，展厅东西两侧一至三层设有小会议室、洽谈室、办公室、信息中心、厨房、餐厅及空调机房和其它设备用房。三段三层以上设轻型展厅、演讲厅、观海大厅、会议室、空调机房等。辅楼主要为酒店及其配套设施。
系统简介：
　　空调系统：
　　厦门国际会展中心设计计算总冷负荷29719kW，在地下冷冻机房内设4台双机头离心式冷水机组和一台1055kW螺杆式冷水机组。冷媒采用环保型R134a。冷冻机房内设冷媒泄漏报警系统，并设冷媒泄漏排放管。在一段网架上设9组冷却塔，其中8组冷却塔对应8个压缩机头，另一组冷却塔对应螺杆机组。网架上冷却水管采用不锈钢滚珠支座支承以减少摩擦阻力。冷冻水系统采用一、二次泵系统，一次泵定流量，二次泵变频调速变流量以利用于节能。冷却水系统采用定流量系统。选用闭式膨胀水箱，利用气压罐原理定压、补水，膨胀水箱设于地下室冷冻机房内；各组立管末端均设自动排气阀放气。主楼各部分空调均采用全空气空调系统，按实际情况设有定风量空调系统和变风量空调系统，空调机选用组合式空调器。各层冷冻水回水干管和各空调箱冷冻回水管上均设平衡阀。展厅部分送风口选用送风距离较长的旋流风口；考虑到展厅明装风管的美观及送风压力较大等因素，送风管选用强度较高的螺旋风管；门厅部分由于进深较深，达40m长，且门厅上空无法布置风管，采用圆形喷口、地送风、送风柱、条形散流器、方形散流器相结合的送风形式。其它部分除国际会议厅有部分设旋流风口和圆形喷口外，送风均采用条型散流器。
　　主楼共设有48个空调系统。其中展厅、门厅、演讲厅等大空间采用定风量空调系统；办公室、小会议室、洽谈室等小开间部分采用变风量空调系统，末端采用VAV装置。在设计时，充分考虑火灾补风、排烟尽可能利用空调送、回风系统进行，减少一次投资。
　　防排烟：
　　由于展厅和门厅净高高、空间大，超出我国现行的消防规范，按照国外合作方RSG提供的资料、计算机模拟实验结果和消防专家论证会意见：
　　15m净高展厅、门厅排烟量按次/h换气次数计算；
　　10m净高展厅、门厅排烟量按次/h换气次数计算；
　　净高展厅、门厅排烟量按次/h换气次数计算。
　　所有火灾补风系统均在新风入口设置管道式烟感。当新风受烟火威胁时，自动关闭补风系统。
　　节能措施：
　　1、 公共区域部分采用低温送风，送风温度12℃，减少送风量，降低风机耗能；
　　2、 冷冻水系统采用大温差(℃～℃)，减少冷水量，降低水泵耗能；
　　3、 末端盘管回水管均设二通阀，根据负荷要求随时调节冷冻水流量，二次泵变频调速变流量，并在一次冷冻水供回水管上设实时流量计，实时监测旁通的冷冻水量，调整压缩机头的开启台数，以达最大的节能效果。
　　4、 采用VAV系统，设计采用较先进的变静压变温度控制方法，提高节能效果；
　　5、 充分利用自控手段，全部暖通空调系统纳入BA系统进行能源管理。
　　下面结合厦门会展中心变风量空调系统的设计，对变风量空调系统作一小结。
一、 变风量空调系统：
　　变风量空调系统的设计是真正基于逐时负荷的设计，系统可根据需要随时调节分配到各区域的送风量或供冷、供热量，系统总送风量为各时段中所有区域要求的风量这和的最大值，而不是通常定风量空调系统设计中所有区域在各时段要求的风量的最大值之和。前者通常只占后者的70%-90%。因此，变风量空调系统可显着减少系统总送风量和装机容量，达到节能和减少投资的目的。
二、 变风量末端装置：

