本文在分析寫字樓用冷需求特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,介紹了變風(fēng)量空調(diào)(VAV)、變制冷劑流量空調(diào)(VRV)、風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)(FCU)三類典型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、技術(shù)特點(diǎn),并比較了它們的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場合,為寫字樓空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選型提供參考。

（示意圖，不對應(yīng)文中任何具體信息）
1.引言? ?

近年來,伴隨城市化進(jìn)程的加快,寫字樓建筑不斷涌現(xiàn),已成為現(xiàn)代城市的顯著標(biāo)志之一。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國城鎮(zhèn)新建建筑中寫字樓占比30%以上,大城市如北京、上海等更是超過50%[1]。寫字樓匯集了大量的商業(yè)、辦公等高端業(yè)態(tài),室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)要求高,全年運(yùn)行時(shí)間長,能耗強(qiáng)度大。據(jù)測算,寫字樓建筑能耗約占全國民用建筑總量的20%,其中空調(diào)系統(tǒng)耗能占建筑總量的50%~60%[2]。因此,從節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展角度,有必要重點(diǎn)關(guān)注寫字樓的空調(diào)系統(tǒng)形式和性能,優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì),提高能源利用效率。
2.寫字樓空調(diào)系統(tǒng)的需求特點(diǎn)? ?

寫字樓是以商務(wù)辦公為主要功能的建筑,兼有部分商業(yè)、餐飲等配套設(shè)施,具有功能復(fù)合、分區(qū)明顯、使用時(shí)段多變等特點(diǎn),對空調(diào)系統(tǒng)的cooling capacity、運(yùn)行靈活性、智能化水平等提出了特殊要求。總結(jié)起來,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)cooling load大,高峰持續(xù)時(shí)間長。寫字樓人員密度高,辦公設(shè)備負(fù)荷大,單位面積冷負(fù)荷一般在100W/m2以上,高于普通民用建筑[3]。夏季空調(diào)高峰期持續(xù)時(shí)間長達(dá)8h以上,需要較大的制冷量和輸送能力。

(2)各區(qū)域cooling需求差異大。寫字樓各功能分區(qū)的使用時(shí)段和冷負(fù)荷存在較大差異。如辦公區(qū)日常工作時(shí)間為8:00~18:00,而餐廳、會議室等區(qū)域多在午間、晚間使用,對空調(diào)的啟停時(shí)間和cooling capacity要求不盡相同[4]。

(3)室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)要求高。寫字樓多為甲級或超甲級標(biāo)準(zhǔn),室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度、濕度、新風(fēng)量、噪聲等指標(biāo)要求高于普通建筑。如辦公區(qū)夏季溫度26~28℃,相對濕度40%~60%[5],需要精準(zhǔn)的溫濕度控制和充足的新風(fēng)供應(yīng)。

(4)靈活性和適應(yīng)性要求高。寫字樓的使用人數(shù)、空間布局經(jīng)常發(fā)生變化,需要空調(diào)系統(tǒng)能靈活調(diào)整冷量分配。同時(shí),房租變更、裝修改造等也會影響終端設(shè)備形式,需要具有一定的適應(yīng)性[6]。

(5)節(jié)能環(huán)保要求高。寫字樓空調(diào)能耗在建筑中占主導(dǎo)地位,節(jié)能減排的重任在肩?？照{(diào)系統(tǒng)應(yīng)充分利用自然冷源,提高設(shè)備效率,優(yōu)化運(yùn)行策略,降低碳排放,滿足綠色建筑的要求[7]。
3.幾種典型空調(diào)系統(tǒng)比較? ?針對寫字樓的用冷特點(diǎn),目前常用的空調(diào)形式主要有變風(fēng)量空調(diào)(VAV)、變制冷劑流量空調(diào)(VRV)、風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)(FCU)等。它們在系統(tǒng)構(gòu)成、運(yùn)行方式、節(jié)能效果等方面各具特色,適用于不同的建筑規(guī)模和需求場合。下面分別加以介紹。? ?3.1變風(fēng)量空調(diào)(VAV)? ?
VAV系統(tǒng)是一種靠調(diào)節(jié)送風(fēng)風(fēng)量來適應(yīng)房間cooling load變化的全空氣系統(tǒng)。它由冷水機(jī)組、空調(diào)機(jī)組、風(fēng)機(jī)、VAV終端等部件組成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。

