变风量空调系统全过程调适探讨

北京博锐尚格节能技术股份有限公司 邹敏华 金大钧 窦强

       【摘  要】本文以深圳某超高层建筑变风量空调系统（VAV）全过程调适为例，探讨变风量空调系统在设计、施工、以及运行阶段调适工作开展的方法。本项目通过做调适样板，总结调适过程中发现的问题，分析产生问题的原因，并给出整改、调适的方法，最终将问题解决并形成一套调适流程，推广应用于整个变风量空调系统调适。在运行阶段通过节能优化调适，根据不同的季节和楼层优化设定控制参数，取得了较好的节能效果。项目基于全过程调适工作，使变风量系统真正为客户提供一个舒适的办公环境的同时，实现高效、节能的运行。

       【关键词】变风量系统、调适样板、全过程调适

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

       变风量（Variable Air Volume）系统是一种通过改变送风量来消除空调区域内的冷、热负荷以调节环境温湿度的空调系统。运行良好的变风量空调系统具有舒适、节能、卫生等优点，近年来也成为很多高档办公建筑首选的空调系统形式，但变风量空调系统要实现其优势，对控制系统的精度要求非常高、是否经过精细化的系统调适也是导致变风量系统是否成功的关键因素，在实际运行过程中有很多失败的案例也暴露出控制失效、能耗高、噪声超标、环境舒适性差等问题。为提升变风量空调系统的用户体验，实现其舒适、节能的系统优势，针对项目进行全过程精细化的调适是非常必要的。

2 调适方法探讨

       针对变风量空调系统的研究主要集中在建模计算方法、故障诊断方法、系统形式研究、以及控制策略研究，对于变风量系统全过程调适方法的研究较少。国内引入空调系统调试的思想和方法始于20世纪90年代，清华大学朱颖心、夏春海^[1]等与日本山武公司合作，以北京某高档写字楼变风量空调系统改造工程为例，较为全面的对其实施了既有建筑空调系统改造调试工作。曹勇^[2]等结合Commissioning在变风量空调系统调试的应用案例，系统介绍了BOX整定过程、一次风平衡、静压点设定过程、风量传感器的诊断技术和控制逻辑验证过程等方面的技术实施效果。朱明杰^[3]从变风量系统调试的流程及操作要点中提出了其各主要设备及系统的调试方法。

       本文旨在探讨变风量系统的全过程调适方法，在现场开展调适工作之前，组织由调适顾问、业主、监理、施工单位、自控承包商、设备厂家等共同参与的调适小组，选取一个独立完整的变风量空调系统作为调适样板，以实测数据和现场实际检查的问题为依据，总结调适流程及调适方法，在调适过程中提前将设计问题、施工质量问题暴露出来，界定问题责任方并限期整改，以规范化的流程开展变风量系统设备性能验证及风平衡调适、运行调适以及节能控制优化调适。基于全过程调适工作，保障变风量系统稳定、节能运行，同时为客户提供一个健康、舒适的办公环境。

3 变风量空调系统样板调适

       3.1 样板概况

       本项目是集办公、商业、观光等功能为一体的大型综合体，该项目由地下室、裙楼、塔楼三个部分组成，地下室共5层，裙楼共10层，地上塔楼层数为118层，总建筑面积约46万㎡。项目塔楼共分为8个区，其中1区—7区为标准办公层，8区为观光区和会所。标准层办公面积约2500㎡。办公区空调末端形式采用VAV变风量系统，每层设计2台AHU空调机组，每个分区配置4台PAU分别为东、西两个空调机房的AHU补充新风。由于办公区进深约10—15米，末端BOX箱分内外区布置，外区BOX箱带电加热，每个BOX箱接2个风口。AHU利用办公区的吊顶作为回风箱进行统一回风，在吊顶沿外玻璃幕墙以及沿内走道各开一圈回风口。

       为验证变风量空调系统各项性能指标是否达到设计要求，施工单位采用的安装工艺是否满足规范要求，以及现场安装的设备（包括AHU、BOX箱、调节阀等）实际性能是否满足选型要求，决定在VAV系统大面积施工安装之前，先选取一个楼层作为调适样板，以便将问题尽早暴露出来，反馈给设计单位和施工单位进行变更、整改。