　　按改变风量的方式可分为节流型和旁通型；按有无末端混风机，有带风机和不带风机两种；按控制方式可分为电动、气动、自力型，电动还分模拟型和直接数字控制型；按是否补偿压力变化可分为压力相关型和压力无关型。
　　下面介绍一下压力相关型和压力无关型变风量末端装置。 变风量末端一般由壳体、风阀、风阀执行器、室内温度传感器风量传感器、控制用IC板等组成。
　　从控制角度看，压力相关型由温度传感顺直接控制风阀开度；而压力无关型除温度传感器外还有风量传感器和风量控制器，温控器为主控器，风量控制器为副控器，构成串级控制环路，温控器根据室内温度与设定温度的偏差设定风量控制器设定值，风量控制器再根据风量偏差控制风阀开度。
　　当一个VAV末端阀门开度发生变化时，主管上压力亦发生变化，必然引起其它末端风量的变化，压力无关型末端可根据风量控制器调整风阀开度，能很快校正这种变化；而压力相关型则要等到风量变化改变了室内温度后才能再根据温控信号调整风阀开度来补偿这种变化，在时间上比前者滞后一些。
　　厦门会展中心采用节流型、不带风机、DDC控制型、压力无关型VAV末端装置。
三、 变风量空调系统控制方法：
　　1、 定静压定温度法：这种控制法控制对象为机械式VAV末端装置，全部控制均为模拟式，这种控制方式基本上已被淘汰。
　　2、 定静压变温度法：主要控制原理为保证其送风系统上某一点静压一定的前提下，当某一房间内所需风量变化时，调节风阀开度，与此同时，系统内静压随之变化，当设定点实际静压值与静压设定值偏差大于某值时，通过变频器调节风机转速，满足恒定静压的需要。当VAV末端装置送风量达到最大值或最小值，还不能满足室温要求时，调节水路上电动二通调节阀，改变送风温度。这种方法由于控制简单，得到广泛地应用。但是，由于静压设定点位置及数量很难确定；静压传感器成本昂贵；并且恒定静压下，节能效果受到一定限制；而且室内风量只能由风阀调节，当阀门开度较小时易产生较大噪音。
　　定静压VAV空调系统运行状态如图所示。当某部分房间空调负荷减小，所需风量随时之减小，VAV末端风阀关小，此时系统末端局部阻力增大，管路综合阻力系数增大，管路特性曲线变陡，工况点由A→B，风量由QA→QB。根据理论分析，对于定静压VAV空调系统，风机功率的减少率基本上等于风机风量的减少率。当风机风量全年平均在60%的负荷下运行时，此时风机功率节能不到40%。
　　3、 变静压变温度法：
　　其控制思想是尽量使每个VAV末端的风阀保持全开状态，尽量减少系统所需静压，所以能最大限度地降低风机转速以达到更佳的节能效果。另外，由于风阀保持较大开度，能降低VAV末端的再生噪音。
　　控制原理：首先根据室内温度设定值计算出所需风量，与风速传感器计算出的实际风量比较，调节风阀开度。当风阀开度过小时，表明系统静压过大，降低风机转速；当VAV末端送风量达到最大值或最小值，还不能满足室温要求时，调节水路上电动二通调节阀，改变送风温度。

　　变静压VAV空调系统运行状态如图所示。在变静压系统中，由于VAV末端装置风阀始终保持85%-100%的开度，VAV末端装置局部阻力系数变化很小，相应地管路综合阻力系数变化也很小，综合阻力曲线上升或下降幅度很小。当空调系统风量减少时，工况点A基本上沿管路综合阻力曲线变化到工况点B，此时QA→QB，HA→HB。
　　对于变静压VAV空调系统，风机功率的减少率基本上等于风机风量的减少率的三次方。当风机风量全年平均在60%的负荷下运行时，此时风机功率节能率为。
　　厦门国际会展中心VAV空调系统的控制设计采用变静压变温度法。以下是厦门国际会展中心VAV空调系统中一种典型的控制图，其控制原理如下L
　　1、 由中央监控系统启停及监视系统工作状况
　　a、 当系统启动时，开启风阀D1、D2、D3至设定位置，达到设计的新风、排风、回风量；
　　b、 启动送、回风机并监视其工作状况；
　　c、 检测室内温度T1、送风温度T2、新风温度T3；
　　d、 开启水路二通阀V，调节送风温度T2至设定值；
　　e、 过滤器淤寒时报警；
　　f、 风机停止后，联动风阀D1、D2、D3及水路二通阀V至全闭位置。
　　2、 由装于空调机房内之直接数字式控制器按内部预先编写之软件程序控制变风量空调机组，要求
　　a、 风机启动后控制程序投入工作；
　　b、 根据各VAV末端装置的风阀开度同步调节送、回风机转速，维持系统所需最小静压；
　　c、 当某个VAV末端送风量达到最大值或最小值，还不能满足室温要求时，调节水路上电动二通调节阀，改变送风设　　定温度T2；
　　d、 当二氧化碳浓度过高，按比例调节风阀D1、D2、D3以加大新风量；
　　e、 当室外温度允许新风供冷时，调节风阀D1、D2、D3进行新风供冷。
　　3、 由装于VAV箱旁之直接数字式控制器按预先编写之程序控制VAV末端，原理见图四：
　　a、 根据室温T1及送风量L经PID调节风阀开度，调节室温至设定温度；
　　b、 当某个风阀开度过小，指示变频器降低风机转速；
　　c、 当某个风阀开度达大，指示变频器提高风机转速；
　　d、 当某个VAV末端风量达到最大值或最小值时，反馈信号给机房内DDC调节水路二通阀，降低或提高送风温度。

　　　图四 VAV末端装置监控原理

参考文献：
　　1、VAV&FPB技术手册 上海卓智空调系统有限公司
　　2、变风量空调设计手册 皇家空调
　　3、变风量空调系统的VPT控制法及其应用 李克欣 暖通空调