既有建筑集中空調(diào)系統(tǒng)過濾段改造分析

張 迪

第一太平戴維斯物業(yè)服務(wù)（北京）有限公司上海分公司 上海 200023

1. 引言

室內(nèi)空氣質(zhì)量是衡量綠色建筑與健康建筑的重要指標(biāo)，是影響建筑使用者身心健康和工作效能表現(xiàn)的重要因素。影響室內(nèi)空氣質(zhì)量的重要因素主要包括室外空氣質(zhì)量、室內(nèi)污染源、室內(nèi)通風(fēng)情況以及污染物的消散機(jī)制。建筑內(nèi)部引入室外新鮮空氣的主要目的是對室內(nèi)污染的空氣進(jìn)行稀釋，減少室內(nèi)污染源對人體的危害。但室外空氣污染日益嚴(yán)重，大氣中懸浮顆粒污染物日益增多。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的報(bào)道，2016年91%的世界人口住在沒有達(dá)到世衛(wèi)組織空氣質(zhì)量指南水準(zhǔn)的地方；PM2.5及更小的顆粒物質(zhì)能導(dǎo)致心血管系統(tǒng)、呼吸道系統(tǒng)疾病以及癌癥。為了提高室內(nèi)空氣質(zhì)量和降低建筑使用人員的健康風(fēng)險，對于公共建筑集中空調(diào)系統(tǒng)，在保證合理的室外新風(fēng)量、通風(fēng)以及氣流組織的前提下，對室外新風(fēng)以及室內(nèi)回風(fēng)內(nèi)的顆粒物凈化過濾十分必要。

國內(nèi)外綠色建筑和健康建筑標(biāo)準(zhǔn)對空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)和回風(fēng)有凈化過濾的要求。我國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50378-2014要求設(shè)置中效過濾段；中國健康建筑標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)空氣凈化裝置降低室內(nèi)污染物濃度；美國LEED V4 標(biāo)準(zhǔn)要求機(jī)械通風(fēng)空間新風(fēng)量滿足ASHRAE 62.1-2010 標(biāo)準(zhǔn)，新風(fēng)系統(tǒng)或空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的過濾等級至少達(dá)到符合ASHRAE 52.2-2007標(biāo)準(zhǔn)的MERV13等級或符合CEN標(biāo)準(zhǔn)EN 779-2002標(biāo)準(zhǔn)的F7等級。WELL標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)新風(fēng)量必須滿足ASHRAE 62.1-2010 標(biāo)準(zhǔn)，新風(fēng)凈化過濾等級根據(jù)年平均室外PM2.5 濃度達(dá)到MERV8至MERV16 不同等級，如上海2017年平均室外PM2.5濃度為39微克每立方米，最低凈化過濾等級至少達(dá)到MERV14或F8等級。

對既有公共建筑的新風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大部分空調(diào)系統(tǒng)的凈化過濾等級不滿足市場主流綠色健康建筑的最低要求，甚至許多剛剛竣工投入運(yùn)營的建筑，新風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)凈化過濾等級僅達(dá)到F5等級。近幾年隨著人們對室內(nèi)空氣質(zhì)量和健康的重視，以及新型辦公空間的變革，首批走在市場前列的既有建筑開始探索對其新風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)凈化過濾系統(tǒng)進(jìn)行改造，并結(jié)合智能化的監(jiān)測展示系統(tǒng)，以期提高室內(nèi)空氣質(zhì)量和智能化水平，增加其市場競爭力和健康可持續(xù)的宣傳。然而對于既有公共建筑過濾段改造并不是僅僅更換空調(diào)機(jī)組的一個組件那么簡單，需要綜合考慮空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行、產(chǎn)品功能特性、改造成本、改造效果以及后期運(yùn)維成本等多個因素，本文通過分享既有建筑項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)過濾端改造的實(shí)際工程案例，為其他既有建筑改造方案比選和實(shí)施提供借鑒。

2 既有建筑改造方案與分析

2.1 項(xiàng)目現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)和過濾段情況

本項(xiàng)目是位于上海市的商業(yè)辦公綜合體，包括一個4層的商業(yè)裙房和一個36層的辦公塔樓，總建筑面積約6萬平方米，地上建筑面積約5平方米。項(xiàng)目竣工時間1999年。