       根据项目的实际进度情况，选取L27层作为调适样板层对VAV系统进行性能评定。L27样板层建筑面积约3100㎡，办公面积2500㎡左右，设计两台AHU处理末端空调负荷，分别安装在核心筒东、西空调机房内。风管系统采用双风管环形设置，外环风管接外区BOX箱，内环风管接内区BOX箱。环形风管在南、北中间位置设置隔离阀，使得两台AHU可以独立负责楼层一半区域负荷，又可以互为备用。

图1 变风量空调系统样板调适区域

       3.2 调适条件

       （1）调适临时冷源，由于主冷源系统未施工完成，为验证空调系统实际供冷效果，现场采用25F（避难层）安装的风冷热泵（备用冷源）系统作为临时冷源，在正式调适前保证设备供电并进行单机试运行。同时将水系统补满水，完成管道的试压、焊渣冲洗工作；

       （2）调适区域内的AHU、BOX箱等设备完成供电，风管系统、阀门配件、风口、传感器等完成安装，风管完成漏光测试并达到合格要求；

       （3）调适区域内的BOX箱完成自控通讯调试，确保通过电脑连接到DDC箱上可读取到每个BOX箱的实时数据，包括风量、阀门开度、温度等数据；

       （4）组织调适小组，准备调试仪器，调适小组成员包括调适顾问、施工单位、设备厂家，监理人员等；

表1 测试仪器

       3.3 调适内容及方法

       （1）调适流程

       （2）设备性能测试结论

       ① AHU性能测试

       AHU实际运行的各项性能参数是否达到设计要求，是实现末端风平衡及达到设计供冷效果的基础，因此，调适小组首先对AHU在额定工况下的各项运行参数进行实测，主要测试数据包括风量、风压、运行功率等参数，通过计算得到风机效率等参数，并将实测值与额定值进行对比，以评定AHU的性能是否达标。

图2 AHU风量及风压测试

       将AHU运行频率设定在50HZ，将末端阀门全部开启，BOX箱调节阀开度固定在100％，以此工况测试AHU的各项实际运行参数，实测的风量、风压、功率、风机效率等参数与额定值的偏差都在允许偏差范围以内，实测机外余压比额定值偏大25％，说明实际风管系统阻力比设计值要大。

表2 AHU性能测试结果

       ② BOX箱性能测试

       通过选取不同位置的BOX箱测试风量与开度之间的关系，以确定BOX箱的调节性能，实测发现BOX箱在设计调节范围内（145m³/h—765 m³/h）风量与风阀开度直接基本为线性关系，BOX箱的调节性能符合要求。

图3 BOX箱调节性能测试

       3.4 改进建议

       建议1：外区沿外窗回风口统一加宽至150mm（原为100mm宽），保证回风百叶达到60%的开孔率，以确保气流可以从外框回风口进入吊顶，如外区气流流通不畅将导致靠近玻璃幕墙位置偏热；

       建议2：VAV-BOX箱接风口软管的安装要求和质量需要规范化，软管长度不应超过2.5米，且同一个BOX箱接出的软管之间的长度差不能超过1米，另外，软管的转弯角度应小于60度，软管不应出现破损、压扁、接口漏风等情况，否则会严重影响风口之间的风平衡，且容易产生噪音，如BOX箱与风口的距离超过2.5米，则要求采用铁皮风管安装；

图4 软管安装不规范

       建议3：由于办公室采用大开间布局，没有隔墙安装BOX箱的温度传感器，建议传感器就近安装于回风口位置，或固定安装于吊顶下方；

       建议4：充分考虑租户入住后需对办公空间进行隔断时BOX箱改造的便利性，需留有改动条件。

       3.5 效果验证

       由施工单位完成施工质量问题的整改，调适小组组织完成末端风平衡调适后，采用临时冷源进行供冷，并对样板区域进行空调效果的验证，通过测试环境的温度场和噪声场发现，调适后办公区域内的环境温度控制在25℃±1℃范围内，环境噪声满足设计要求的NC40标准。

图5 27F环境温度场及噪声测点布置图
表3 噪声场测试数据

4 变风量空调系统验收调适

       基于变风量空调系统调适样板中暴露出的问题，在接下来的施工过程中，严控施工质量，从而保证了系统安装完成后不会遗留太多缺陷等待整改，也保障了工程进度。调适小组根据现场的施工进度，以调适样板总结的流程和方法为依据，逐步开展AHU的性能测试以及变风量空调系统风平衡调适工作，同时要求自控单位逐步完善控制系统的安装和调适工作。

