公共建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性能實(shí)測(cè)與分析

常儇宇，黃金美（昆山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心， 江蘇 昆山 215337）

目前，建筑能耗占據(jù)社會(huì)總能耗的 1/3 ，特別是公共建筑，更是能耗巨大[1-2]。公共建筑能耗又以采暖和空調(diào)能耗為主[3-5]，在整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)中，空調(diào)水系統(tǒng)的能耗約占整個(gè)中央空調(diào)系統(tǒng)能耗的 80% ，風(fēng)系統(tǒng)能耗約占用電量的20%。空調(diào)水系統(tǒng)及風(fēng)系統(tǒng)的有效運(yùn)行是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)尤其是空調(diào)系統(tǒng)的檢測(cè)，可以準(zhǔn)確地反映各個(gè)系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行情況，為后期提升系統(tǒng)運(yùn)行效率提供參考依據(jù)。本文以實(shí)際工程為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，分析了空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，并提出了優(yōu)化建議。

1 項(xiàng)目概況

該建筑主要功能為辦公使用，總建筑面積為 6 892 m2，地上 6 F，局部地下 1 F，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，建筑總高度為 22.4 m。1～6 F 為辦公、小型會(huì)議室、研發(fā)及實(shí)驗(yàn)室等，地下 1 F 為設(shè)備用房。該辦公樓嚴(yán)格按照國(guó)家和地方的各項(xiàng)節(jié)能規(guī)范設(shè)計(jì)，采用土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)為辦公樓提供夏季制冷和冬季供熱，在建筑周?chē)盏丶熬G化帶埋管，埋管數(shù)量為 160 口井，每口井深度為 90 m?？照{(diào)系統(tǒng)夏季設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為 654.9 kW，冬季設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為 430.9 kW，設(shè)有 2 臺(tái)空調(diào)主機(jī)，末端風(fēng)盤(pán) 155 臺(tái)，新風(fēng)換氣機(jī) 13 臺(tái)?？照{(diào)系統(tǒng)分高、低區(qū) 2 個(gè)系統(tǒng)，高、低區(qū)各采用 1 臺(tái)土壤源熱泵機(jī)組?？照{(diào)末端采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)。空調(diào)主機(jī)布置在地下設(shè)備房，空調(diào)系統(tǒng)中為地源熱泵機(jī)組土壤熱平衡調(diào)節(jié)使用的冷卻塔布置于辦公樓屋頂平臺(tái)。夏季空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)供回水溫度為 7 ℃ 和 12 ℃，冬季設(shè)計(jì)供回水溫度為 50 ℃ 和 45 ℃。

2 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性能檢測(cè)

2.1 檢測(cè)內(nèi)容

檢測(cè)時(shí)空調(diào)系統(tǒng)為夏季制冷工況。根據(jù)規(guī)范驗(yàn)收要求，空調(diào)系統(tǒng)檢測(cè)內(nèi)容包括室內(nèi)溫濕度、水系統(tǒng)（空調(diào)系統(tǒng)冷、熱水總流量）、風(fēng)系統(tǒng)（各風(fēng)口的風(fēng)量）、性能系數(shù)（冷水機(jī)組性能系數(shù)及空調(diào)系統(tǒng)性能系數(shù)）。

2.2 檢測(cè)依據(jù)

檢測(cè)依據(jù)包括項(xiàng)目施工圖設(shè)計(jì)文件、DGJ 32/J 96—2010《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50243—2016《通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、GB 50411—2019《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ 177—2009《公共建筑節(jié)能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》。

2.3 檢測(cè)設(shè)備

檢測(cè)設(shè)備包括風(fēng)量罩、超聲波流量計(jì)、多路溫濕度巡檢測(cè)試儀、數(shù)字式鉗式功率計(jì)、電阻溫度計(jì)、手持式溫度測(cè)試儀。

2.4 檢測(cè)

2.4.1 室內(nèi)溫度檢測(cè)

