谈谈VRV多联机空调系统施工图设计的若干问题

谈谈VRV多联机空调系统施工图设计的若干问题作者：铁道第四勘察设计院 曹开序来源：铁道第四勘察设计院 曹开序点击量：1778更新时间：2009-5-20 0 引言VRV多联机空调系统（以下简称VRV系统），是有别于传统的集中空调风系统或水系统的一种制冷剂系统，也称可变冷媒流量空调系统，至今已有25年的发展历程。我国是90年代初由日本引进，但得到广泛应用还是最近几年的事情。由于VRV系统鲜明的技术特点和灵活多变的结构形式，诸如设计、施工、使用方便、室温智能化控制和调节精准、不占或极少占用建筑有效面积和层高、节能环保降噪、运行安全可靠等等，特别是经过20多年的不断发展和创新，室外、内机及其系统不断改进和完善，已由过去只应用于中、小规模建筑，发展到今天可以应用于大型甚至超大型建筑。可以说，除了会堂、体育场馆、大型超市等大空间结构建筑和对空调有特殊要求的建筑外，其它所有建筑舒适性空调几乎无所不用。特别是近几年，我国大型综合写字楼等公共建筑，甚至不少奥运建筑都有应用。有资料显示，2005年某省统计，公共建筑空调设备市场销售额，VRV系统设备约占45.6，预计今后还会保持较快的发展势头。VRV系统在我国应用才10多年时间。虽然国内已有相当多的VRV系统设备制造商，VRV系统应用也极其广泛。但到目前为止，我国关于VRV系统的设备制造、系统设计、安装调试等还没有相关的国家和地方标准予以支持，甚至设计手册、安装图集中VRV系统的资料也极其少见。唯一可以依据的只能是设备制造商提供的安装技术手册，且极不规范和统一，翻译和印刷错误甚多。即使如此，不订货还难于得到。所以，目前广泛应用的VRV系统，在系统设计、施工安装、工程监理和质量验收等方面，问题较多，应当引起相关主管部门的重视和关注。本文就系统设计方面的相关问题进行论述和探讨，错误之处，敬清指正。1 关于设计深广度关于VRV系统施工图设计，笔者接触到的几个较大型项目的施工图纸，其设计深度和广度都不够，都无法满足施工安装的要求。主要表现在：1）室外、内机只标注设备规格，未标注具体机型，是变频机还是数码涡旋机不得而知；2）设备使用的制冷剂类型不予标注，是R22、R407c还是R410a不得而知；3）冷媒配管只标注管径，其材质和厚度不予标注和说明；4）冷媒配管安装及焊接要求不作交待；5）室内机、全热交换机吊顶内安装时，其设备、风口位置及标高不予标注等等。这些问题本来是施工图必须要交待的，也是施工安装、工程监理和质量验收的唯一依据。之所以如此，也不完全是设计单位的责任，原因是多方面的：1）由于VRV系统设计缺乏国家标准和法规，使设计无法可依，无规可循；2）施工图是在项目设备招标之前进行，而设计单位又无权在招标之前选定设备制造商及设备；3）鉴于VRV系统的特殊性，各设备制造商生产的机型和应用标准都不统一，不像传统空调风系统、水系统设备已经标准化、系列化。所以，在设备制造商及其设备机型不确定的情况下进行施工图设计，要想保证施工图的深广度是不可能的。2 关于二次设计根据上述分析，严格地讲，当前VRV系统施工图，就其深广度而言，仅仅是一个初步设计。仅仅是根据建筑物空调计算的冷（热）负荷确定室外、内机规格、数量；按楼层、使用功能、负荷容量等因素，综合考虑划分区域，确定系统；并按系统配置冷媒配管、确定走向、分歧接头和管径，配置冷凝水排水管、确定走向、管径并分区。在未完成设备招、投标之前，VRV系统施工图深广度只能到此为止。很明显，这样的深广度无法满足施工安装要求，必须对原施工图进行细化设计，即二次设计。据笔者接触的项目，二次设计一般原设计单位不参与，而由施工承包方完成或由施工承包方和设备制造商共同完成。其后果是：1）设计资质问题，施工承包方大都不具备与原设计相应资质；2）他们大都不出正规施工图，只是在原施工图基础上进行补充和完善；3）二次设计大都不会根据招标确认的设备、安装技术手册要求和系统配置情况，对设备能力进行修正和校核。笔者以为，二次设计应该由原设计单位完成。原设计单位因招标原因，未按合同约定完成施工图，其应在设备招标后，继续合同约定，完成二次设计。二次设计内容应包括：1）对设备能力根据系统实际情况进行修正和校核。若经修正后，设备能力有变化，应对订货设备规格和数量进行调整；2）对冷媒配管材质、管径和壁厚进行最后确认；3）对冷凝水排水管管径和壁厚进行最后确认；4）二次设计应重新出图，对施工安装、特别是冷媒配管焊接应提出更具体、更详细的设计要求。只有这样，才有利于施工安装、工程监理、施工质量验收、竣工图绘制和资料建档。