北京博銳尚格節(jié)能技術(shù)股份有限公司 鄒敏華 金大鈞 竇強

       【摘  要】本文以深圳某超高層建筑變風量空調(diào)系統(tǒng)（VAV）全過程調(diào)適為例，探討變風量空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計、施工、以及運行階段調(diào)適工作開展的方法。本項目通過做調(diào)適樣板，總結(jié)調(diào)適過程中發(fā)現(xiàn)的問題，分析產(chǎn)生問題的原因，并給出整改、調(diào)適的方法，最終將問題解決并形成一套調(diào)適流程，推廣應用于整個變風量空調(diào)系統(tǒng)調(diào)適。在運行階段通過節(jié)能優(yōu)化調(diào)適，根據(jù)不同的季節(jié)和樓層優(yōu)化設(shè)定控制參數(shù)，取得了較好的節(jié)能效果。項目基于全過程調(diào)適工作，使變風量系統(tǒng)真正為客戶提供一個舒適的辦公環(huán)境的同時，實現(xiàn)高效、節(jié)能的運行。

       【關(guān)鍵詞】變風量系統(tǒng)、調(diào)適樣板、全過程調(diào)適

Abstract: This paper focused on the integrated design and whole process management of VAV systems in a high-rise commercial building in Shenzhen, where the system design, construction and commissioning works were studied. In this project, a commissioning sample was put forward where the typical problems were found and main reasons were analyzed. Thus forming out a set of commissioning method to solve existing problems, which can be applied widely to the commissioning of VAV systems. Especially during the operation period, considerable energy conservation has been achieved by adjusting the set point of control strategy in building management systems according to the real demand in different floor and also in different seasons. Benefit from the integrated design and whole process management, the VAV systems could offer users a comfortable indoor environment with high energy efficiency.

Keywords：variable air volume system、commissioning sample、whole process commissioning

1 前言

       變風量（Variable Air Volume）系統(tǒng)是一種通過改變送風量來消除空調(diào)區(qū)域內(nèi)的冷、熱負荷以調(diào)節(jié)環(huán)境溫濕度的空調(diào)系統(tǒng)。運行良好的變風量空調(diào)系統(tǒng)具有舒適、節(jié)能、衛(wèi)生等優(yōu)點，近年來也成為很多高檔辦公建筑首選的空調(diào)系統(tǒng)形式，但變風量空調(diào)系統(tǒng)要實現(xiàn)其優(yōu)勢，對控制系統(tǒng)的精度要求非常高、是否經(jīng)過精細化的系統(tǒng)調(diào)適也是導致變風量系統(tǒng)是否成功的關(guān)鍵因素，在實際運行過程中有很多失敗的案例也暴露出控制失效、能耗高、噪聲超標、環(huán)境舒適性差等問題。為提升變風量空調(diào)系統(tǒng)的用戶體驗，實現(xiàn)其舒適、節(jié)能的系統(tǒng)優(yōu)勢，針對項目進行全過程精細化的調(diào)適是非常必要的。

2 調(diào)適方法探討

       針對變風量空調(diào)系統(tǒng)的研究主要集中在建模計算方法、故障診斷方法、系統(tǒng)形式研究、以及控制策略研究，對于變風量系統(tǒng)全過程調(diào)適方法的研究較少。國內(nèi)引入空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試的思想和方法始于20世紀90年代，清華大學朱穎心、夏春海^[1]等與日本山武公司合作，以北京某高檔寫字樓變風量空調(diào)系統(tǒng)改造工程為例，較為全面的對其實施了既有建筑空調(diào)系統(tǒng)改造調(diào)試工作。曹勇^[2]等結(jié)合Commissioning在變風量空調(diào)系統(tǒng)調(diào)試的應用案例，系統(tǒng)介紹了BOX整定過程、一次風平衡、靜壓點設(shè)定過程、風量傳感器的診斷技術(shù)和控制邏輯驗證過程等方面的技術(shù)實施效果。朱明杰^[3]從變風量系統(tǒng)調(diào)試的流程及操作要點中提出了其各主要設(shè)備及系統(tǒng)的調(diào)試方法。

