沈彥驊 李海磊

（上海仁會生物制藥股份有限公司，上海 201321）

當今社會科技迅速發(fā)展，企業(yè)也逐漸意識到，唯有從自身的消耗出發(fā)，尋求良好的節(jié)能降耗措施，才能創(chuàng)造更好的利益。因此，各式各樣的節(jié)能方法也在世界各地衍生出來。在廠區(qū)，辦公樓，商場樓宇日常運行的設(shè)施中HVAC系統(tǒng)是耗能最大的系統(tǒng)。在需要大量改造時間和投資成本的條件下，如冷凍水系統(tǒng)變頻控制，水蓄冷，冷卻水熱回收等針對HVAC系統(tǒng)的節(jié)能方法都需要進行較大的投資和改造。同時考慮到改造時影響運營和生產(chǎn)時間，及改造項目的投資回收率，已無法滿足現(xiàn)在企業(yè)節(jié)能的迫切需要，那么通過在過渡季變新風(fēng)量的方法來減少冷熱能源消耗，對于企業(yè)廠區(qū)，特別是辦公樓和研發(fā)中心來說是迅速且較容易達到節(jié)能效果的措施。

1 傳統(tǒng)集中式空調(diào)系統(tǒng)的缺陷

傳統(tǒng)集中式空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計是基于冬、夏兩季的典型室外工況和最小新風(fēng)量的設(shè)計。在空調(diào)系統(tǒng)驗收時，按冬、夏季設(shè)計工況進行調(diào)試，達到設(shè)計要求即可交付使用。因此傳統(tǒng)集中式空調(diào)系統(tǒng)有以下三大缺陷：

（1）往往在冬夏季使用工況下空調(diào)系統(tǒng)控制運行正常，但是在過渡季使用時按工況設(shè)計選用的冷熱源設(shè)備容量較大，小負荷下運行能耗大、控制難[1]。

（2）為了達到現(xiàn)行規(guī)范的節(jié)能要求，現(xiàn)在建筑的圍護結(jié)構(gòu)保溫性能較好，故在過渡季節(jié)室內(nèi)的回風(fēng)溫度還是相對較高的。如在維持設(shè)計新風(fēng)比的情況下，為了滿足空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)溫度達到人的舒適要求，就必須在適當時段開啟冷熱源。頻繁的使用冷熱源就會增加能耗。

（3）按最小新風(fēng)量設(shè)計的空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)量有限；過渡季時，空調(diào)系統(tǒng)不能同時滿足內(nèi)外區(qū)的不同溫濕度等舒適要求；同時出于美觀、安全、節(jié)能等多因素考慮，建筑物可開啟外窗的面積較??；因此，員工普遍感到悶熱、頭昏等不適，工作效率下降[1]。

2 變新風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計及控制

變新風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)采用回風(fēng)CO2傳感器反饋實時調(diào)節(jié)新風(fēng)量設(shè)計來解決傳統(tǒng)集中式空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)量有限的缺陷，通過在新、回、排風(fēng)管路上設(shè)置電動風(fēng)閥，風(fēng)機頻率根據(jù)送、排風(fēng)管內(nèi)的靜壓自動調(diào)整來實現(xiàn)過渡季節(jié)新風(fēng)最大化的措施。設(shè)計變新風(fēng)量系統(tǒng)的前端冷熱源時需考慮大容量和小容量的設(shè)備適當搭配，在過渡季節(jié)負荷變化較大的情況下減少能耗。如冷水系統(tǒng)可采用離心機和螺桿機搭配使用，且螺桿機設(shè)計為雙機頭（即兩個壓縮機）制冷劑雙回路方式。

由圖1變新風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)流程圖所示，變新風(fēng)量系統(tǒng)溫濕度控制原理如下：