Working principle:系統(tǒng)由中央冷水機(jī)組提供冷凍水,空調(diào)機(jī)組內(nèi)設(shè)置冷卻盤管,通過初級回風(fēng)對新風(fēng)和回風(fēng)混合后的空氣進(jìn)行冷卻除濕,再由送風(fēng)機(jī)將處理后的冷空氣輸送到各房間。房間內(nèi)設(shè)置VAV終端,通過檢測房間溫度信號,自動調(diào)節(jié)閥門開度,改變送風(fēng)量,實(shí)現(xiàn)空間的溫度控制[8]。同時(shí),空調(diào)機(jī)組內(nèi)設(shè)置變頻調(diào)速裝置,根據(jù)房間負(fù)荷變化,自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,節(jié)省輸配功耗。

特點(diǎn):
(1)舒適性好。采用全空氣的送風(fēng)方式,室內(nèi)無冷熱不均和氣流吹襲感,溫度、濕度、潔凈度控制精度高,滿足高品質(zhì)環(huán)境要求。

(2)集中控制,便于管理。集中式冷源設(shè)備便于進(jìn)行能耗監(jiān)測和運(yùn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)對建筑的智能化控制和信息化管理。

(3)節(jié)能效果顯著。通過變風(fēng)量調(diào)節(jié),降低了風(fēng)機(jī)輸送能耗,在滿足indoor cooling需求的同時(shí),節(jié)能效果達(dá)30%以上[9]。

(4)適應(yīng)性強(qiáng)。VAV終端可根據(jù)房間布局靈活設(shè)置,office layout調(diào)整時(shí),只需更換或移位終端設(shè)備,無需改動管路和主機(jī),適應(yīng)性強(qiáng)[10]。

優(yōu)點(diǎn):
(1)溫度、濕度精確控制,滿足高舒適性要求。
(2)集中式冷源,初投資省,運(yùn)行管理方便。
(3)通過變風(fēng)量調(diào)節(jié),顯著降低輸配能耗。
(4)系統(tǒng)靈活性高,適應(yīng)建筑功能變化。

缺點(diǎn):
(1)風(fēng)管布置復(fù)雜,占用較多層高。
(2)無法滿足不同房間的個(gè)性化cooling需求。
(3)系統(tǒng)調(diào)試難度大,VAV終端故障率高。

適用場合:
(1)cooling load大、對環(huán)境品質(zhì)要求高的大型寫字樓。
(2)初投資預(yù)算充裕、對使用彈性要求高的建筑。
(3)有專業(yè)物業(yè)團(tuán)隊(duì)、注重節(jié)能運(yùn)營的項(xiàng)目。?

?3.2變制冷劑流量空調(diào)(VRV)? ?
VRV系統(tǒng)是一種直接利用制冷劑在系統(tǒng)內(nèi)流動進(jìn)行制冷的空調(diào)形式。它由室外機(jī)、室內(nèi)機(jī)、分歧管等部件組成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。

工作原理:VRV系統(tǒng)采用變頻壓縮機(jī),通過改變壓縮機(jī)頻率,調(diào)節(jié)制冷劑流量,實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)機(jī)cooling capacity的變化響應(yīng)。系統(tǒng)內(nèi)制冷劑由室外機(jī)經(jīng)過液管、氣管和分歧管輸送到各室內(nèi)機(jī),吸收房間熱量后,再由氣管回到室外機(jī)[11]。多聯(lián)機(jī)可實(shí)現(xiàn)同時(shí)cooling、heating運(yùn)行,互為熱源,提高了能源利用效率。

特點(diǎn):
(1)距離適應(yīng)性強(qiáng)。室內(nèi)外機(jī)間最大落差可達(dá)50m,總管長可達(dá)150m,垂直、水平安裝均可,布置靈活[12]。

(2)可模塊組合,cooling capacity范圍寬。室外機(jī)容量一般在8~130kW,可并聯(lián)多臺組合,適應(yīng)不同建筑規(guī)模。

(3)局部調(diào)節(jié)性好。每個(gè)室內(nèi)機(jī)可獨(dú)立調(diào)節(jié),根據(jù)房間溫度自動調(diào)整制冷量,滿足個(gè)性化需求。

(4)施工周期短,層高占用少。室內(nèi)機(jī)安裝便捷,只需冷媒管和控制線連接,施工工期短,管路布置簡單,占用建筑層高少。

優(yōu)點(diǎn):
(1)室內(nèi)機(jī)可獨(dú)立控制,分區(qū)域調(diào)節(jié)靈活。
(2)一拖多形式,適應(yīng)建筑布局變化。
(3)安裝施工簡便,綜合造價(jià)低。
(4)室內(nèi)機(jī)種類多,滿足不同功能要求。

