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摘要：以实际项目为案例，分析对比现代办公写字楼的2种常用空调系统：FCU风机盘管+新风系统和VAV变风量空调系统的方案设计、技术措施、效能特点、造价、节能性和各自优缺点。
关键词：VAV变风量；FCU风机盘管；DDC；PM2.5；洁净要求；节能措施；耗电量；指标对比；造价
前言：
现代办公楼建筑在做空调方案规划时经常碰到VAV变风量空调和FCU风机盘管+新风系统的选择性问题。两种系统都有大量的实际案例在应用，2个系统都有各自的有优缺点，本文以某办公楼项目的标准层为例，从经济技术角度来比较VAV与FCU空调系统的各自优缺点，供同行参考。
1.建筑条件和设计标准
如图1示这是一个典型的办公楼，核心筒在中间，四周是办公区域，楼层建筑面积1415m2，空调区域面积1054 m2。空调机房设于核心筒内。
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图1 标准层建筑平面图
以标准层的图纸做2种方案来做具体的对比。
方案1：风机盘管FCU+新风的方案，方案2：变风量VAV空调的方案。
拟定主要设计标准和要求，2种方案都按同一种标准来设计，方案才有可比性。见表1。
表1.主要设计标准：
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2.设计方案
2.1主要技术措施，
根据建筑条件和设计标准，拟定2种方案的主要技术措施。见表2
表2.空调方案的主要措施表
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根据上面的设计标准和要求，分别对标准层进行2种方案的空调系统设计。
为了简化设计，结合项目的特点，拟定新风和排风在设备层设集中全热回收换气机组，并将新风机集中冷却处理到室内空气等焓状态，以避免2个方案在不同的基础上进行对比。
办公楼层的风机盘管和组合风柜均只处理室内热湿负荷。
2.2.FCU风机盘管系统+新风方案设计：
2.2.1末端设备选型
办公区的冷负荷为180W/m2为末端选型指标。
有三种压力类型的风机盘管，本方案采用高静压的风机盘管，因为下游管道相对较长，且增设空气处理装置，需选则80Pa静压的风机盘管，同时考虑冬季供热时下送热风需要一定的风口余压; 就是风机盘管的管排数，本方案按国标3排管的来选。
为便于负荷处理风机盘管沿外圈布置，风机盘管的回风端朝外墙，便于外圈的冷热负荷先经过处理，减少对室内的影响，从负荷的热湿处理过程来说是好的，这也是办公楼采用风机盘管系统采用的普遍布置方式。
2.2.2送回风系统
风机盘管本身的风系统相当简单。每台FCU约15m2风管。
但新风系统就相对复杂，需要做一个完整的新风系统，也就是一个小型的AHU风系统，新风需要去到每个空调房间。
为达到冬季加湿的目的，在新风系统设加湿器。
排风系统：由于设置集中排风系统，可以考虑设排风管道系统，也可以通过天花形式排风，因为在VAV系统中没有足够的空间做回风管路，因此在风机盘管系统中的排风方案也采用天花回风的形式，需预留回风通路。
2.2.3 水系统
根据回型建筑结构的特点，系统采用同程管路的形式，减少水力不平衡率，同时水系统的管路的流速在合理范围，在5℃温差的情况下，主管流速为经济流速。
2.2.4自控系统
设DDC箱和强电箱，强电箱分别给新风机供电，DDC箱负责弱电控制。
与VAV一样采用中央远程控制与就地控相结合的控制方式。可以实现远程监控和现场控制，一样的可以实现按时间表运行，可以实现早晨预冷预热功能。弱电控制可以选用DDC系统或PLC系统，本案都选择DDC系统。
VAV系统多数用DDC自控系统，为便于比较，大家统一用DDC。
需要说明的是，由于习惯的原因，FCU通常不做中央集中控制系统。而VAV则通常做中央控制系统，有个思维定势就是，若风机盘管做集中控制，很多人会觉得没必要。而VAV系统不做中央控制系统，会让人觉得这不是正常的VAV空调系统。
FCU空调系统设计图，见图2 ：FCU空调平面图
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图2 FCU空调平面图
2.3 VAV空调系统方案设计
2.3.1设备选型
VAV系统形式多种多样，有从末端动力来分单风道系统，风机动力型系统；从末端控制方式，分为压力相关型和压力无关型；压力相关型又分为压力相关型的VAV-BOX和压力相关型变风量风口，从末端再热方式来分，又分为无再热型和有再热型。
