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1、建筑节能与变冷媒流量多联机空调系统的适用性 摘要 公共建筑节能设计标准 (GB50189-2005)实施以来，变冷媒流量多联机空调系统的应用引起了诸多非议。本文分析了变冷媒流量多联机空调系统的特点，结合实际工程论证，指出变冷媒流量多联机空调系统适用性的关键在于建筑本身的使用功能，而与建筑规模并无直接的关系。在大型公共建筑中，只要合理选用、正确设计，变冷媒流量多联机空调系统在建筑节能中可以起到非常重要的作用。关键词 公共建筑节能设计标准 变冷媒流量多联机空调系统 建筑节能 应用21. 引言目前，我国正处在房屋建筑的高峰时期，建筑规模之大，在中国和世界历史上都是前所未有的。除工业建筑外，我国既有建
2、筑总面积约四百亿平方米，能耗占全国总能耗的百分之三十左右。预计到2020年，还将新增建筑面积约三百亿平方米，建筑耗能必将对我国的能源消耗造成长期的、巨大的影响。建筑节能已成为人们当前共同关注的热点问题。 2005年4月4日，建设部与国家质量技术监督检验检疫总局联合发布了公共建筑节能设计标准 (GB50189-2005)，并于7月1 日起正式实施。这是我国第一部公共建筑节能设计的综合性国家标准，适用于新建、扩建和改建的公共建筑的节能设计。标准的节能目标和途径是：通过改善建筑围护结构保温、隔热性能，提高供暖、通风、和空调设备、系统的能效比，采取增进照明设备效率等措施，在保证相同的室内热环境舒适参数
3、条件下，与八十年代初设计建成的公共建筑相比，全年供暖、通风、空调和照明的总能耗可减少50。业界普遍认为，该标准吸收了发达国家的最新成果，弥补了公共建筑节能标准的空白，总体上达到了国际先进水平。标准的实施对于扭转公共建筑节能现状将起到十分重要的作用，建筑节能工作也将走向法制化和规范化。随着公共建筑节能设计标准在各地的宣贯、实施，变冷媒流量多联机空调系统的应用引起了诸多非议。2. 变冷媒流量多联机空调系统的基本特点及应用现状2.1变冷媒流量多联机空调系统的基本特点变冷媒流量多联机空调系统其主要工作原理是：室内温度传感器根据实际的室内空调负荷控制室内机冷媒管道上的电子膨胀阀，通过冷媒压力的变化对室外
4、机的压缩机进行控制，改变系统的冷媒流量，使空调系统自动调节，满足室内负荷变化的要求，以达到节能的目的。目前，变冷媒流量多联机空调系统有变频多联和变容多联两种类型。在外形方面，这两种类型基本一致，但在容量调节方面，两者有本质的区别。变冷媒流量多联机空调系统具有以下基本特点:每个变冷媒流量多联机空调系统均由一台室外机和多台室内机组成。室外机由一根冷媒配管总管引向室内，通过分支管与室内机相连接。变冷媒流量多联机空调系统的室内机款式、容量多种多样，用户可以根据每个房间的具体情况灵活选择，可以较好地满足空调使用要求和建筑室内装饰效果。变冷媒流量多联机空调系统冷媒连接管最长可达100150米，室内外机间高
5、度差可达50米，因此室外机可根据工程现场情况灵活安排，能较好地解决空调使用和建筑设计效果的冲突。变冷媒流量多联机空调系统智能化控制水平高，每台室内机都能直接启动空调系统，并可方便地实现温度、风量、风向、状态等的自动控制与设定。各台室内机的开停控制、工况设定等均可独立进行，极大地方便了用户对中央空调系统的不同需求。2.2变冷媒流量多联机空调系统的应用现状一般认为，变冷媒流量多联机空调系统具有节能、使用方便的优点，适合在住宅和中小型公共建筑中应用。事实上，近几年该系统也确实广泛应用于各种中小型办公楼、商场、餐厅及住宅等，并且发展趋势十分迅速。问题是最近在超大面积的办公楼项目中，变冷媒流量多联机空调
