空调机组电气配套设计应注意的问题

空调机组电气配套设计应注意的问题

王为强

深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司南京分公司

现今建筑内的主要空调形式一般分为冷水机组＋锅炉空调系统、风冷热泵空调系统、VRV变频空调系统等，冷水机组＋锅炉空调系统由冷水机组将压缩机，蒸发器，冷凝器和节流机构等部件组装在一起，形成一个蒸汽压缩制冷循环，对外提供空调冷水，该系统能效比高，可靠性好，单机容量大，但需要冷却塔，水泵等配套设备，冬季还需要另行设置热源，需要专用机房，适用于大型办公、厂房、商场等。风冷热泵空调系统是一种利用环境空气夏季由冷却冷凝器、冬季由蒸发器从环境空气吸热的空调供冷、供热两用设备，它的基本原理是由常规的制冷机流程加上四通阀，实现蒸发器和冷凝器的互换，机组露天设置，不需要专用机房，但效果受室外气候影响较大，能效比较水冷冷水机组低，也需要水泵等配套设备，适用于中小规模的办公楼、商场、宾馆、医院、学校等。VRV变频空调系统是一台（组）空气（水）源制冷或热泵机组配置多台室内机，通过改变制冷剂流量适应各房间负荷变化的直接膨胀式空调系统，部分负荷性能好，系统可灵活划分，自动控制程度较高，可实现无人值守，无需专用机房，没有水泵等易于引起震动的设备。但冬季制热受室外环境影响，冷媒管路不能太长，总配电容量相对较大，设备初投资较高，适用于中小规模的办公楼、宾馆、会所、医院、学校等。本篇文章会就这几种空调形式的电气配套设计进行逐一分析，弄清电气设计应注意的问题。

我们知道现今建筑设计院的电气设计大多采用需要系数法进行负荷计算，公式为Pc=KxPe（Pc计算负荷，Kx需要系数，Pe设备容量），从上式就可以看出确定合适的需要系数是负荷计算的关键，另外在负荷计算中也需要电气设计人员厘清安装功率与计算功率的差别，首先来看看理论上的定义，设备容量（安装容量）——一般指的是设备的额定容量或额定功率（设备铭牌数据），是配电系统设计和计算的基础资料和依据，计算负荷（计算容量）——通常采用30 分钟最大平均负荷，标志用户的最大用电功率，是选择变压器容量、确定备用电源容量和季节性负荷划分的依据，也是计算配电系统各回路计算电流的依据。从以上定义就可以看出安装容量与计算容量是有区别的，我们在做电气配套设计前需要了解清楚，尤其是要与暖通专业配合，清楚空调设备的工作状况，计算并确定好计算负荷，这样才能得到正确的计算电流，计算电流——计算负荷在额定电压下的电流，是选择配电变配电变压器、导体、电器，计算电压偏差及功率损耗等的计算依据。

冷水机组＋锅炉空调系统

首先确定冷水机组＋锅炉空调系统的需要系数如何选取，查现有电气工具手册、图集，按《全国民用建筑工程设计技术措施》电气篇表2.7.7及《建筑电气常用数据》表3.24中规定，冷冻机、锅炉1~3台为0.9~0.7，>3台为0.7~0.6，功率因数取0.8~0.85，按《工业与民用配电设计手册》（第四版）表1.4-3（民用建筑用电设备）规定，冷冻机为0.85~0.9，功率因数取0.8~0.9，表1.4-4（旅游宾馆用电设备）规定，冷冻机组、泵为0.65~0.75，功率因数取0.8，从上述数据中可以看出，要求并不一致，宾馆建筑由于其特殊性，需要系数要求相对低一些。而工程中我们又如何处理呢，以笔者的工程实践和认识来看，工程中的冷冻机大多为连续工作制设备（日运行时间普遍在8小时以上），这时需要系数不宜取低值，建议冷冻机组的需要系数按1~3台选取1~0.9，>3台选取0.85~0.6，功率因数选取0.8~0.85较为合适；其次确定冷冻机组的设备功率，无特别情况一般工程中都是直接采用设备的铭牌功率。

风冷热泵空调系统

关于风冷热泵空调系统的需要系数如何取值，现有的电气设计手册中都没有明确指示，笔者认为风冷热泵与冷水机的工作原理是接近的，建议电气配套设计中可以按冷水机组＋锅炉空调系统的相同原则进行处理。不过，设计中还需注意，因风冷热泵的工作环境、工作原理及各厂家的技术水平及技术处理方案的不同，某些空调设备厂家或特别寒冷区域需要加装加热装置来保障热泵在寒冷季节的正常运行，因此设计中需与暖通专业配合，并仔细阅读产品样本，不要遗忘了这部分的电气容量的预留。其他方面，由于热泵大多设于屋面，一般距变电所较远且用电负荷较大，线路的电压损失应引起足够重视，工程中应做电压损失的校验以便选择合适的电缆。热泵应做防雷设计：其配电线路应加装浪涌防护器以防过电压；热泵多较为高大且价格昂贵，其设备本身的避雷措施也不应忽视，建议设置独立的接闪针保护。