3关于大容量技术与应用VRV系统真正推出大容量技术，即大容量单套机系统，还是最近几年的事情。由于大容量技术的出现，使应用VRV系统的工程规模，由中、小型规模一下子发展到大型甚至超大型工程规模。据某制造商技术资料介绍，目前应用最广泛的大容量技术：1）室外机单套容量最大可达48HP（136kW）；2）室内机连接台数可达40台（其总容量允许达176.8kW）；3）系统冷媒配管总长可达510m；系统冷媒配管单程长度（从室外机到最远端室内机的实际长度）可达160m；4）室外机与室内机间的高度差，当室外机在上时，可达50m；当室外机在下时，可达40m。一个系统可以在如此之大的范围内配置，确实可谓大容量。但同螺杆式或离心式压缩机相比，并无“大”可言。关键是由于它设计和安装的自由度和灵活多变的配置。一幢大型甚至超大型建筑，可以有多个单套大容量系统组成，就像“蚂蚁搬家”。只要在规定范围内，有适合于室外机放置的地方，其单套大容量系统就很容易实现。笔者参与的某综合写字楼，总建筑面积7万m2、地下1层、地上19层、总高91m。地下1层到地上8层，除特殊房间（如报告厅、程控机房、网络信息中心、档案室等）另设风系统或恒温恒湿系统或除湿系统外，其余近4万m2全部设置VRV系统。共设置66个系统（即66台室外机、518台室内机、39台全热交换器），总能力4000kW，室外机全部安装于裙房或塔楼屋顶。VRV系统向大容量技术发展，并突显其应用的更加广泛。也有专家认为，VRV系统应该更适合于规模适中、房间数量较多、使用时间差异较大、个性化要求明显的项目。目前，这种广泛应用于大型甚至超大型建筑的倾向值得商榷。同时，对大型甚至超大型建筑，VRV系统是靠灵活多变的多系统取胜。如笔者参与的某项目，仅一半的建筑面积，VRV系统就达66个。若全部设置空调，系统就可能多达130多个，系统设备（室外、内机和全热交换器）可能多达1200多台。很明显，多系统的结果就是设备多、冷媒配管长、自动控制板及元器件复杂，给系统安全运行和管理维护带来隐患。有资料指出，变频多联机系统故障发生率还是比较高的，会经常出现下列故障：1）电路控制板的复杂设计，会导致控制电路元器件过热，易发生故障；2）系统复杂的冷媒配管设置，会导致配管回路故障频发；3）特别是采用变频技术的变频压缩机，由于不断的提速或减速磨损大，肯定会缩短压缩机寿命，导致故障频发；4）变频压缩机回油上的缺点（虽然个别制造商己经取消了回油系统），尤其是在长配管、高落差的系统中或环境温度较低的情况下，回油性差的问题尤为突出，回油困难增加了变频系统故障发生率，也会造成系统故障频发等等。即使VRV系统可以实现故障自我诊断并具有提示故障代码、通讯地址自动设定、误配线误配管自检等功能，管理维护方便，但仍会因为系统多、故障率高、检修量大，影响系统正常使用和安全运行。因此，对于大型甚至超大型项目，是否选用VRV系统，设计者应多做技术经济比较，多考虑运行、维护和管理，当好业主参谋，更理智、更科学地选择空调系统。4 关于设备选型与能力修正鉴于VRV系统自身的特殊性，其设备选型有别于传统的集中空调风系统和水系统。VRV系统室外机和与之相对应的室内机，特别是室外机，需要根据每个系统实际配置情况，如当地室内、外空调计算温、湿度、系统冷媒配管长度、室外机与室内机高度差、连接室内机容量、冬季结霜（制热）等诸多因素对系统设备能力的影响，进行多项设备能力修正。如何进行修正：GB 50019-2003采暖通风与空气调节设计规范（以下简称设计规范）、GB 50243-2002通风与空调工程施工质量验收规范（以下简称验收规范）或其它设计资料都是空白。而制造商提供的安装技术手册，也大都没有这方面的资料。笔者向10多个设备制造商索取相关资料，仅有1个提供了关于设备能力修正的资料。现整理如下，以供参考：4.1 室内机能力修正计算室内机的能力（制冷、制热）室内机的额定能力（产品目录规格值） 按照温度条件的能力修正系数说明：有关温度修正系数，请要求设备制造商提供。4.2 室外机能力修正计算室外机的能力（制冷、制热）室外机的额定能力（产品目录规定值）100连接时 按照温度条件的能力修正系数 按照配管长度的能力修正系数 按照高低差的能力修正系数 按照结霜的制热能力修正系数 按照室内机连接容量的能力修正系数说明：1）各项能力修正系数，要求设备制造商提供。注意，不同制造商的产品其修正系数不同；同一制造商的不同型号的产品其修正系数也不同；2）制冷能力修正时，如果配管长度超过90m，修正系数因配管尺寸不同而异；制热能力修正与机型无关，为相同修正系数；3）按照高低差的能力修正系数，制冷时，室外机在下方；制热时，室外机在上方才予以修正；4）按照结霜的制热能力修正仅在制热能力算出后进行；5）按照室内机连接容量的能力修正仅在室内机总能力为100以上时进行。