新風(fēng)處理機組（以下簡稱新風(fēng)機組）功能段組合順序為：新風(fēng)、初效過濾段、轉(zhuǎn)輪熱交換器（與排風(fēng)處理機組的排風(fēng)進行熱交換）、表冷器、風(fēng)機段、均流段、加熱段、加濕段、中效過濾段。在新風(fēng)機組階段，保證送風(fēng)露點達到辦公區(qū)域要求的露點溫度值，送風(fēng)溫度只是進行預(yù)處理，由空調(diào)機組進行送風(fēng)溫度的最終處理（達到21～23℃的送風(fēng)溫度）,再通過房間溫度傳感器的反饋實時調(diào)節(jié)變風(fēng)量閥的送風(fēng)量，使區(qū)域溫度達到控制值。由于送風(fēng)露點溫度在新風(fēng)機組處理階段已經(jīng)達到了辦公區(qū)濕度控制的要求值，房間內(nèi)無散濕量，所以達到設(shè)定的房間溫度后，對應(yīng)的相對濕度也符合需求。

其變新風(fēng)量控制原理如下：

→排風(fēng)處理機組變頻器變化（圖中5）

過渡季節(jié)新風(fēng)最大化的措施如下：

將空調(diào)機組新風(fēng)電動風(fēng)閥（圖中2）和空調(diào)機組排風(fēng)電動風(fēng)閥（圖中4）手動設(shè)為100% （可多臺空調(diào)機組一起設(shè)置）→密切觀察新風(fēng)機組的送風(fēng)靜壓（圖中6）和風(fēng)機頻率（圖中3）的變化→如果新風(fēng)機組風(fēng)機頻率未達到滿頻，則可手動調(diào)節(jié)空調(diào)機組回風(fēng)電動風(fēng)閥變化（圖中7）直至風(fēng)機滿頻→對空調(diào)機組控制辦公區(qū)域進行巡查，發(fā)現(xiàn)房間壓差過大及時調(diào)整該區(qū)域?qū)?yīng)空調(diào)機組的回風(fēng)電動風(fēng)閥（圖中7）。

3 變新風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)在不同區(qū)域的控制方法

3.1 有壓差梯度控制的潔凈室或?qū)嶒瀰^(qū)控制方法

壓差梯度是由該房間的送風(fēng)減去回風(fēng)和排風(fēng)的余風(fēng)量值來建立。由于系統(tǒng)總送風(fēng)是由總新風(fēng)和總回風(fēng)組成，新風(fēng)量變化需防止集中式空調(diào)總回風(fēng)量的變化，避免影響到房間的余風(fēng)量，造成壓差梯度的變化。所以在潔凈室或?qū)嶒瀰^(qū)運行時，變新風(fēng)量系統(tǒng)在冬夏季模式和過渡季模式的兩種運行模式有以下控制方法：

圖1 變新風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)流程圖Fig. 1 Variable fresh air volume air-conditioning system fl ow fi gure

（1）冬夏季模式：變新風(fēng)量系統(tǒng)在冬夏季模式時，只要根據(jù)達到設(shè)計新風(fēng)比風(fēng)量平衡后的交付使用狀態(tài)運行。由于通常潔凈室或?qū)嶒瀰^(qū)的人員也比較少，所以空調(diào)機組回風(fēng)CO2濃度傳感器應(yīng)保持在很低的濃度（甚至控制區(qū)域為潔凈室的空調(diào)考慮到傳感器不易清潔和需要消毒的緣故，可以不安裝回風(fēng)CO2濃度傳感器）。

（2）過渡季模式：對于潔凈室或?qū)嶒瀰^(qū)來說，在過渡季模式實現(xiàn)新風(fēng)最大化有三個前提條件：空調(diào)機組排風(fēng)管與空調(diào)機組新風(fēng)管的尺寸要匹配；空調(diào)機組送風(fēng)機風(fēng)量及風(fēng)壓需要有一定的余量；設(shè)計時采用定風(fēng)量控制的空調(diào)自控系統(tǒng)。定風(fēng)量控制的空調(diào)自控系統(tǒng)設(shè)計必須包括空調(diào)箱新風(fēng)管與排風(fēng)管安裝聯(lián)鎖控制的電動風(fēng)閥；采用送風(fēng)靜壓與空調(diào)箱送風(fēng)機變頻聯(lián)鎖及末端送風(fēng)口安裝定風(fēng)量閥；增加回風(fēng)箱采用回風(fēng)靜壓與回風(fēng)箱風(fēng)機變頻聯(lián)鎖及末端回風(fēng)口安裝定風(fēng)量閥。當在空調(diào)自控系統(tǒng)中手動開大新風(fēng)閥增大空調(diào)機組送風(fēng)的新風(fēng)比后，與新風(fēng)閥聯(lián)鎖的排風(fēng)閥也會自動調(diào)整到相應(yīng)的開度，通過空調(diào)箱送風(fēng)機的頻率變化和末端送風(fēng)定風(fēng)量閥的自動調(diào)節(jié)保持送風(fēng)量幾乎不變，通過回風(fēng)箱風(fēng)機的頻率變化和末端排風(fēng)定風(fēng)量閥的自動調(diào)節(jié)保持區(qū)域房間的回風(fēng)量、空調(diào)機組的總回風(fēng)量幾乎不變，不影響原有的壓差梯度。鑒于過渡季白天和晚上溫差較大，建議晚上恢復(fù)到冬夏季模式。