6、系统的使用比例日渐增加，尤其在江浙沪一带，甚至有取代传统中央空调系统的苗头。3. 公共建筑节能设计标准与变冷媒流量多联机空调系统的应用分析3.1标准对变冷媒流量多联机空调系统的使用意见公共建筑节能设计标准宣贯辅导教材指出，变冷媒流量多联机空调系统能效比小于水冷冷水机组集中空调系统，对于同样的制冷量需要更多的电耗。对空调面积较大， 同时使用系数较高的单位自用办公楼、政府办公楼来说，全年电耗会增加较多，同时空调系统的电器安装容量则有较大的提高，变配电设备的年平均效率下降。变冷媒流量多联机的满负荷COP在2.4以下，甚至低于房间空调器。其高效点集中在30%负荷与70%负荷区间。如果这种机器用在住宅或
7、旅馆中，而且采用不关机的24h运行的方式，那么将会有很好的节能效果（特别在夜间）。但如果用在办公楼中，集中运行在白天高负荷时段，则非但不省电，反而会给电力负荷高峰火上浇油。尤其是在办公楼早晨上班机组启动时，正处于8-11时的电力负荷高峰段，而压缩机变频的变冷媒流量多联机组将以超频启动，此时其COP值甚至比100%负荷工况还要低。在大规模建筑中，多联机的冷媒配管加长，其直接后果是效率的进一步降低。如果某一机型的变冷媒流量多联机的额定工况COP是2.4的话，则配管达150m后的COP只有1.63。公共建筑节能设计标准宣贯辅导教材的意见是：在大型公共建筑中，应该对风冷型机组有所限制，不宜于采用变冷媒
8、流量多联机组。建议在一定规模（2万M2）以上的公共建筑的空调冷热源采用COP在4.0以上的水冷机组，特别要建议在大规模建筑中不宜采用风冷多联机组。3.2 变冷媒流量多联机空调系统的应用分析公共建筑节能设计标准的贯彻执行体现在两个方面：一是降低建筑本身的能耗，二是提高用能效率。降低建筑能耗从建筑设备来讲，就是采用用能调控和计量系统。提高用能效率首先要采用高效建筑供能、用能系统和设备，使设备在高效区工作；同时要优化用能系统，考虑部分空间、部分负荷下运营时的节能措施。变冷媒流量多联机空调系统可以利用配套的电力分户系统通过计算每台室内机的冷媒流量、运转时间和回风温度等，将每台室内机耗能情况比较精确地计
9、算出来，从而解决了中央空调的分区分户计费难题。这一功能特别适合出租性商务办公楼等。变冷媒流量多联机空调系统采用的是冷媒直接蒸发制冷制热的方式，在能量传递过程中只有一次热交换，响应时间短，能量损耗较小；而传统中央空调系统均为两次热交换，能量传递过程中的损耗比较大。图1是某厂商提供的变冷媒流量多联机空调系统满负荷COP值，绿色是制冷工况 (室外温度35DB,室内温度19WB)；红色是制热工况 (室外温度7DB,室内温度20DB)。应该说其COP值还是不错的。值得指出的是，多联机COP值是空调系统的，而传统中央空调机组COP值是指空调主机设备本身，没有考虑冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔及空调末端的耗电量
10、，这部分耗电占系统总能耗的3040，对系统COP值的影响是不容忽视的。图1变冷媒流量多联机空调系统满负荷COP值空调系统在实际运行过程中，满负荷运行的时间很短，大部分时间都是在部分负荷下运行的。因此部分负荷的COP值是评价一个空调产品节能性的重要因素。图2是某厂商提供的28kW变冷媒流量多联机空调系统部分负荷时的COP值曲线，部分负荷COP值最高可达3.8，相比传统中央空调系统可以比较好地满足实际需求。图2 变冷媒流量多联机空调系统COP值曲线图变冷媒流量多联机空调系统与传统中央空调系统相比，安装方便、使用灵活是其最为鲜明突出的优点。该系统可根据用户投资、装潢等不同使用需求分楼、分区、分层、分
11、户、分期、分批安装及使用。传统中央空调系统的运行完全由管理方进行时间的预设定，而且系统在低负荷时的运行能耗相对较大，无法满足用户的特殊需要。多联机空调系统能真正做到每个房间独立控制，室外机的输出可根据室内负荷的大小自动调节，系统可根据用户实际需要全天候24小时经济运行，非常适合于节假日、平时临时加班工作等场合使用。变冷媒流量多联机空调系统智能化程度很高，系统本身包含了强大的控制系统，还可以为业主提供多联机空调的楼宇自控系统。传统的中央空调系统作为一个总能系统，冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔和空调末端构成了相互依存关系，需要合理选择相关设备装置，以保证在部分负荷下也具有较高的运行效率，从而