4.3 系统能力计算对通过上述经修正求得的能力进行比较，较小的值为系统能力（制冷、制热）。1）室内机总能力（制冷、制热）室外机的能力时， 系统能力（制冷、制热）室外机的能力2）室内机总能力（制冷、制热）室外机的能力时， 系统能力（制冷、制热）室内机的能力4.4室内机的能力计算室内机的能力（制冷、制热）系统能力（制冷、制热）（室内机容量/室内机总容量）5 关于冷媒配管选择冷媒配管选择，除取决于配管其下游连接的容量外，还取决于制冷剂类别，而制冷剂类别的确定又取决于设备机型。所以，冷媒配管的选择必须是在设备招标完成之后进行。5.1 常用制冷剂目前，VRV系统常用制冷剂有R22、R407c、R410a。不管是室外机还是室内机，制冷剂的选择和设备的选择是一体的，绝对不可以互通。设备制造商越来越多地倾向于选择制造使用R410a的设备，客户也越来越多地选择使用R410a的设备。这主要是因为使用R410a的设备，其运行效率高、更加环保。常用制冷剂性能见表1。表1 常用制冷剂性能表 R22R407cR410a组成单一冷媒疑似共沸混合冷媒设计压力（表压）（MPa）2.753.244.15ODP0.0550适用制冷机油矿物油醚油说明：ODP为臭氧破坏指数，表示将R11作为1的相对值。从表1不难看出，R410a的设计压力较R22、R407c高出5060，配管材质和壁厚的选择必须考虑这一特点，以保证系统在设计压力条件下运行的安全性。5.2 无缝铜管材质标准关于VRV系统冷媒配管常用无缝铜管，其材质标准，我国与日本、美国、欧盟等标准相一致。其标准见表2。表2 无缝铜管各国标准比较表 国别 标准编号牌号硬度等级或材料热处理等级软轻软半硬硬中国GB/T 17791-1999TP2MM2Y2Y日本JISH3300-1997CL220OOL1/2HH美国ASTM B280-1998CL2200060H58欧盟EN1057-1996CU-DHPR200R250R290我国标准TP2牌号无缝铜管含磷，也称磷脱氧无缝铜管，可提高管材强度，增强耐蚀性，改善纤焊性能，完全可以达到日本等国家标准和VRV系统冷媒配管要求。因为VRV系统主要从日本引进，大多制造商提供的安装技术手册，都是采用日本标准JISH3300。5.3 冷媒配管材质和壁厚的选择根据不同制冷剂类别，冷媒配管材质和壁厚的选择，由冷媒配管直径按表3确定。表3 不同制冷剂冷媒配管壁厚及材质选用表 序号 铜管外径（mm）铜管壁厚（mm）及材质R22R407c材质R410a材质16.350.800.80O材 0.80O材29.521.00312.701.001.200.80/1.00415.881.00519.051.201.401.00/1.201/2H或H材622.221.00725.401.401.60828.58931.801.601.801.101035.001.301138.101.802.001.401241.301.501344.502.002.201450.802.202.40说明：为室内侧第1分歧室内侧分歧间气管壁厚为1.0mm ；为当19.05无缝铜管使用盘管时，壁厚为1.2mm；O材为JISH3300 CL220之O材，相当于GB/T 17791 TP2之M材；1/2H或H材为JISH3300 CL220之1/2H或H材，相当于GB/T 17791 TP2之Y2或Y材。5.4 冷媒配管管径选择冷媒配管管径选择，主要是根据系统各管段下游流经的制冷剂容量确定。但R22、R407c与R410a因设计压力差异是有区别的。同时，各制造商提供的安装技术手册推荐的管径也不相同，有的甚至差异还较大。以下各表提供的配管管径仅供参考。5.4.1 R22和R407c系统，管径选择详见表4。表4 R22、R407c系统冷媒配管管径选择表 冷媒配管类别 下游室内机总容量A（HP）气管管径（mm）液管管径（mm）主配管（室外机第一分歧间；分歧分歧间）A1028.5812.7010A2038.1019.0520A3044.5022.2230A48支配管（分歧室内机间）19.059.525.4.2 R410a系统，管径选择详见表5、表6、表7。考虑各制造商提供的选择值有差异，表5、表6、表7均推荐了某两个制造商提供的选择数值，供设计参考。