辦公建筑空調系統中全空氣系統的節能改造

       1引言
 
       隨著社會經濟的發展及人民生活水平的逐步提高，自20世紀90年代以來，中國建筑業始終保持著高速發展，隨之而來的能源供求矛盾也日益凸顯。根據有關報道，我國建筑能耗約占社會總能耗的27.5％-30%而空調能耗約占整個建筑能耗的40％-60％。因此，降低暖通空調系統的能耗已經成為當前暖通空調領域研究的熱點之一，特別是廣泛應用于辦公建筑中的全空氣集中空調系統，節能研究更具有實際意義。本文從全空氣系統的技術特點出發，概括了一般辦公建筑內全空氣系統是否需要節能改造的判定方法，并在此基礎上，總結和提出了幾點全空氣系統節能改造的措施及建議。
 
       2全空氣系統的技術特點
 
       全空氣系統是指空調房間的室內負荷全部由經過處理的空氣來承擔的空調系統。它可以完成對全年空調系統提出的各種功能要求，包括：供給足夠量的新鮮空氣，實現對某房間或空間的溫度、濕度、潔凈度和空氣流動速度等調節與控制。也就是說，全空氣空調系統可以實現對建筑的熱、濕以及空氣品質的全面控制。
 
       結合辦公建筑的特點，全空氣空調系統一般用于辦公樓出入口大廳、食堂餐廳、會議室等大空間房間內，此外，因部分建筑功能要求，建筑內會包含大規模的計算機房、通訊站等功能性用房，此類房間也有可能采用全空氣空調系統。普通辦公建筑全空氣空調系統一般為定風量系統。
 
       3節能改造判定方法及能耗問題
 
       3.1節能改造判定方法
 
       全空氣空調系統的能耗環節從概念上可分為直接能耗和間接能耗。直接能耗是指空氣處理機組的風柵耗電、電熱器或電極加濕器等空氣處理機組本身設備耗電；間接能耗是指空氣處理機組要負擔室內的熱濕負荷，需要消耗一定的熱量和冷量時，冷源和熱源為提供冷熱量而消耗的電能或天然氣等能源。
 
       對于全空氣系統的直接能耗，可以用全空氣系統輸送系數、風機運行效率及風棚。的單位風量耗功率來定量評價。
 
       1)全空氣系統的輸送系數，是衡量輸送能耗高低的重要指標，主要與送回風焓差和風機的實際工作效率相關。它反映了全空氣系統輸配能耗的大小，輸送系數越大，說明運行調節越好。供冷時，對變頻風機，該指標的理想值為15；對定速風機，該指標的理想值為8。
 
       2)風機運行效率，測量時應保持各處風閥開度正常的情況下進行測量。如風機可變頻，且無法測量全工況的平均值，則應在定頻狀況下測量。推薦值為50％與風機額定效率的0.85倍之間的低值，風機運行效率偏低說明風機與風系統阻力特性不匹配，或者風機與電機間的傳動系統效率偏低，應予以調整或更換。
 
       3)風機的單位風量耗功率，不包括廚房等需要特定過濾裝置的房間的通風系統。根據《公共建筑節能設計標準》(GB50198-2005，新版2015)中對辦公建筑空調系統風機的單位風量耗功率限值[W／(m3)]的規定，區分粗效過濾器和粗、中效過濾器，對于兩管制定風量系統限值分別為0.42和O.48，對于四管制定風量系統分別為O.47和O.53，對于兩管制變風量系統分別為O.58和0.64，對于四管制變風量系統分別為0.63和0.69。
 
       若現有建筑全空氣系統的上述節能評價指標未能達到要求，可視為具有一定的節能潛力，可綜合建筑使用現狀及經濟條件判斷進行節能改造。
 
       而對于間接能耗，由于其耗能設備不是空氣處理機組本身而是冷熱源，就不能通過對全空氣系統進行直接的測量和指標計算而判斷冷熱源系統節能與否，只能根據建筑物和空調系統的具體情況以及現行的節能規范來定性或定量分析哪種系統形式更為節能。
 
       對于全空氣系統的間接能耗是否符合節能要求，可根據以下要求分析、判定：
 
       1)空調系統的劃分要根據使用時間、溫濕度基數、新風比等條件的不同來劃分，高大空間如高度大于1Om、體積大于10000m3等宜采用分層空調。建筑內存在需要常年供冷的建筑內區時，應根據室內進深、分隔、朝向、樓層以及圍護結構特點等因素，劃分建筑物空氣調節內、外區，且宜分別設置系統或末端裝置。
 
       2)空調系統的新風比應符合《公共建筑節能設計標準》(GB50198-2005)中的相關規定。當全空氣系統為采暖期存在冷負荷的內區進行供冷時，可達到的最大總新風比應不低于70％，以利用自然冷源。
 
       3)當集中空調系統采用排風熱回收時，其凈能量回收效率應滿足：顯熱回收，凈回收效率不應小于55％；全熱回收，凈回收效率不應小于48％；溶液循環式凈回收效率不應小于48％?？諝?空氣能量回收裝置的交換效率(在標準規定的裝置性能測試工況下，且排風量與新風量相同時)應滿足制冷時焓效率>50％，溫度效率＞60％；制熱時焓效率>55％，溫度效率>65％。
 