項(xiàng)目辦公大堂和商業(yè)區(qū)域采用全空氣定風(fēng)量系統(tǒng)，商業(yè)區(qū)域室外新風(fēng)經(jīng)過新風(fēng)機(jī)組預(yù)處理后與室內(nèi)回風(fēng)混合，再經(jīng)過組合式空調(diào)機(jī)組處理后送入室內(nèi)，商業(yè)區(qū)域共設(shè)計(jì)4臺新風(fēng)機(jī)組和4臺組合式空調(diào)機(jī)組；辦公大堂直接采用2臺組合式空調(diào)機(jī)組對混合后的室外新風(fēng)和回風(fēng)進(jìn)行處理。辦公區(qū)域采用風(fēng)機(jī)盤管+獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，通過新風(fēng)機(jī)組PAU處理后的新風(fēng)，與回風(fēng)混合后通過風(fēng)機(jī)盤管送入室內(nèi)。辦公區(qū)域設(shè)置6臺新風(fēng)機(jī)組。

除辦公區(qū)域2016年新更換的一臺新風(fēng)機(jī)組外，其他新風(fēng)機(jī)組和組合式空調(diào)機(jī)組內(nèi)均沒有中效凈化過濾段，僅安裝板式初效凈化過濾段。本項(xiàng)目對空調(diào)系統(tǒng)凈化過濾段改造要求達(dá)到美標(biāo)MERV13或歐標(biāo)F7的凈化等級。

2.2 凈化過濾段類型與分析

根據(jù)凈化過濾產(chǎn)品功能特點(diǎn)以及市場應(yīng)用情況，過濾段改造的產(chǎn)品主要包括傳統(tǒng)的袋式中效過濾器、高壓靜電過濾器和微靜電過濾器三類。傳統(tǒng)中效袋式過濾器是通過物理過濾的方式去除空氣中的顆粒物，具有過濾效率高、容塵量大和過濾面積大的優(yōu)點(diǎn)，終阻力在200-300Pa；最大的缺點(diǎn)是無法重復(fù)利用，需要頻繁更換濾芯；盡管初投資小，但是后期運(yùn)行維護(hù)成本較高。傳統(tǒng)的高壓靜電過濾器解決了袋式過濾器阻力大和無法重復(fù)利用的問題，但是過濾效率低、安全性較低，且產(chǎn)生臭氧、氮氧化物等二次污染；微靜電過濾器兼具有前兩種過濾器的優(yōu)點(diǎn)，可重復(fù)利用，阻力約100Pa，過濾效率高，安全可靠，但是產(chǎn)品初投資高，市場產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，需要對市場產(chǎn)品做調(diào)研對比分析。

2.3 改造方案對比分析

本項(xiàng)目改造范圍的14臺新風(fēng)機(jī)組和組合式空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)出口靜壓在600-750Pa之間，只有1臺組合式空調(diào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)出口靜壓為900Pa。如果增加中效過濾段使系統(tǒng)總阻力增加200-300Pa，會對送風(fēng)量影響較大，送風(fēng)量也是影響室內(nèi)空氣質(zhì)量和人員熱舒適度的重要因素；同時風(fēng)機(jī)耗能增加，需要考慮原來電機(jī)配置以及供電是否滿足要求。因此在選擇凈化過濾段時一定要考慮過濾段阻力的影響。

根據(jù)凈化過濾器的功能特點(diǎn)，綜合考慮過濾效果和過濾段阻力的影響，提出以下兩種方案，同時為了提高凈化過濾段的改造效果，對所有新風(fēng)機(jī)組和空調(diào)機(jī)組進(jìn)行深度清潔。

方案一：保留初效過濾段，增加袋式中效過濾段，更換空調(diào)機(jī)組風(fēng)機(jī)以滿足系統(tǒng)阻力和送風(fēng)量的要求，原電機(jī)選型有一定的余量暫不更換。

方案二：拆卸原來初效過濾段，更換為組合式初效+微靜電過濾器，由于組合式初效和微靜電過濾器過濾段阻力不大于100Pa，相對原來的初效過濾段產(chǎn)品阻力略低，不更換空調(diào)機(jī)組內(nèi)部組件。

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對兩個改造方案對比分析得出，盡管方案一過濾段的凈化效果比方案二略高5%，但是方案還需要更換風(fēng)機(jī)，加裝中效過濾段，改造施工周期相對方案二較長。從經(jīng)濟(jì)分析，方案一和方案二的改造初投資基本一致，由于微靜電過濾段的產(chǎn)品壽命8年，8年內(nèi)的過濾段維護(hù)費(fèi)用方案一是方案二的5.7倍，包括初投資和8年運(yùn)行維護(hù)的總費(fèi)用方案一總費(fèi)用是方案二的2.7倍。綜合比較，本項(xiàng)目選擇方案二。

3. 改造方案實(shí)施與結(jié)果分析

本項(xiàng)目工程改造實(shí)施時間從2018年8月中旬到8月到9月底共計(jì)1.5個月。為了不影響整個建筑的正常運(yùn)維，本項(xiàng)目的改造時間主要安排在周末進(jìn)行。并根據(jù)項(xiàng)目空調(diào)機(jī)組服務(wù)空間、機(jī)組設(shè)備安裝位置等采用樣例先行以及分組組織實(shí)施的方案。