3.2 不需要考慮壓差梯度的辦公區(qū)控制方法

在辦公區(qū)運行時，變新風(fēng)量系統(tǒng)在冬夏季模式和過渡季模式的兩種運行模式可以參照3中具體描述的變新風(fēng)量控制方法。變新風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)流程圖（圖1）中參與控制的傳感器和電動風(fēng)閥必須在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時考慮。由于辦公區(qū)集中式空調(diào)系統(tǒng)一般在晚上處于停止狀態(tài)，所以無需切換回冬夏季模式。

4 過渡季節(jié)新風(fēng)比最大化新風(fēng)比值的確定及切換條件

4.1 確定最大化新風(fēng)比值的意義

4.1.1 以室外環(huán)境溫濕度范圍大小來確定適合現(xiàn)場的最大化新風(fēng)比值。室外環(huán)境溫濕度范圍越大，實際新風(fēng)比最大化使用時間越長，節(jié)能量越多。

4.1.2 最大化新風(fēng)比值越高，安裝施工投資越大，日常運行時排風(fēng)風(fēng)機耗能越多。所以在設(shè)計中合理地確定最大化新風(fēng)比值尤為重要。

4.2 如何合理地確定過渡季節(jié)新風(fēng)比最大化的新風(fēng)比值

4.2.1 在焓濕圖上分析過渡季節(jié)新風(fēng)最大化的新風(fēng)比值

首先根據(jù)設(shè)計規(guī)范在焓濕圖上設(shè)立兩個辦公區(qū)過渡季節(jié)室內(nèi)狀態(tài)點（假設(shè)辦公區(qū)的維護結(jié)構(gòu)保溫較好），N（25.5℃，45%）為非雨季環(huán)境控制點，N’（25.5℃，65%）為雨季環(huán)境控制的極限點。

在設(shè)計中根據(jù)辦公區(qū)發(fā)熱量及維護結(jié)構(gòu)負荷推算出送風(fēng)狀態(tài)兩個點，這兩點的溫度應(yīng)在21～23℃之間，露點溫度接近室內(nèi)溫度點。如S（22℃，54.6%），S’（22℃，78.1%）

根據(jù)10%新風(fēng)比，30%新風(fēng)比比較，確立30%新風(fēng)比下，節(jié)能的室外環(huán)境溫濕度范圍，如圖2所示紅色框內(nèi)區(qū)域為30%新風(fēng)比比10%新風(fēng)比節(jié)能的室外環(huán)境溫濕度范圍。

根據(jù)10%新風(fēng)比，50%新風(fēng)比比較，確立50%新風(fēng)比下，節(jié)能的室外環(huán)境溫濕度范圍，如圖3所示藍色框內(nèi)區(qū)域采用50%新風(fēng)比比10%新風(fēng)比節(jié)能的室外環(huán)境溫濕度范圍。另圖3中紅色的陰影區(qū)域為30%新風(fēng)比值比50%新風(fēng)比值適用室外環(huán)境溫濕度范圍多出的部分。由此可見，新風(fēng)比值30%比新風(fēng)比值50%應(yīng)用的室外環(huán)境溫度范圍更大。