       本文旨在探討變風量系統(tǒng)的全過程調(diào)適方法，在現(xiàn)場開展調(diào)適工作之前，組織由調(diào)適顧問、業(yè)主、監(jiān)理、施工單位、自控承包商、設(shè)備廠家等共同參與的調(diào)適小組，選取一個獨立完整的變風量空調(diào)系統(tǒng)作為調(diào)適樣板，以實測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實際檢查的問題為依據(jù)，總結(jié)調(diào)適流程及調(diào)適方法，在調(diào)適過程中提前將設(shè)計問題、施工質(zhì)量問題暴露出來，界定問題責任方并限期整改，以規(guī)范化的流程開展變風量系統(tǒng)設(shè)備性能驗證及風平衡調(diào)適、運行調(diào)適以及節(jié)能控制優(yōu)化調(diào)適。基于全過程調(diào)適工作，保障變風量系統(tǒng)穩(wěn)定、節(jié)能運行，同時為客戶提供一個健康、舒適的辦公環(huán)境。

3 變風量空調(diào)系統(tǒng)樣板調(diào)適

       3.1 樣板概況

       本項目是集辦公、商業(yè)、觀光等功能為一體的大型綜合體，該項目由地下室、裙樓、塔樓三個部分組成，地下室共5層，裙樓共10層，地上塔樓層數(shù)為118層，總建筑面積約46萬㎡。項目塔樓共分為8個區(qū)，其中1區(qū)—7區(qū)為標準辦公層，8區(qū)為觀光區(qū)和會所。標準層辦公面積約2500㎡。辦公區(qū)空調(diào)末端形式采用VAV變風量系統(tǒng)，每層設(shè)計2臺AHU空調(diào)機組，每個分區(qū)配置4臺PAU分別為東、西兩個空調(diào)機房的AHU補充新風。由于辦公區(qū)進深約10—15米，末端BOX箱分內(nèi)外區(qū)布置，外區(qū)BOX箱帶電加熱，每個BOX箱接2個風口。AHU利用辦公區(qū)的吊頂作為回風箱進行統(tǒng)一回風，在吊頂沿外玻璃幕墻以及沿內(nèi)走道各開一圈回風口。

       為驗證變風量空調(diào)系統(tǒng)各項性能指標是否達到設(shè)計要求，施工單位采用的安裝工藝是否滿足規(guī)范要求，以及現(xiàn)場安裝的設(shè)備（包括AHU、BOX箱、調(diào)節(jié)閥等）實際性能是否滿足選型要求，決定在VAV系統(tǒng)大面積施工安裝之前，先選取一個樓層作為調(diào)適樣板，以便將問題盡早暴露出來，反饋給設(shè)計單位和施工單位進行變更、整改。

       根據(jù)項目的實際進度情況，選取L27層作為調(diào)適樣板層對VAV系統(tǒng)進行性能評定。L27樣板層建筑面積約3100㎡，辦公面積2500㎡左右，設(shè)計兩臺AHU處理末端空調(diào)負荷，分別安裝在核心筒東、西空調(diào)機房內(nèi)。風管系統(tǒng)采用雙風管環(huán)形設(shè)置，外環(huán)風管接外區(qū)BOX箱，內(nèi)環(huán)風管接內(nèi)區(qū)BOX箱。環(huán)形風管在南、北中間位置設(shè)置隔離閥，使得兩臺AHU可以獨立負責樓層一半?yún)^(qū)域負荷，又可以互為備用。