缺點(diǎn):
(1)冷媒泄漏風(fēng)險(xiǎn)大,需定期檢修。
(2)室外機(jī)噪音大,選址受限。
(3)僅cooling capability調(diào)節(jié),難以控制室內(nèi)濕度。
(4)冷媒阻力大,過長管路影響效率。

適用場合:
(1)建筑面積適中,分散布置的寫字樓。
(2)內(nèi)部使用功能多變,裝修頻繁的商務(wù)樓。
(3)施工工期緊,層高受限的改造項(xiàng)目。
? 3.3風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)(FCU)? ?
FCU系統(tǒng)是一種分散式的空氣-水系統(tǒng),由冷水機(jī)組、冷凍水泵、風(fēng)機(jī)盤管等部件組成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。

工作原理:FCU系統(tǒng)集中提供冷凍水,但分散處理空氣。冷凍水由冷水機(jī)組制備,經(jīng)泵和管網(wǎng)輸送到各房間的FCU。FCU內(nèi)置冷卻盤管和風(fēng)機(jī),利用冷凍水冷卻盤管表面,盤管換熱將空氣冷卻,再由風(fēng)機(jī)將冷空氣送入室內(nèi)[13]。FCU帶有溫控器,根據(jù)房間溫度信號,調(diào)節(jié)閥門開度,改變冷凍水流量,實(shí)現(xiàn)冷量輸出。

特點(diǎn):
(1)模塊化制冷,獨(dú)立控制。每個(gè)房間設(shè)置獨(dú)立FCU,可根據(jù)自身cooling load特性,靈活調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)和水閥,滿足個(gè)性化需求。

(2)水系統(tǒng)輸配,節(jié)能效果好。與空氣系統(tǒng)相比,水的比熱容大,輸配能耗低,在冷量輸送過程中損失少,節(jié)能效果佳,與VAV相當(dāng)[14]。

(3)易于安裝,便于維護(hù)。FCU多采用明裝方式,施工安裝簡單,檢修、更換方便,尤其適合舊建筑的節(jié)能改造。

(4)噪聲振動小,環(huán)境舒適度高。FCU送風(fēng)均勻,無集中回風(fēng),可消除房間的氣流死角,且噪聲低于45dB(A),滿足室內(nèi)聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)[15]。

優(yōu)點(diǎn):
(1)局部控制性好,靈活匹配冷負(fù)荷。
(2)施工簡單,改造方便,投資省。
(3)運(yùn)行能耗低,節(jié)能效果明顯。
(4)室內(nèi)環(huán)境舒適,噪聲振動小。

缺點(diǎn):
(1)室內(nèi)機(jī)體積大,占用一定房間空間。
(2)冷凝水排放需單獨(dú)考慮,施工較復(fù)雜。
(3)需定期清洗,維護(hù)工作量大。
(4)無新風(fēng)送入,室內(nèi)空氣品質(zhì)差。

適用場合:
(1)功能分區(qū)明顯,房間獨(dú)立性強(qiáng)的寫字樓。
(2)舊建筑節(jié)能改造項(xiàng)目。
(3)對環(huán)境舒適性要求高,噪聲控制嚴(yán)格的高端商務(wù)樓。

4.結(jié)語? ?

綜上所述,VAV、VRV、FCU三種空調(diào)系統(tǒng)各有特點(diǎn),在cooling capacity調(diào)節(jié)、節(jié)能環(huán)保、舒適健康等方面有所側(cè)重。VAV適合大空間集中處理,VRV適應(yīng)性強(qiáng),靈活方便,FCU局部控制精細(xì),環(huán)境品質(zhì)佳。寫字樓的空調(diào)系統(tǒng)選型需要通盤考慮建筑功能、規(guī)模、預(yù)算等因素,因地制宜,優(yōu)勢互補(bǔ)。如大型商務(wù)綜合體宜采用VAV與VRV組合,前者滿足集中辦公區(qū)的高要求,后者靈活適應(yīng)商業(yè)等各類功能;老舊寫字樓改造宜采用FCU或VRV,減少對建筑的影響。未來,伴隨建筑節(jié)能和信息化的發(fā)展,寫字樓空調(diào)系統(tǒng)將不斷集成智能控制、能耗監(jiān)測、故障診斷等技術(shù),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效優(yōu)化運(yùn)行。同時(shí),合理利用自然冷源,開發(fā)新型終端,優(yōu)化舒適性和節(jié)能性的匹配,也將是寫字樓空調(diào)技術(shù)發(fā)展的重要方向。

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