4.2.2 室外環(huán)境溫度范圍與實際新風(fēng)比最大化使用時間的比較

將BMS中2013年3月～2014年3月室外環(huán)境趨勢圖截取（見圖4）。比較后發(fā)現(xiàn)，圖4中紅色區(qū)域的溫度和露點溫度范圍與圖2所示紅色框內(nèi)區(qū)域的室外環(huán)境溫濕度范圍相符合，故過渡季節(jié)采取新風(fēng)比30%措施是可行的，且節(jié)能時間段可達到半年。

4.3 如何在樓宇控制系統(tǒng)（以下簡稱BMS）中實現(xiàn)冬夏季模式和過渡季節(jié)新風(fēng)比最大化模式之間的自動切換

4.3.1 室外環(huán)境溫濕度監(jiān)測點的選取原則

由于較快的風(fēng)速會對測溫濕度進行干擾，宜選取新風(fēng)預(yù)處理的新風(fēng)機進風(fēng)初效過濾段設(shè)置溫濕度傳感器。

4.3.2 冬夏季模式和過渡季節(jié)新風(fēng)比最大化模式的自動切換

圖2 過渡季節(jié)新風(fēng)比最大化30%與10%比較分析圖Fig. 2 The fresh air ratio 30% and 10% of fresh air maximization in transition season comparative analysis fi gure

圖3 過渡季節(jié)新風(fēng)比最大化50%，30%與10%比較分析圖Fig. 3 The fresh air ratio 50%, 30% and 10% of fresh air maximization in transition season comparative analysis fi gure

在BMS系統(tǒng)中增加冬夏季模式和過渡季節(jié)新風(fēng)比最大化模式的自動切換程序，設(shè)置自動切換條件。以30%新風(fēng)比為例，當白天8:30～17:30時間段室外環(huán)境溫濕度監(jiān)測點同時達到溫度在13～24℃，露點溫度在0～20℃的兩個條件后，即可開啟新風(fēng)比最大化模式。相應(yīng)地當室外環(huán)境溫濕度監(jiān)測點同時達到溫度在22℃以上，相對濕度在90%以上的兩個條件后，則切換為冬夏季模式。并設(shè)置24℃為極限溫度（節(jié)能量很低，可能還耗能），一旦達到溫度超過24℃的單一條件也必須切換為冬夏季模式。由于考慮到避免壓差和冷熱源負荷的頻繁變化，在BMS程序中設(shè)置兩種模式之間每天只能切換一次。

5 工程實例分析

5.1 工程概況

上海某辦公樓為3層，總面積為20 000 m2?？照{(diào)系統(tǒng)設(shè)計為集中式中央空調(diào)，空調(diào)開啟時間為8:30～18:30。夏季冷媒采用7℃冷媒水工況，加熱采用55℃熱水工況，加濕采用蒸汽降壓0.1MPa進行處理，冷媒水、熱水和蒸汽由公用工程集中處理供應(yīng)。

圖4 2013年3月～2014年3月室外環(huán)境趨勢圖Fig. 4 outdoor climates trend fi gure from Mar. 2013 to Mar.2014

5.2 工程特點

辦公區(qū)溫度控制要求18 ～ 26℃，相對濕度控制要求40% ～ 70%。

5.3 空調(diào)系統(tǒng)主要指標

空調(diào)系統(tǒng)采用新風(fēng)預(yù)處理，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計總送風(fēng)量為290 000 m3/h，日常運行時新風(fēng)比10%。

5.4 溫濕度控制方式

在新風(fēng)預(yù)處理階段，保證送風(fēng)露點達到辦公區(qū)域要求的露點溫度值，送風(fēng)溫度只是進行預(yù)處理，由空調(diào)機組進行送風(fēng)溫度的最終處理，達到22℃的送風(fēng)溫度。再通過房間溫度傳感器的反饋實時調(diào)節(jié)變新風(fēng)量閥的送風(fēng)量，使區(qū)域溫度達到溫度需求值。

5.5 新風(fēng)比控制方式

5.5.1 冬夏季模式：回風(fēng)CO2濃度傳感器自動調(diào)節(jié)新風(fēng)比。

5.5.2 過渡季節(jié)模式：新風(fēng)比手動設(shè)置為30%。運行時間段為2013年3月1日～5月31日，2013年9月15日～12月15日。