       4.1 风平衡调适流程

       （1）检查各项调适条件，确保满足调适要求，启动调适区域对应的AHU风柜，完成AHU性能测试；

       （2）将调适区域内所有BOX箱电动调节阀开度设定为100％全开；

       （3）用毕托管测试风管2/3处的静压，通过调节两条环形支管上的阀门，保证内区、外区两路风管达到风压平衡（两风管风压偏差在5Pa以内）；

       （4）校核AHU总风量与BOX箱风量总和的偏差，偏差在±10％以内即合格，以BOX箱风量总和为基础计算BOX箱的平均风量，并以平均风量值为每个BOX箱的风量调适目标；

       （5）选择风量超过平均风量10％以上的BOX箱作为重点调适目标，调节BOX箱前的手动阀，以BOX箱风量达到平均值±5%以内为合格；

       （6）重复步骤5），使调适区域的所有BOX箱风量达到合格标准；

       （7）测试出内、外区风管2/3处静压值，取平均值作为初始静压设定值，风平衡调适完成。

图6 变风量空调系统风平衡调适

       4.2 调适成果

       通过风平衡调适，基本实现了同一AHU所带BOX箱之间的风量偏差在10％以内，调适过程中也发现了个别的BOX箱接在主风管的拐弯位置，导致风量偏小，以及极少数的BOX箱在安装过程中传感器和控制器损坏，导致无法通讯等情况，通过现场做好记录及标记，要求施工单位进行整改。

图7 28F西侧BOX箱风平衡调适结果

5 变风量系统节能调适

       5.1 调适思路 

       项目地处深圳地区，加之建筑外围护结构全封闭，因此在过渡季及冬季依然需要开启空调系统，但空调负荷较之于夏季有了很大的变化，依然沿用夏季的控制设定参数将导致变风量系统能耗高且不能保证舒适性。

       因此，从节能和保证舒适性的角度出发，先检查系统是否存在风量过大、风压过高等表象问题，进一步通过优化控制逻辑、更改设定参数等手段，以降低AHU运行能耗，提高AHU运行效率。

图8 变风量系统节能调适思路

       5.2 调适结果

       通过查看2018年3月份空调末端BOX箱运行状态，统计发现有38％的BOX箱运行在风量下限，基本所有的BOX箱都处于憋阀状态。此外，运行人员设定的风量下限值为300m³/h，比设计的风量下限值145 m³/h偏高较多。以103F西侧AHU为例，调适小组通过将末端BOX箱的风量下限值逐步下调到160 m³/h，再逐步下调静压设定值，采用三相功率计测量AHU的运行功率，同时测试办公环境CO2浓度的变化情况，最终实现80％的节能率。

图9 103F西侧AHU节能调适效果

       从调适效果可以看出，通过降低末端BOX箱的风量下限设定值比降低静压设定值效果更明显，但节能调适的前提是必须保证办公环境的舒适性，因此，需要根据不同楼层办公人数、室内负荷等实际情况进行个性化调适，最终确定每个独立变风量系统适合的设定参数，在保证健康、舒适的办公环境的同时挖掘出最大的节能潜力，而不能粗放的采用统一的设定参数进行调适。

6 结语

       本文提出基于全过程调适理念，在设计阶段将调适要求提清楚；施工阶段严格把控施工质量，规范化安装要求，合理预留调适条件；验收调适阶段按流程做好设备性能调适以及风平衡调适，要求自控承包商做好控制系统的调适，施工单位将暴露出的安装质量问题及时整改到位；运行调适阶段根据实际的使用需求，分工况（夏季工况、过渡季工况）设定控制参数，在保证舒适性的前提下挖掘最大的节能量。

       本项目通过全过程调适工作，在现场大面积施工前以变风量调适样板为先导，总结切实可行的调适流程，对规范化安装提出合理的整改要求，在保证工期的前提下逐个系统完成了设备性能测试及风平衡调适，保障项目移交后在第一个制冷季稳定、高效运行，通过在过渡季的精细化节能调适，挖掘出了变风量系统在不同工况下运行的节能潜力。

参考文献

       [1] 夏春海，韩铮，朱颖心，等.Commissioning在变风量改造工程中的应用[J].暖通空调，2006,11（36）：92～98.
       [2] 曹勇，魏峥，廖滟. Commissioning在建筑领域中的应用现状分析[J].建筑科学，2013, 10（29）：97～105.
       [3] 朱明杰. 关于变风量系统调试的探讨[J].建筑热能通风空调，2017, 6（36）：66～69.

       备注：本文收录于第21届暖通空调制冷学术年会论文集。版权归论文作者所有，任何形式转载请联系作者。