本案选择最典型和代表性的压力无关型单风道VAV作为方案的末端设备。
AHU选型则按焓湿处理过程，全热负荷按VAV末端的显热和的80%为AHU总负荷，送风温差10°C计算AHU的送风量，计算机外余压500Pa。
2.3.2送回风系统设计：
送风系统采用环形风风管设计，以提高送风系统压力平衡能力，减少系统的总阻力。在送风管上设2个压力传感器，变频控制AHU,满足2个压力传感器的任一压力需要；回风系统：采用天花回风形式，采用负压机房回风方式；新风设定风量阀，接入AHU设备混合回风后送到办公区。用CO2浓度参数控制新风量；排风设比例积分调节风阀，在空调机房集中排风，用室内正压控制排风阀开度。
2.3.3 水系统
管路全部在空调机房，水系统设手动蝶阀，动态平衡调节阀，排气泄水装置、压力表、温度计等。
2.3.4 自控系统
根据系统设计要求及控制原理，选择DDC远程控制系统。
VAV空调系统设计图见图3 VAV空调平面图
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图3 VAV空调平面图
3.造价与能效对比分析：
对于VAV系统与FCU+新风系统两种方案的普遍性的经济技术比较，很多论文和文献都有涉及，本文不展开叙述，仅就二者造价和节能性进行分析比较
3.1造价分析：
从工程造价构成的情况来看，末端设备台数一样，VAV的工程量优势在于水系统简单，水系统的造价低。FCU系统的优势在于风系统简单。
FCU的造价优势还在于末端设备，VAV设备必须要配置DDC控制器，无论是压力相关型还是压力无关型，而控制器的占设备造价比重很高。
在设计标准一样的情况下，FCU的造价方面可能并不占优势，甚至可能高过VAV系统。原因在于，FCU系统配置DDC远程控制系统，可选择性更小，而且为了达到同样的控制质量标准，每个FCU都是一台小型的AHU系统，要控制电动二通阀、UVC灯、静电除尘装置。
3.2 能耗分析：
风机盘管系统能耗分析：由于风机盘管系统的送回风就在办公区内完成循环，风系统的能耗低，因为：风管管路比较短，送风管距离通常不超过10米；送风速较低，比如FP-12，风速约为1.8米，风管里风速不到2米；风机盘管的风速也是非常低，计算盘管的风速也是不到2米，所以风机盘管系统的用在风系统的电功率很小。以12#机组为例，2040m3/h，电功率0.212KW。风机盘管的管排数少，国标冷量的FCU只有3排管。盘管阻力小；风机盘管的滤网只有初效，其滤网阻力也小。
根据表2FCU系统的建筑面积总装机电功率指标计算值为7W/ m2。
风机盘管系统的水系统能耗，理论上FCU的办公区水系统水路长，系统复杂，水路的能耗应该要高。
等效能耗计算FCU系统的年能耗指标为19.KW.h
VAV空调系统能耗分析：
风系统管路复杂而且比较路径长，送回风总管路长度可能超过100米；送风速较高，主风管风速大约8m/s，风管系统阻力较高；
AHU的盘管迎面风速因为考虑机房的原因大于=2.5m/s；AHU盘管的管排数高，送风温度控制要求较高，一般需要6排管及以上，盘管的阻力较高。
AHU的滤网有初效+中效2级过滤和静电除尘及UVC杀菌段，净化处理段阻力高。
因此综合起来VAV系统的建筑面积总装机电功率相对风机盘管系统要高，表2显示VAV系统设备装机功率指标为10.8W/ m2。
对于变风量系统，AHU是变频运行， 等效年平均运行频率为40Hz左右运行， AHU的11KW 的计算电功耗，等效计算空调区末端设备每平方的耗电量约为16KW.h，比FCU系统还节省电。说明VAV系统的控制系统和节能措施起到了关键作用。
4.结语：
综合前述的方案设计，技术指标、造价预算和能耗的分析对比，有以下几点结论：
4.1风机盘管系统在空气质量和控制系统方面有先天的劣势。
4.2要达到同样高的设计标准，FCU系统造价和能耗可能更高，成功率更低。
4.2若都按各自系统的常规做法，FCU系统在造价上低于VAV系统。
4.4若FCU和VAV都按习惯做法，2种方案复杂程度、综合效能不同，不具备可比性。
4.5 当办公楼对除温度控制外要求不高的定位，建议选FCU系统，反之选VAV系统。
4.6 如果业主要求较高，系统功能涉及加湿和除湿、中效处理，UVC杀菌等技术措施时不宜选用FCU系统，应选VAV或其他系统形式。
4.7 用普通FCU系统的造价做不出普通VAV系统的效果。
参考文献：
[1]陆耀庆 实用供热空调设计手册 第二版 2015年
[2]王凯 VAV与四管制风机盘管系统的比较 暖通杂志
[3]叶大法 杨国荣 变风量空调系统设计 中国建筑工业出版社2007