從改造前后的測試數(shù)據(jù)分析，盡管空調(diào)機(jī)組的凈化過濾段從初效改造為中高效凈化過濾段，空調(diào)機(jī)組總壓差不僅沒有升高，反而有從10-176Pa不同程度的降低。降低的主要原因包括1）組合式初效和微靜電過濾器過濾段阻力低；2）空調(diào)機(jī)組冷熱盤管和箱體深度清潔，冷熱盤管段阻力降低?？照{(diào)機(jī)組總壓差降低差別較大原因，主要因?yàn)榻M合式初效和微靜電過濾段是模塊化產(chǎn)品，根據(jù)空調(diào)機(jī)組的尺寸在不足一個模塊的地方采用不透風(fēng)的金屬材料封堵；封堵面積的大小對空調(diào)機(jī)組總壓降影響較大，封堵面積越大，空調(diào)機(jī)組的總阻力越大?？照{(diào)機(jī)組冷熱盤管的清潔程度也會影響機(jī)組總壓降，冷熱盤管積灰越厚，盤管和空調(diào)機(jī)組總的阻力越大。

大部分空調(diào)機(jī)組總送風(fēng)量有10%-20%的提升，兩臺機(jī)組有40%-70%的提升?？照{(diào)機(jī)組總送風(fēng)量和空調(diào)機(jī)組總壓差減少有一定的相關(guān)性，隨著總壓差降低增大，總新風(fēng)量成增加的趨勢。PAU-002和PAU-009機(jī)組總壓差和機(jī)組送風(fēng)量基本不變。AHU-004機(jī)組總壓差減少較大，總送風(fēng)量基本沒有增加，主要是因?yàn)榭照{(diào)機(jī)組箱門損壞漏風(fēng)嚴(yán)重。

在空調(diào)機(jī)組送風(fēng)口處測量，大部分空調(diào)機(jī)組凈化過濾效率在75%以上，接近50%空調(diào)機(jī)組凈化效率達(dá)到90%以上。AHU-004 和AHU-006A空調(diào)機(jī)組凈化效率約55%，主要原因是空調(diào)機(jī)組設(shè)備老化，凈化過濾段后和送風(fēng)機(jī)之前的負(fù)壓段箱體和箱門漏風(fēng)嚴(yán)重，沒有處理的機(jī)房空氣滲入導(dǎo)致凈化效率偏低。

4. 總結(jié)與改進(jìn)

結(jié)合本項(xiàng)目的空調(diào)機(jī)組過濾段改造工作，我們總結(jié)以下需要注意或改進(jìn)的事項(xiàng)：

1）空調(diào)機(jī)組的安全保護(hù)；項(xiàng)目空調(diào)機(jī)組原來原來初效過濾段配置有安裝框架，考慮到機(jī)組運(yùn)行已經(jīng)接近20年，機(jī)組內(nèi)仍有足夠的空間安裝新的組合式初效和微靜電凈化過濾段，原初效過濾段框架保存。

2）凈化過濾段模塊；組合式初效和微靜電凈化過濾產(chǎn)品項(xiàng)目采用品牌暫時只有兩個標(biāo)準(zhǔn)尺寸的模板，不足一個模塊的部分需要采用鋼板等材料封堵，減少凈化過濾面積，增加凈化過濾段的阻力，不利于整體的送風(fēng)量提升。建議后續(xù)項(xiàng)目采用多樣化的產(chǎn)品模塊或根據(jù)項(xiàng)目設(shè)備尺寸訂制。

3）空調(diào)機(jī)組以及過濾段的運(yùn)行維護(hù)；空調(diào)機(jī)組和過濾段需要根據(jù)天氣、壓差等進(jìn)行定期清潔維護(hù)，必要時對空調(diào)機(jī)組進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)和更換。

4）節(jié)能效果持續(xù)跟蹤；本項(xiàng)目改造工作，空調(diào)機(jī)組總的壓力損失降低，會引起機(jī)組送風(fēng)壓力的改變，有利于減少空調(diào)機(jī)組運(yùn)行的能耗，后續(xù)項(xiàng)目會持續(xù)跟進(jìn)機(jī)組的能耗使用情況。

5）智能化監(jiān)測與展示；項(xiàng)目改造僅在空調(diào)機(jī)組范圍內(nèi)，為了更好地管理室內(nèi)空氣質(zhì)量指標(biāo)，建議后期采用智能化的監(jiān)測探頭動態(tài)監(jiān)測典型與重要區(qū)域室內(nèi)空氣質(zhì)量指標(biāo)，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整優(yōu)化運(yùn)行與提升。