VRV空调——变制冷剂流量多联式空调系统

这是本篇文章分析的重点，也是目前工程实践中及设计中经常会出错的地方，笔者在工程中也犯过类似的错误。问题究竟出在哪儿呢？我们收集了市场上几个主要的VRV空调厂家的产品样本，特别制作了电气参数对照表，如下：

说明：1.上述表格根据厂家提供样本编制，可能存在谬误。2.表中的额定功率为厂家样本中制冷或制热中的最大电功率，对应的工况为制冷：室内温度27°CDB/19°CWB，室外温度35°CDB/24°CWB ；制热：室内温度20°CDB/15°CWB，室外温度7°CDB/6°CWB。

由于各厂家出于多种目的的考虑，给出的电气参数并不齐全，但仔细查阅样本及对照各自的数据不难看出，首先各厂家给出的额定功率是有限定条件的，是在指定工况下（制冷：室内温度27°CDB/19°CWB，室外温度35°CDB/24°CWB；制热：室内温度20°CDB/15°CWB，室外温度7°CDB/6°CWB）的设备的运行功率，并非是其实际能够达到的功率。在工程中VRV空调实际运行工况要比上述指定工况要恶劣的多，VRV空调在制造上是允许在某个时间段内达到或超过上限工况运行的。VRV空调多采用调频技术，通过变频控制器控制压缩机转速，使系统内冷媒的循环流量得以改变，从而对制冷量进行自动控制以符合使用要求。在恶劣的工况条件下，会自动调节增大频率，功率相应会增加，实际上VRV空调会有另一个电气参数——最大运行功率（或最大运行电流），这一数据在电气设计中若不仔细关注会被忽视，据了解最大运行功率一般是额定功率的1.1~1.3倍（从对照表中也可以看出），某些产品甚至于更大。这就是造成目前VRV空调电气配套设计中错误的主要原因，由于电气专业人员按常规，不加分辨地采用了产品样本中所给的额定功率（工程设计中一般由暖通专业人员提出，而暖通人员对电气参数的认识比较模糊，往往提给电气专业的都是该值）作为计算依据，造成工程中普遍开关整定值偏小，时有跳闸现象出现，匹配导线也达不到要求，留下安全隐患。VRV空调的额定功率对电气设计人员来说没有太多的实际意义，工程设计中应以能够达到的最大运行电流作为设计依据。需要注意的是，有的空调厂家样本给的参数是最小线路电流，要求以此值为依据来选择导线和开关，实际上也就是我们文中讨论的设备的最大运行电流。

这里还需说明的是，从对照表中也可以看出，空调厂家

由于各自的技术条件和技术手段并不一样，同样的空调容量对应实际的运行电流相差也较大。另一方面，由于国家对于空调COP考核的要求（按行业规则，VRV空调COP值的计算是以额定功率为准的）及各厂家招投标竞争的需要，各厂家样本中的对外数据存在不同程度的疑问，设计中应加以注意。

综上所述，VRV空调系统电气配套设计中应按如下注意事项执行：1.仔细查阅产品样本，弄清各厂家的技术要求。

要知晓设备最大实际运行功率是多少，或者说厂家要求的开关（熔丝）值究竟是多少。 2.由于各厂家的技术条件差异较大，早期的电气设计应留有适当的余量。 3.应考虑夏季恶劣工况条件下配电箱内开关降容的影响。4.VRV空调负荷计算应以最大运行功率（电流）为基础，若查不到最大运行功率（电流），一般可以按额定功率（电流）的1.3倍来考虑；5.多组VRV空调机的主开关整定值计算，建议以最大运行功率为基础，需要系数1~3台取1~0.95，>3台选取0.8~0.9，功率因数选取0.85~0.9。 6.在计算变压器容量时，因为最大运行负荷一般来说只是暂态下运行的负荷，建议将额定负荷直接相加。7.VRV空调大多设于屋面，一般距变电所较远且用电负荷较大，线路的电压损失应引起足够重视，工程中应做电压损失的校验以便选择合适的电缆。8.应做好VRV空调的防雷设计，其配电线路应加装浪涌防护器以防过电压，VRV空调设备的避雷措施也不应遗漏。

结论

对于电气设计人员来说，负荷计算是最基础的也是简单的，往往被忽视，但如果不认真对待，设计不够精准，后果也是严重的。当取值过大时，会增加不必要的投资费用，尤其是作为工程中用电占比较大的空调负荷，更会造成变压器容量虚高，变压器空载损耗加大及日后运行费用的提高，与国家倡导的节能原则相悖；另一方面若取值偏小时，也会为日后运行留下安全隐患，甚至于各种事故的发生。在建筑物内空调机组的配套设计中，电气设计人员除了需要了解空调的电气技术参数外，也应了解空调设备本身的技术参数，熟悉其工作原理，与暖通专业多做配合，清楚空调设备的运行状况，确定合适的需要系数，确定正确的设备容量，这样才能做好电气配套设计。