圖1 變風量空調(diào)系統(tǒng)樣板調(diào)適區(qū)域

       3.2 調(diào)適條件

       （1）調(diào)適臨時冷源，由于主冷源系統(tǒng)未施工完成，為驗證空調(diào)系統(tǒng)實際供冷效果，現(xiàn)場采用25F（避難層）安裝的風冷熱泵（備用冷源）系統(tǒng)作為臨時冷源，在正式調(diào)適前保證設(shè)備供電并進行單機試運行。同時將水系統(tǒng)補滿水，完成管道的試壓、焊渣沖洗工作；

       （2）調(diào)適區(qū)域內(nèi)的AHU、BOX箱等設(shè)備完成供電，風管系統(tǒng)、閥門配件、風口、傳感器等完成安裝，風管完成漏光測試并達到合格要求；

       （3）調(diào)適區(qū)域內(nèi)的BOX箱完成自控通訊調(diào)試，確保通過電腦連接到DDC箱上可讀取到每個BOX箱的實時數(shù)據(jù)，包括風量、閥門開度、溫度等數(shù)據(jù)；

       （4）組織調(diào)適小組，準備調(diào)試儀器，調(diào)適小組成員包括調(diào)適顧問、施工單位、設(shè)備廠家，監(jiān)理人員等；

表1 測試儀器

       3.3 調(diào)適內(nèi)容及方法

       （1）調(diào)適流程

       （2）設(shè)備性能測試結(jié)論

       ① AHU性能測試

       AHU實際運行的各項性能參數(shù)是否達到設(shè)計要求，是實現(xiàn)末端風平衡及達到設(shè)計供冷效果的基礎(chǔ)，因此，調(diào)適小組首先對AHU在額定工況下的各項運行參數(shù)進行實測，主要測試數(shù)據(jù)包括風量、風壓、運行功率等參數(shù)，通過計算得到風機效率等參數(shù)，并將實測值與額定值進行對比，以評定AHU的性能是否達標。

圖2 AHU風量及風壓測試

       將AHU運行頻率設(shè)定在50HZ，將末端閥門全部開啟，BOX箱調(diào)節(jié)閥開度固定在100％，以此工況測試AHU的各項實際運行參數(shù)，實測的風量、風壓、功率、風機效率等參數(shù)與額定值的偏差都在允許偏差范圍以內(nèi)，實測機外余壓比額定值偏大25％，說明實際風管系統(tǒng)阻力比設(shè)計值要大。

表2 AHU性能測試結(jié)果

       ② BOX箱性能測試

       通過選取不同位置的BOX箱測試風量與開度之間的關(guān)系，以確定BOX箱的調(diào)節(jié)性能，實測發(fā)現(xiàn)BOX箱在設(shè)計調(diào)節(jié)范圍內(nèi)（145m³/h—765 m³/h）風量與風閥開度直接基本為線性關(guān)系，BOX箱的調(diào)節(jié)性能符合要求。

圖3 BOX箱調(diào)節(jié)性能測試

       3.4 改進建議

       建議1：外區(qū)沿外窗回風口統(tǒng)一加寬至150mm（原為100mm寬），保證回風百葉達到60%的開孔率，以確保氣流可以從外框回風口進入吊頂，如外區(qū)氣流流通不暢將導致靠近玻璃幕墻位置偏熱；

       建議2：VAV-BOX箱接風口軟管的安裝要求和質(zhì)量需要規(guī)范化，軟管長度不應超過2.5米，且同一個BOX箱接出的軟管之間的長度差不能超過1米，另外，軟管的轉(zhuǎn)彎角度應小于60度，軟管不應出現(xiàn)破損、壓扁、接口漏風等情況，否則會嚴重影響風口之間的風平衡，且容易產(chǎn)生噪音，如BOX箱與風口的距離超過2.5米，則要求采用鐵皮風管安裝；