表5 主配管（室外机室内侧第一分歧间）管径选择表 室外机（HP） 主配管管径（mm）加大尺寸后的主配管管径（mm）气管液管气管液管（一）819.059.5222.2212.701022.2225.401225.4012.701428.581628.5831.8018-2415.8826-3438.1015.8838.1019.053638-4819.0522.22（二）819.059.5222.2212.701022.2225.4012-1628.5812.70-15.8820-2215.8831.8019.052435.00-26-3419.0538.1022.2236-4841.30-表6 主配管（分歧分歧间）管径选择表 室内机容量A（100W） 气管管径（mm）液管管径（mm）（一）A10112.709.52101A18015.88180A37119.0512.70371A54025.4015.88540A70028.58700A110031.8019.051100A38.10（二）A20015.889.52200A29022.22290A42028.5812.70420A64015.88640A92034.9019.05920A41.30说明：按本表选择的管径不要超出表5相应管径尺寸。6 关于冷凝水排水管管径选择冷凝水排水管系统设计，是VRV系统设计中相当重要的一环，设计者不应忽视。其设计关键是合理的分区、坡度和坡向的保证和正确的管径选择。排水管管径选择计算，除凝结水流量的计算需要制造商提供资料外，其管径计算和坡度的确定即可按照既有标准、规范和设计手册进行选择计算。首先，根据该管段室内机台数及其容量计算出排水流量；再根据排水流量计算出管径，并确定排水管坡度。各管段允许流量L按公式（1）计算： L （1） 式中 各管段内所有室内机的总容量（HP）；2为室内机每HP产生的冷凝水量（l/（hHP）。某两制造商提供的按允许流量选择管径，详见表8、表9。两表差别较大，仅供参考。表7 支配管（分歧-室内机间）管径选择表 室内机容量（100W） 气管管径（mm）液管管径（mm）（）22 289.526.3536 45 5612.7071 80 90 112 140 16015.889.5222419.0528022.22（二）20 25 32 40 5012.706.3563 80 100 12515.889.5220019.0525022.22表8 排水管管径选择表（） 排水管 允许流量L（l/h）公称外径（mm）硬质PVC管L14D2514L88D3288L175D40175L334D50334LD75说明：本表是在排水坡度i1时的管径。表9 排水管管径选择表（二） 硬质PVC管 水平排水管允许流量（l/h）垂直排水管允许流量（l/h）备注i=2%i=1%D253927220不能用于汇流配管D327050410D4012588730能用于汇流配管D502471751440D634733342760D755710D908280说明：1）排水管合流点之后应选用D40或更大的配管；2）室内机带排水泵的排水管与自然排水的排水管应分别汇合到不同的排水系统中；3）系统冷凝水排水管必须同建筑中其它污水管、排水管分系统设置。7 结语VRV系统设计，本文要表述的结论如下：1）VRV系统施工图设计，最好在该项目设备招标完成、设备制造商提供的相关技术资料到位之后进行；2）设备招标之前完成的施工图，若与中标商及其设备不一致，必须由原设计单位进行二次设计，并达到施工图深广度的要求；3）VRV系统大容量技术的应用，特别是在大型、超大型建筑中的应用，设计者应经技术经济比较，科学、理智地确定；4）设备选型后，应根据设备制造商提供的技术资料，根据系统实际情况，进行必要的能力修正。若设备能力经修正后衰减较多，应调整订货设备规格或数量；5）冷媒配管选择计算，应根据制冷剂类别、下游设备容量，分别主配管、支配管按制造商提供的技术资料进行选择；6）冷凝水排水管管径，应根据该管段室内机总容量计算确定；7）VRV系统，在我国发展之快、应用之广已是不争的事实。希望相关主管部门尽快组织编制有关设计、施工安装方面的标准、规范、安装图集等。依靠设备制造商提供的技术资料作为设计、施工安装唯一依据的状态应尽快结束。参考文献1 吴时晶.公共建筑节能设计标准与商用多联机空调.暖通空调，2006，36（3）：47-48 2 郭筱莹.多联式空调机组的应用.暖通空调.2004，34（12）：74-753 变频多联系统故障常见原因分析.暧通空调.（随刊赠阅）2005（4）4 GB/T 177911999 空调与制冷用无缝铜管.5 某3个设备制造商的安装技术手册.