       4)全空氣變風量空調系統其空氣處理機組的風機，應采用變頻自動調節風機轉速的方式；當采用定風量系統，且單臺機組風量大于10000m3/h時，應采用變速風機；當系統為多臺風機并聯時，也可采用臺數調節改變送風量。
 
       5)空調風系統應限制土建風道的使用，當條件受限確實需要使用土建風道時，必須采取絕熱和嚴格防止漏風的措施。
 
       若現有建筑全空氣系統的上述節能評價要求未能達到，可視為具有一定的節能潛力，可綜合建筑使用現狀及經濟條件判斷進行節能改造。
 
       3.2能耗問題
 
       總體上講，全空氣系統有可能出現并應該予以檢測的能耗問題主要包括以下幾個部分：
 
       1)設備問題。主要指設備柳朗劣化、機組性能降低等，以及零部件腐蝕、變色、變形等劣化，保溫損壞、機械性能降低等。
 
       2)環境整合問題。主要指各環境因素(溫度、濕度、室內潔凈度、噪聲度等)，工作環境和各設備機器的整合情況；現場的空氣環境質量、冬夏及室內的溫濕度的設置是否超標并是否可控；行為節能是否合理有效等。
 
       3)系統性能問題。主要指系統的設計方案是否合理；系統是否存在堵塞引起的高能耗情況、過濾器的阻力是否過高；閥門開關是否失靈引起旁通及短路；是否有冷熱抵消情況；室內循環空氣是否存在短路。
 
       還有一些其他的問題，如：排風是否按照節能要求設置了熱回收裝置；全空氣是否具備變新風比的條件；風水管的溫降是否超標、保溫是否有效、是否損壞或缺失，厚度是否符合公共建筑節能設計標準；風機效率是否達標，送風口及空調風水系統有否結露情況；流量是否能根據室溫及空氣品質靈活調節；全空氣處理設備的控制和調控能力是否滿足要求等。同時，還要根據采用節能技術的狀況及能耗的現狀，判斷是否符合現行法規的規定，節能指標是否失效等。
 
       4改進技術措施
 
       結合對全空氣系統的節能改造判定及其所存在的能耗問題，根據各種節能要求，對辦公建筑空調系統節能方面的改進技術措施可以大致分翻嶷靜封產吸更換和系統優化兩個部分。
 
       4.1設備維護及更換
 
       顧名思義，就是維護、修理現有設備使其回到正常的運行工況或把老舊設備更換為更加節能的型號。
 
       1)清洗全空氣空調系統送回風口及送回風管，一方面提升空調系統各部件的運行狀態，另一方面保證了送風的空氣品質。
 
       2)空調機組的過濾器堵塞導致風棚運行工況點偏離額定工況點，送風量減少，風機效率降低。清洗過濾器及更換高效過濾器，使冊在高效區運行，降低風機電耗。
 
       3)加強對設備和風管的絕熱處理，并應做好隔汽層和保護層。
 
       4)檢查、修補破損的風管、失效的風管閥門等，保證空調末端能達到預期的供冷效果。
 
       5)若空氣處理機組的新風比或熱回收率不能達到節能要求，可更換相關設備。
 
       6)若空氣處理機組的風機效率較低或選型不合理，使得全空氣系統輸送系數、風機的單位風量耗功率較低，可考慮更換風機或風機部件。
 
       7)清洗進出空氣處理機組的空調水管，避免因水管堵塞造成能耗增加。
 
       4.2系統優化
 
       1)根據上文中提到的各條節能評價方法，結合建筑現狀具體分析，對原設計方案進行優化或利用先進技術，以達到節能要求。
 
       2)合理布置、增減送回風口，使整個空調區域氣流組織更加合理，送回風更加均勻，同時降低風口平均風速，避免因局部區域過冷或過熱而調整整個空調系統而造成的無謂能耗。
 
       3)在空調區域內設置CO2及VOC監測，根據空氣質量監測點反饋的CO2及VOC濃度動態調節新風量，在保證室內空氣質量的前提下降低冷負荷。
 
       4)結合具體情況在空調末端設備水系統處安裝電動調節閥，對風機安裝變頻器，按照送風溫度調節水閥，按照回風溫度調節風機轉速，在滿足舒適性要求的前提下節省冷量并降低風機電耗。
 
       5)辦公樓大廳入口處可用全空氣熱風幕，全年采用循環風，阻擋室外冷、熱空氣侵入，節省空調能耗。
 
       6)改造后對空調系統進行全面調試，保證風口均勻送回風，風口風速不超限；改善氣流組織，降低氣流噪聲。以上僅列舉適用性較廣且改造效果較好的改進技術措施，針對不同的建筑及其使用特點，務必因地制宜，具體情況具體分析，選擇適合的節能技術措施。
 
       5結語
 
       本文通過總結全空氣系統中所出現的節能問題，提出了判斷全空氣系統是否節能的一般方法，包括利用節能指標對全空氣系統的直接能耗環節進行評價，以及利用相關規范及系統設計經驗，對比全空氣系統的設計方案，對其間接能耗環節進行評價。若根據評價方法進行評價后，辦公建筑具有一定的節能潛力，可綜合建筑使用現狀及經濟條件進行節能改造。在此基礎之上，本文還從設備維護及更換和系統優化兩個方面提出了空調系統節能方面的改進技術措施，如清洗、絕熱、更換風機、合理布局、采用變頻措施等。這些方法和措施可以供一般辦公建筑的全空氣空調系統的節能改造工程參考及使用。