圖4 軟管安裝不規(guī)范

       建議3：由于辦公室采用大開間布局，沒有隔墻安裝BOX箱的溫度傳感器，建議傳感器就近安裝于回風口位置，或固定安裝于吊頂下方；

       建議4：充分考慮租戶入住后需對辦公空間進行隔斷時BOX箱改造的便利性，需留有改動條件。

       3.5 效果驗證

       由施工單位完成施工質(zhì)量問題的整改，調(diào)適小組組織完成末端風平衡調(diào)適后，采用臨時冷源進行供冷，并對樣板區(qū)域進行空調(diào)效果的驗證，通過測試環(huán)境的溫度場和噪聲場發(fā)現(xiàn)，調(diào)適后辦公區(qū)域內(nèi)的環(huán)境溫度控制在25℃±1℃范圍內(nèi)，環(huán)境噪聲滿足設(shè)計要求的NC40標準。

圖5 27F環(huán)境溫度場及噪聲測點布置圖
表3 噪聲場測試數(shù)據(jù)

4 變風量空調(diào)系統(tǒng)驗收調(diào)適

       基于變風量空調(diào)系統(tǒng)調(diào)適樣板中暴露出的問題，在接下來的施工過程中，嚴控施工質(zhì)量，從而保證了系統(tǒng)安裝完成后不會遺留太多缺陷等待整改，也保障了工程進度。調(diào)適小組根據(jù)現(xiàn)場的施工進度，以調(diào)適樣板總結(jié)的流程和方法為依據(jù)，逐步開展AHU的性能測試以及變風量空調(diào)系統(tǒng)風平衡調(diào)適工作，同時要求自控單位逐步完善控制系統(tǒng)的安裝和調(diào)適工作。

       4.1 風平衡調(diào)適流程

       （1）檢查各項調(diào)適條件，確保滿足調(diào)適要求，啟動調(diào)適區(qū)域?qū)腁HU風柜，完成AHU性能測試；

       （2）將調(diào)適區(qū)域內(nèi)所有BOX箱電動調(diào)節(jié)閥開度設(shè)定為100％全開；

       （3）用畢托管測試風管2/3處的靜壓，通過調(diào)節(jié)兩條環(huán)形支管上的閥門，保證內(nèi)區(qū)、外區(qū)兩路風管達到風壓平衡（兩風管風壓偏差在5Pa以內(nèi)）；

       （4）校核AHU總風量與BOX箱風量總和的偏差，偏差在±10％以內(nèi)即合格，以BOX箱風量總和為基礎(chǔ)計算BOX箱的平均風量，并以平均風量值為每個BOX箱的風量調(diào)適目標；

       （5）選擇風量超過平均風量10％以上的BOX箱作為重點調(diào)適目標，調(diào)節(jié)BOX箱前的手動閥，以BOX箱風量達到平均值±5%以內(nèi)為合格；

       （6）重復步驟5），使調(diào)適區(qū)域的所有BOX箱風量達到合格標準；

       （7）測試出內(nèi)、外區(qū)風管2/3處靜壓值，取平均值作為初始靜壓設(shè)定值，風平衡調(diào)適完成。

圖6 變風量空調(diào)系統(tǒng)風平衡調(diào)適

       4.2 調(diào)適成果

       通過風平衡調(diào)適，基本實現(xiàn)了同一AHU所帶BOX箱之間的風量偏差在10％以內(nèi)，調(diào)適過程中也發(fā)現(xiàn)了個別的BOX箱接在主風管的拐彎位置，導致風量偏小，以及極少數(shù)的BOX箱在安裝過程中傳感器和控制器損壞，導致無法通訊等情況，通過現(xiàn)場做好記錄及標記，要求施工單位進行整改。

圖7 28F西側(cè)BOX箱風平衡調(diào)適結(jié)果

5 變風量系統(tǒng)節(jié)能調(diào)適

       5.1 調(diào)適思路 

       項目地處深圳地區(qū)，加之建筑外圍護結(jié)構(gòu)全封閉，因此在過渡季及冬季依然需要開啟空調(diào)系統(tǒng)，但空調(diào)負荷較之于夏季有了很大的變化，依然沿用夏季的控制設(shè)定參數(shù)將導致變風量系統(tǒng)能耗高且不能保證舒適性。

