北京博銳尚格節能技術股份有限公司 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系統（VAV）全過程調適為例，探討變風量空調系統在設計、施工、以及運行階段調適工作開展的方法。本項目通過做調適樣板，總結調適過程中發現的問題，分析產生問題的原因，并給出整改、調適的方法，最終將問題解決并形成一套調適流程，推廣應用于整個變風量空調系統調適。在運行階段通過節能優化調適，根據不同的季節和樓層優化設定控制參數，取得了較好的節能效果。項目基于全過程調適工作，使變風量系統真正為客戶提供一個舒適的辦公環境的同時，實現高效、節能的運行。

       【關鍵詞】變風量系統、調適樣板、全過程調適

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）系統是一種通過改變送風量來消除空調區域內的冷、熱負荷以調節環境溫濕度的空調系統。運行良好的變風量空調系統具有舒適、節能、衛生等優點，近年來也成為很多高檔辦公建筑首選的空調系統形式，但變風量空調系統要實現其優勢，對控制系統的精度要求非常高、是否經過精細化的系統調適也是導致變風量系統是否成功的關鍵因素，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、環境舒適性差等問題。為提升變風量空調系統的用戶體驗，實現其舒適、節能的系統優勢，針對項目進行全過程精細化的調適是非常必要的。

2 調適方法探討

       針對變風量空調系統的研究主要集中在建模計算方法、故障診斷方法、系統形式研究、以及控制策略研究，對于變風量系統全過程調適方法的研究較少。國內引入空調系統調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系統改造工程為例，較為全面的對其實施了既有建筑空調系統改造調試工作。曹勇^[2]等結合Commissioning在變風量空調系統調試的應用案例，系統介紹了BOX整定過程、一次風平衡、靜壓點設定過程、風量傳感器的診斷技術和控制邏輯驗證過程等方面的技術實施效果。朱明杰^[3]從變風量系統調試的流程及操作要點中提出了其各主要設備及系統的調試方法。

       本文旨在探討變風量系統的全過程調適方法，在現場開展調適工作之前，組織由調適顧問、業主、監理、施工單位、自控承包商、設備廠家等共同參與的調適小組，選取一個獨立完整的變風量空調系統作為調適樣板，以實測數據和現場實際檢查的問題為依據，總結調適流程及調適方法，在調適過程中提前將設計問題、施工質量問題暴露出來，界定問題責任方并限期整改，以規范化的流程開展變風量系統設備性能驗證及風平衡調適、運行調適以及節能控制優化調適?；谌^程調適工作，保障變風量系統穩定、節能運行，同時為客戶提供一個健康、舒適的辦公環境。

3 變風量空調系統樣板調適

       3.1 樣板概況

       本項目是集辦公、商業、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，地上塔樓層數為118層，總建筑面積約46萬㎡。項目塔樓共分為8個區，其中1區—7區為標準辦公層，8區為觀光區和會所。標準層辦公面積約2500㎡。辦公區空調末端形式采用VAV變風量系統，每層設計2臺AHU空調機組，每個分區配置4臺PAU分別為東、西兩個空調機房的AHU補充新風。由于辦公區進深約10—15米，末端BOX箱分內外區布置，外區BOX箱帶電加熱，每個BOX箱接2個風口。AHU利用辦公區的吊頂作為回風箱進行統一回風，在吊頂沿外玻璃幕墻以及沿內走道各開一圈回風口。

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

       根據項目的實際進度情況，選取L27層作為調適樣板層對VAV系統進行性能評定。L27樣板層建筑面積約3100㎡，辦公面積2500㎡左右，設計兩臺AHU處理末端空調負荷，分別安裝在核心筒東、西空調機房內。風管系統采用雙風管環形設置，外環風管接外區BOX箱，內環風管接內區BOX箱。環形風管在南、北中間位置設置隔離閥，使得兩臺AHU可以獨立負責樓層一半區域負荷，又可以互為備用。

圖1 變風量空調系統樣板調適區域

       3.2 調適條件

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

       （2）調適區域內的AHU、BOX箱等設備完成供電，風管系統、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）調適區域內的BOX箱完成自控通訊調試，確保通過電腦連接到DDC箱上可讀取到每個BOX箱的實時數據，包括風量、閥門開度、溫度等數據；