12、减少全年运行的能耗，这需要楼宇自控系统的支持，造价昂贵。毫无疑问，在大型公共建筑中空调系统满负荷运行时，传统中央空调系统效率最高。但是只有空调系统与目标建筑物的实际功能需求实现优化匹配时，才能保证建筑实际运行能耗最低，空调系统方案选择时应充分注意这一点。4. 变冷媒流量多联机空调系统的工程应用钱江新城是未来杭州城市的新中心，项目位于钱江新城核心区块。主楼高150m，建筑面积76300平方米。其中14层裙楼为商业、银行业营业用房，540层为5A级高档写字楼。根据业主要求，512层每层需分隔成4个基本使用单元出售，1320层每层需分隔成2个基本使用单元出售，21层以上每层整层出售，每个单元带独立卫
13、生间。图3是项目标准层图纸。 图3标准层图根据大楼使用功能的要求，空调系统可考虑以下几种方案：方案A：大楼空调系统集中设置。空调冷源采用水冷式冷水机组，能源为城市电力，热源采用燃气热水锅炉。冷水机组、热水锅炉集中设置在地下室，冷却塔设置在裙房屋顶方案B：大楼空调系统集中设置。空调冷热源采用水冷式直燃型溴化锂吸收式冷温水机组，能源采用城市天然气。直燃型溴化锂吸收式冷温水机组设置在地下室，冷却塔设置在裙房屋顶方案C：大楼空调系统分裙楼、主楼分别设置。裙楼空调冷热源采用风冷螺杆式冷热水机组，能源为城市电力，机组设于裙房屋顶隐蔽通风处。主楼空调系统采用变制冷剂流量分体式空调系统，能源采用城市电力，空调
14、系统主机分别设置于裙楼屋面、15层避难层、30层避难层和主楼屋面。方案D：大楼空调系统分裙楼、主楼分别设置。裙楼空调冷热源采用一体化直燃型溴化锂吸收式冷温水机组，设置于裙楼屋面，能源采用城市天然气。主楼空调系统采用变制冷剂流量分体式空调系统，能源采用城市电力，空调系统主机分别设置于裙楼屋面、15层避难层、30层避难层和主楼屋面方案E：大楼空调系统分裙楼、主楼分别设置。裙楼空调冷热源采用一体化直燃型溴化锂吸收式冷温水机组，设置于裙楼屋面，能源采用城市天然气。主楼512层空调系统采用变制冷剂流量分体式燃气热泵空调系统，能源采用城市天然气，空调系统主机设置于裙楼屋面。主楼1340层空调系统采用变制冷
15、剂流量分体式空调系统，能源采用城市电力，空调系统主机分别设置于15层避难层、30层避难层和主楼屋面对本工程空调系统从技术、经济角度分析，各方案主要特点如下:方案A：该方案技术成熟、应用可靠，初投资最省，满负荷时性能系数最优、运行费用最低。但该方案需要较大的地下机房面积，同时燃气热水锅炉设置在地下室存在一定的消防安全隐患。最主要的是该方案难以满足主楼各使用单元独立、灵活使用的需求。方案B：该方案采用天然冷媒，是最环保的制冷技术。其能源采用城市天然气，可以大幅度削减电力投资。在浙江省目前的能源形势下，该方案更具有削减夏季峰值电力、填补夏季燃气低谷的综合经济效益。该方案一机两用，可免除锅炉及锅炉房投资。该方案需占用地下机房面积，同时燃气进入地下室存在一定的消防安全隐患。缺点同方案A。方案C：该方案根据裙楼、主楼的不同使用要求分别设置不同的空调系统，机组可以分楼层、分房间进行个别化的单独控制功能将大大提升空调系统运行的经济性和便利性。该方案不占用地下机房面积，无消防安全隐患，但初投资偏高。方案D：该方案在具备方案C的全部特点的同时，又具备方案B的所有优点。裙楼空调冷热源采用一体化直燃型溴化锂吸收式冷温水机组，运行噪音、振动较小，满足环保等要求。机组可一机三用，在空调系统运行的同时或单独为四层职工餐厅、健身房提供生活热水。方案E：该方案具备方案D的全部特点。主楼512层空调系统采用变制冷