空調(diào)末端采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)，各空調(diào)房間均設(shè)有獨(dú)立的室溫調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)。辦公及會(huì)議室設(shè)計(jì)溫度夏季為 26 ℃，冬季為 18 ℃。研發(fā)及實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)溫度夏季為 24 ℃，冬季為20 ℃。

檢測(cè)開(kāi)始前檢查檢測(cè)儀器是否正常，將檢測(cè)儀器復(fù)位并進(jìn)行自檢，直至儀器正常。檢測(cè)應(yīng)在空調(diào)系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行的情況下進(jìn)行，檢測(cè)時(shí)嚴(yán)格按 GB 50243—2016 規(guī)定、GB 50411—2019 的 17.2.2 執(zhí)行。房間數(shù)量為受檢樣本基數(shù)，最小抽樣數(shù)量按 GB 50411—2019 的 3.4.3 的規(guī)定執(zhí)行，如表1 所示，且均勻分布，并具有代表性。對(duì)面積＞100 m2的房間或空間，可按每 100 m2劃分為多個(gè)受檢樣本。公共建筑的不同典型功能區(qū)域檢測(cè)部位應(yīng) ≥ 2 處。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，辦公室共計(jì) 52 個(gè)，抽檢房間 5 個(gè)；會(huì)議室 5 個(gè)，抽檢2 個(gè)；研發(fā)及實(shí)驗(yàn)室 15 個(gè)房間，抽檢 2 個(gè)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定夏季不得高于設(shè)計(jì)計(jì)算溫度 26 ℃，且應(yīng) ≥ 1 K，設(shè)計(jì)要求研發(fā)及實(shí)驗(yàn)室夏季高于設(shè)計(jì)計(jì)算溫度 1 K，且應(yīng) ≥ 0.5 K。

表1 最小抽樣數(shù)量

2.4.2 水系統(tǒng)檢測(cè)

項(xiàng)目空調(diào)水系統(tǒng)包括用戶(hù)側(cè)循環(huán)水系統(tǒng)和地源側(cè)循環(huán)水系統(tǒng)。檢測(cè)參數(shù)為系統(tǒng)水流量，即用戶(hù)側(cè)冷凍系統(tǒng)總流量和地源側(cè)冷卻系統(tǒng)總流量。水流量檢測(cè)是為了確定空調(diào)系統(tǒng)是否有足夠的制冷能力和地源側(cè)是否有足夠的散熱能力?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)采用的設(shè)備為超聲波流量計(jì)。測(cè)量斷面設(shè)置在距上游局部阻力構(gòu)件 10 倍管徑、下游局部阻力構(gòu)件 5 倍管徑的長(zhǎng)直管段上。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB 50411—2019 的規(guī)定，空調(diào)系統(tǒng)冷熱水、冷卻水總流量的偏差 ≤ 10% 。

2.4.3 風(fēng)系統(tǒng)檢測(cè)

本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)末端采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)的形式，新風(fēng)換氣機(jī)設(shè)置于每層的走廊吊頂里，每個(gè)樓層?xùn)|西向各設(shè)置 1臺(tái)新風(fēng)機(jī)組。新風(fēng)機(jī)組采用全熱新風(fēng)換氣機(jī)，在過(guò)渡季節(jié)可采用全新風(fēng)運(yùn)行，在空調(diào)季節(jié)利用室內(nèi)的排風(fēng)對(duì)室外新風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷（熱），具有較好的節(jié)能效果。風(fēng)系統(tǒng)檢測(cè)參數(shù)為各風(fēng)口風(fēng)量和通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)總風(fēng)量。