       （4）組織調適小組，準備調試儀器，調適小組成員包括調適顧問、施工單位、設備廠家，監理人員等；

表1 測試儀器

       3.3 調適內容及方法

       （1）調適流程

       （2）設備性能測試結論

       ① AHU性能測試

       AHU實際運行的各項性能參數是否達到設計要求，是實現末端風平衡及達到設計供冷效果的基礎，因此，調適小組首先對AHU在額定工況下的各項運行參數進行實測，主要測試數據包括風量、風壓、運行功率等參數，通過計算得到風機效率等參數，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運行頻率設定在50HZ，將末端閥門全部開啟，BOX箱調節閥開度固定在100％，以此工況測試AHU的各項實際運行參數，實測的風量、風壓、功率、風機效率等參數與額定值的偏差都在允許偏差范圍以內，實測機外余壓比額定值偏大25％，說明實際風管系統阻力比設計值要大。

表2 AHU性能測試結果

       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系，以確定BOX箱的調節性能，實測發現BOX箱在設計調節范圍內（145m³/h—765 m³/h）風量與風閥開度直接基本為線性關系，BOX箱的調節性能符合要求。

圖3 BOX箱調節性能測試

       3.4 改進建議

       建議1：外區沿外窗回風口統一加寬至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量需要規范化，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，軟管的轉彎角度應小于60度，軟管不應出現破損、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量問題的整改，調適小組組織完成末端風平衡調適后，采用臨時冷源進行供冷，并對樣板區域進行空調效果的驗證，通過測試環境的溫度場和噪聲場發現，調適后辦公區域內的環境溫度控制在25℃±1℃范圍內，環境噪聲滿足設計要求的NC40標準。

圖5 27F環境溫度場及噪聲測點布置圖
表3 噪聲場測試數據

4 變風量空調系統驗收調適

       基于變風量空調系統調適樣板中暴露出的問題，在接下來的施工過程中，嚴控施工質量，從而保證了系統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。調適小組根據現場的施工進度，以調適樣板總結的流程和方法為依據，逐步開展AHU的性能測試以及變風量空調系統風平衡調適工作，同時要求自控單位逐步完善控制系統的安裝和調適工作。

       4.1 風平衡調適流程

       （1）檢查各項調適條件，確保滿足調適要求，啟動調適區域對應的AHU風柜，完成AHU性能測試；

       （2）將調適區域內所有BOX箱電動調節閥開度設定為100％全開；

       （3）用畢托管測試風管2/3處的靜壓，通過調節兩條環形支管上的閥門，保證內區、外區兩路風管達到風壓平衡（兩風管風壓偏差在5Pa以內）；

       （4）校核AHU總風量與BOX箱風量總和的偏差，偏差在±10％以內即合格，以BOX箱風量總和為基礎計算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箱作為重點調適目標，調節BOX箱前的手動閥，以BOX箱風量達到平均值±5%以內為合格；

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

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

圖6 變風量空調系統風平衡調適

       4.2 調適成果

       通過風平衡調適，基本實現了同一AHU所帶BOX箱之間的風量偏差在10％以內，調適過程中也發現了個別的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，通過現場做好記錄及標記，要求施工單位進行整改。

圖7 28F西側BOX箱風平衡調適結果

5 變風量系統節能調適

       5.1 調適思路 

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

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

圖8 變風量系統節能調適思路

       5.2 調適結果

       通過查看2018年3月份空調末端BOX箱運行狀態，統計發現有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。此外，運行人員設定的風量下限值為300m³/h，比設計的風量下限值145 m³/h偏高較多。以103F西側AHU為例，調適小組通過將末端BOX箱的風量下限值逐步下調到160 m³/h，再逐步下調靜壓設定值，采用三相功率計測量AHU的運行功率，同時測試辦公環境CO2濃度的變化情況，最終實現80％的節能率。

圖9 103F西側AHU節能調適效果

       從調適效果可以看出，通過降低末端BOX箱的風量下限設定值比降低靜壓設定值效果更明顯，但節能調適的前提是必須保證辦公環境的舒適性，因此，需要根據不同樓層辦公人數、室內負荷等實際情況進行個性化調適，最終確定每個獨立變風量系統適合的設定參數，在保證健康、舒適的辦公環境的同時挖掘出最大的節能潛力，而不能粗放的采用統一的設定參數進行調適。

6 結語

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

       本項目通過全過程調適工作，在現場大面積施工前以變風量調適樣板為先導，總結切實可行的調適流程，對規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完成了設備性能測試及風平衡調適，保障項目移交后在第一個制冷季穩定、高效運行，通過在過渡季的精細化節能調適，挖掘出了變風量系統在不同工況下運行的節能潛力。

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，2006,11（36）：92～98.
       [2] 曹勇，魏崢，廖滟. Commissioning在建筑領域中的應用現狀分析[J].建筑科學，2013, 10（29）：97～105.
       [3] 朱明杰. 關于變風量系統調試的探討[J].建筑熱能通風空調，2017, 6（36）：66～69.

       備注：本文收錄于第21屆暖通空調制冷學術年會論文集。版權歸論文作者所有，任何形式轉載請聯系作者。