5.6 歷年運行數(shù)據(jù)比較

新風(fēng)量最大化措施是依靠冷熱源系統(tǒng)及其輔助設(shè)備與歷年運行的節(jié)省電能來進行節(jié)能，故主要節(jié)能量會體現(xiàn)在公用系統(tǒng)動力中心的用電量上。

2012年3月1日～5月31日，2012年9月15日～ 12月15日冷熱源系統(tǒng)及其輔助設(shè)備在8:30～18:30時間段的運行數(shù)據(jù)為：56天螺桿式冷凍機開啟，加載率低于70%；20天螺桿式冷凍機開啟，加載率高于70%；38天離心式冷凍機開啟，加載率低于50%；50天離心式冷凍機開啟，加載率低于70%；20天離心式冷凍機開啟，加載率高于70%。

2013年同期冷熱源系統(tǒng)及其輔助設(shè)備在8:30～18:30時間段的運行數(shù)據(jù)為：75天螺桿式冷凍機開啟，加載率低于50%；48天螺桿式冷凍機開啟，加載率低于70%；18天螺桿式冷凍機90%以上加載；21天離心式冷凍機開啟，加載率低于50%；16天離心式冷凍機開啟，加載率低于70%；6天離心式冷凍機開啟，加載率高于70%。

根據(jù)公用系統(tǒng)動力中心電表歷年數(shù)據(jù)比較，2013年采用變新風(fēng)量系統(tǒng)措施后年總節(jié)能費用約17萬元，且辦公樓員工對空調(diào)系統(tǒng)的滿意度提高。

6 變新風(fēng)量系統(tǒng)設(shè)計施工時需要考慮的問題

6.1 設(shè)計時考慮的問題

（1）要采用變新風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)時，建議設(shè)計新風(fēng)集中預(yù)處理，不設(shè)計每臺AHU 單獨新風(fēng)處理。

（2）設(shè)計新風(fēng)預(yù)處理系統(tǒng)時，可以適當增大風(fēng)機電機選型以達到30%～40%的新風(fēng)量（最大頻率時達到）。且新風(fēng)總管和通往各空調(diào)箱的新風(fēng)管都必須根據(jù)最大化新風(fēng)量設(shè)計尺寸，以滿足新風(fēng)比最大化要求。

（3）需考慮新風(fēng)總管的尺寸和空調(diào)機房新風(fēng)進風(fēng)百葉窗的進風(fēng)量，避免由于負壓產(chǎn)生空調(diào)機房噪音。

（4）需考慮設(shè)計如何在新風(fēng)比增大的情況下保證霧霾天氣不影響空調(diào)出風(fēng)口空氣質(zhì)量。在霧霾天氣盡量不要采用新風(fēng)最大化模式，防止過濾器的快速堵塞。

6.2 實施時考慮的問題

（1）通過巡檢記錄每月平均送風(fēng)溫度，平均回風(fēng)溫度值及冷熱源開啟情況的數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)在焓濕圖上分析過渡季節(jié)新風(fēng)最大化的新風(fēng)比值。

（2）可考慮與排風(fēng)余熱回收節(jié)能措施同時使用，節(jié)能效果更好。

（3）在霧霾天氣盡量不要采用新風(fēng)比最大化模式，避免過濾器的快速堵塞。

7 結(jié)論

傳統(tǒng)集中式空調(diào)系統(tǒng)由于基于冬、夏兩季的典型工況和最小新風(fēng)量的設(shè)計，而現(xiàn)在樓層的圍護結(jié)構(gòu)保溫較好，導(dǎo)致在過渡季節(jié)空調(diào)系統(tǒng)仍在大量使用冷熱水，大量冷熱水的使用導(dǎo)致冷熱源及輔助設(shè)備增加能耗及無法進行停機大修。本方案采用變新風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)，冬夏季時依靠回風(fēng)CO2濃度傳感器自動調(diào)節(jié)新風(fēng)比以滿足人員舒適度要求，過渡季采用新風(fēng)最大化措施，可減少或者甚至不使用冷熱源，最終達到節(jié)能的效果。

[1] 楊純?nèi)A，邱相武.全年運行空調(diào)系統(tǒng)變新風(fēng)控制策略的探討[M].