各風(fēng)口風(fēng)量檢測(cè)采用風(fēng)量罩法，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)總風(fēng)量檢測(cè)采用風(fēng)口風(fēng)速法檢測(cè)，測(cè)點(diǎn)處氣流比較平穩(wěn)，測(cè)點(diǎn)與局部阻力部件的距離規(guī)定為距上游局部阻力部件 ≥ 5 倍管道直徑（或矩形風(fēng)管長(zhǎng)邊尺寸）、距下游局部阻力部件 ≥ 2 倍管道直徑（或矩形風(fēng)管長(zhǎng)邊尺寸）。本工程新風(fēng)機(jī)組的出風(fēng)接室內(nèi)風(fēng)機(jī)盤(pán)管出風(fēng)口，檢測(cè)參數(shù)為各風(fēng)口的風(fēng)量。根據(jù)表1 中的規(guī)定，本項(xiàng)目風(fēng)機(jī)盤(pán)管共 155 臺(tái)，抽檢數(shù)量為 13臺(tái)，允許偏差 ≤ 15%。根據(jù)檢測(cè)方案，對(duì)抽檢的風(fēng)盤(pán)進(jìn)行風(fēng)口、風(fēng)量的檢測(cè)。

2.4.4 性能系數(shù)檢測(cè)

本項(xiàng)目空調(diào)系統(tǒng)采用多種節(jié)能手段。① 空調(diào)冷、熱源采用可再生能源利用技術(shù)?？照{(diào)系統(tǒng)采用土壤換熱，夏季利用土壤冷卻制冷，冬季吸取土壤中的熱量進(jìn)行制熱。② 空調(diào)循環(huán)水泵采用變頻控制。本項(xiàng)目各用戶(hù)側(cè)系統(tǒng)采用一、二次泵系統(tǒng)，一次泵定流量運(yùn)行，二次泵變流量運(yùn)行，二次泵可根據(jù)系統(tǒng)末端設(shè)置的壓差監(jiān)測(cè)點(diǎn)控制水泵的運(yùn)行，節(jié)約系統(tǒng)的輸配能耗。③ 采用熱回收技術(shù)。新風(fēng)系統(tǒng)采用全熱交換機(jī)組，在過(guò)渡季節(jié)可采用全新風(fēng)運(yùn)行，在空調(diào)季節(jié)利用室內(nèi)的排風(fēng)對(duì)室外新風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷（熱），具有較好的節(jié)能效果。

空調(diào)主機(jī)性能系數(shù)的檢測(cè)參數(shù)：空調(diào)機(jī)組用戶(hù)側(cè)、地源側(cè)進(jìn)出水溫差，空調(diào)機(jī)組用戶(hù)側(cè)、地源側(cè)水流量，空調(diào)機(jī)組的輸入功率?？照{(diào)系統(tǒng)的性能系數(shù)的檢測(cè)參數(shù)，用戶(hù)側(cè)總管進(jìn)出水溫差和地源側(cè)總管進(jìn)出水溫差，用戶(hù)側(cè)總管水流量及地源側(cè)總循環(huán)水流量，空調(diào)機(jī)組及空調(diào)循環(huán)水泵輸入總功率。

測(cè)試機(jī)組測(cè)試期間的平均制冷（熱）量按式（1）計(jì)算。

式中：V—空調(diào)機(jī)組用戶(hù)側(cè)平均流量，m3/h；

ρ—冷（熱）水平均密度，kg/m3；

c—冷（熱）水平均定壓比熱容，J/(kg·K)；

Δtw—熱泵機(jī)組用戶(hù)側(cè)進(jìn)出口水溫差，K。

冷水（熱泵）機(jī)組性能系數(shù) COP 按式 （2）計(jì)算。

式中：Ni—機(jī)組平均輸入功率，kW。

2.5 檢測(cè)結(jié)果及分析

2.5.1 檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果包括以下幾個(gè)方面。

（1） 所抽檢的辦公室面積為 15 m2、25 m2、28 m2、30 m2、45 m2，所抽檢的會(huì)議室房間面積為 35 m2和 40 m2，研發(fā)室、試驗(yàn)室抽檢的房間面積為 50 m2和 38 m2。每個(gè)房間檢測(cè) 2 處。經(jīng)檢測(cè)，抽檢房間均滿(mǎn)足要求。具體檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 室內(nèi)平均溫度檢測(cè)數(shù)據(jù) ℃