       因此，從節(jié)能和保證舒適性的角度出發(fā)，先檢查系統(tǒng)是否存在風量過大、風壓過高等表象問題，進一步通過優(yōu)化控制邏輯、更改設(shè)定參數(shù)等手段，以降低AHU運行能耗，提高AHU運行效率。

圖8 變風量系統(tǒng)節(jié)能調(diào)適思路

       5.2 調(diào)適結(jié)果

       通過查看2018年3月份空調(diào)末端BOX箱運行狀態(tài)，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)有38％的BOX箱運行在風量下限，基本所有的BOX箱都處于憋閥狀態(tài)。此外，運行人員設(shè)定的風量下限值為300m³/h，比設(shè)計的風量下限值145 m³/h偏高較多。以103F西側(cè)AHU為例，調(diào)適小組通過將末端BOX箱的風量下限值逐步下調(diào)到160 m³/h，再逐步下調(diào)靜壓設(shè)定值，采用三相功率計測量AHU的運行功率，同時測試辦公環(huán)境CO2濃度的變化情況，最終實現(xiàn)80％的節(jié)能率。

圖9 103F西側(cè)AHU節(jié)能調(diào)適效果

       從調(diào)適效果可以看出，通過降低末端BOX箱的風量下限設(shè)定值比降低靜壓設(shè)定值效果更明顯，但節(jié)能調(diào)適的前提是必須保證辦公環(huán)境的舒適性，因此，需要根據(jù)不同樓層辦公人數(shù)、室內(nèi)負荷等實際情況進行個性化調(diào)適，最終確定每個獨立變風量系統(tǒng)適合的設(shè)定參數(shù)，在保證健康、舒適的辦公環(huán)境的同時挖掘出最大的節(jié)能潛力，而不能粗放的采用統(tǒng)一的設(shè)定參數(shù)進行調(diào)適。

6 結(jié)語

       本文提出基于全過程調(diào)適理念，在設(shè)計階段將調(diào)適要求提清楚；施工階段嚴格把控施工質(zhì)量，規(guī)范化安裝要求，合理預留調(diào)適條件；驗收調(diào)適階段按流程做好設(shè)備性能調(diào)適以及風平衡調(diào)適，要求自控承包商做好控制系統(tǒng)的調(diào)適，施工單位將暴露出的安裝質(zhì)量問題及時整改到位；運行調(diào)適階段根據(jù)實際的使用需求，分工況（夏季工況、過渡季工況）設(shè)定控制參數(shù)，在保證舒適性的前提下挖掘最大的節(jié)能量。

       本項目通過全過程調(diào)適工作，在現(xiàn)場大面積施工前以變風量調(diào)適樣板為先導，總結(jié)切實可行的調(diào)適流程，對規(guī)范化安裝提出合理的整改要求，在保證工期的前提下逐個系統(tǒng)完成了設(shè)備性能測試及風平衡調(diào)適，保障項目移交后在第一個制冷季穩(wěn)定、高效運行，通過在過渡季的精細化節(jié)能調(diào)適，挖掘出了變風量系統(tǒng)在不同工況下運行的節(jié)能潛力。

參考文獻

       [1] 夏春海，韓錚，朱穎心，等.Commissioning在變風量改造工程中的應用[J].暖通空調(diào)，2006,11（36）：92～98.
       [2] 曹勇，魏崢，廖滟. Commissioning在建筑領(lǐng)域中的應用現(xiàn)狀分析[J].建筑科學，2013, 10（29）：97～105.
       [3] 朱明杰. 關(guān)于變風量系統(tǒng)調(diào)試的探討[J].建筑熱能通風空調(diào)，2017, 6（36）：66～69.

       備注：本文收錄于第21屆暖通空調(diào)制冷學術(shù)年會論文集。版權(quán)歸論文作者所有，任何形式轉(zhuǎn)載請聯(lián)系作者。