（2）經(jīng)檢測(cè)，空調(diào)系統(tǒng)低區(qū)冷水總流量偏差過(guò)大，超出允許偏差范圍。空調(diào)水系統(tǒng)水流量檢測(cè)結(jié)果如表3 所示。

表3 空調(diào)水系統(tǒng)水流量檢測(cè)結(jié)果

（3）空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)機(jī)組性能參數(shù)檢測(cè)結(jié)果均小于設(shè)計(jì)值，符合規(guī)范要求。具體數(shù)值結(jié)果如表4 所示。

表4 機(jī)組性能參數(shù)檢測(cè)結(jié)果

（4）經(jīng)檢測(cè)，機(jī)組性能系數(shù)及系統(tǒng)性能系數(shù)檢測(cè)結(jié)果均與設(shè)計(jì)值有較大偏差。具體數(shù)值結(jié)果如表5 、表6 所示。

表5 機(jī)組性能參數(shù)測(cè)試結(jié)果

表6 系統(tǒng)性能參數(shù)測(cè)試結(jié)果

2.5.2 測(cè)試結(jié)果分析

（1）對(duì)辦公樓空調(diào)系統(tǒng)夏季室內(nèi)溫濕度的檢測(cè)結(jié)果表明，室內(nèi)溫濕度基本能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)滿(mǎn)足室內(nèi)舒適要求，室內(nèi)空調(diào)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)正常，未出現(xiàn)異常噪聲，室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)設(shè)置溫度滿(mǎn)足節(jié)能要求。

（2）空調(diào)水系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果表明，高區(qū)用戶(hù)側(cè)、地源側(cè)空調(diào)循環(huán)水流量偏差滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，低區(qū)空調(diào)系統(tǒng)水流量與設(shè)計(jì)值偏差為 11.5%，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求。從現(xiàn)場(chǎng)查看高區(qū)系統(tǒng)循環(huán)水泵的選型與空調(diào)主機(jī)匹配較好，低區(qū)系統(tǒng)主機(jī)與水泵匹配欠佳，水泵水流量超過(guò)主機(jī)水流量的 11%，水泵選型明顯偏大，導(dǎo)致測(cè)試數(shù)值超出水泵設(shè)計(jì)流量偏差較大，從長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)成本角度分析，建議更換小水泵與主機(jī)相匹配，從而降低水泵運(yùn)行費(fèi)用。

（3）空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的檢測(cè)表明，本項(xiàng)目空調(diào)機(jī)組抽測(cè)的各風(fēng)口風(fēng)量實(shí)測(cè)數(shù)值與設(shè)計(jì)值偏差較小，均小于規(guī)范規(guī)定的15% 偏差，符合設(shè)計(jì)要求，室內(nèi)有較好的氣流組織。

（4）性能系數(shù)檢測(cè)結(jié)果表明，本項(xiàng)目選用的 2 臺(tái)機(jī)組及高區(qū)、低區(qū)系統(tǒng)的性能系數(shù)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘分析，機(jī)組的進(jìn)出水溫差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的 5 K，主要原因是在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，變頻水泵未及時(shí)根據(jù)系統(tǒng)控制點(diǎn)的壓差情況做出水流量調(diào)節(jié)。通過(guò)對(duì)壓差監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行重新調(diào)試后，系統(tǒng)的性能系數(shù)明顯提高。

3 結(jié) 語(yǔ)

綠色建筑高質(zhì)量發(fā)展，要求空調(diào)系統(tǒng)在高效節(jié)能的同時(shí)要為人們提供舒適、健康的空間和環(huán)境，公共建筑在自然通風(fēng)的基礎(chǔ)上采用高效的空調(diào)通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是必不可少的?？照{(diào)系統(tǒng)測(cè)試并非只在工程竣工驗(yàn)收前進(jìn)行，而應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況定期實(shí)施，通過(guò)對(duì)空調(diào)節(jié)能性能測(cè)試，可以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題，指導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化。因此，空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能性能檢測(cè)是保障空調(diào)系統(tǒng)高效運(yùn)行的有效手段。