常儇宇,黃金美(昆山市建設工程質量檢測中心, 江蘇 昆山 215337)
目前,建筑能耗占據(jù)社會總能耗的 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能耗為主[3-5],在整個空調系統(tǒng)中,空調水系統(tǒng)的能耗約占整個中央空調系統(tǒng)能耗的 80% ,風系統(tǒng)能耗約占用電量的20%??照{水系統(tǒng)及風系統(tǒng)的有效運行是空調系統(tǒng)節(jié)能的關鍵。通過對通風系統(tǒng)尤其是空調系統(tǒng)的檢測,可以準確地反映各個系統(tǒng)及設備的運行情況,為后期提升系統(tǒng)運行效率提供參考依據(jù)。本文以實際工程為例,通過現(xiàn)場實測,分析了空調系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)的問題,并提出了優(yōu)化建議。
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,結構形式為框架結構,建筑總高度為 22.4 m。1~6 F 為辦公、小型會議室、研發(fā)及實驗室等,地下 1 F 為設備用房。該辦公樓嚴格按照國家和地方的各項節(jié)能規(guī)范設計,采用土壤源熱泵空調系統(tǒng)為辦公樓提供夏季制冷和冬季供熱,在建筑周圍空地及綠化帶埋管,埋管數(shù)量為 160 口井,每口井深度為 90 m??照{系統(tǒng)夏季設計冷負荷為 654.9 kW,冬季設計熱負荷為 430.9 kW,設有 2 臺空調主機,末端風盤 155 臺,新風換氣機 13 臺??照{系統(tǒng)分高、低區(qū) 2 個系統(tǒng),高、低區(qū)各采用 1 臺土壤源熱泵機組。空調末端采用風機盤管加新風系統(tǒng)??照{主機布置在地下設備房,空調系統(tǒng)中為地源熱泵機組土壤熱平衡調節(jié)使用的冷卻塔布置于辦公樓屋頂平臺。夏季空調系統(tǒng)設計供回水溫度為 7 ℃ 和 12 ℃,冬季設計供回水溫度為 50 ℃ 和 45 ℃。
檢測時空調系統(tǒng)為夏季制冷工況。根據(jù)規(guī)范驗收要求,空調系統(tǒng)檢測內容包括室內溫濕度、水系統(tǒng)(空調系統(tǒng)冷、熱水總流量)、風系統(tǒng)(各風口的風量)、性能系數(shù)(冷水機組性能系數(shù)及空調系統(tǒng)性能系數(shù))。
檢測依據(jù)包括項目施工圖設計文件、DGJ 32/J 96—2010《公共建筑節(jié)能設計標準》、GB 50243—2016《通風與空調工程施工質量驗收規(guī)范》、GB 50411—2019《建筑節(jié)能工程施工質量驗收標準》、JGJ 177—2009《公共建筑節(jié)能檢測標準》。
檢測設備包括風量罩、超聲波流量計、多路溫濕度巡檢測試儀、數(shù)字式鉗式功率計、電阻溫度計、手持式溫度測試儀。
2.4.1 室內溫度檢測
空調末端采用風機盤管加新風,各空調房間均設有獨立的室溫調節(jié)開關。辦公及會議室設計溫度夏季為 26 ℃,冬季為 18 ℃。研發(fā)及實驗室設計溫度夏季為 24 ℃,冬季為20 ℃。
檢測開始前檢查檢測儀器是否正常,將檢測儀器復位并進行自檢,直至儀器正常。檢測應在空調系統(tǒng)已穩(wěn)定運行的情況下進行,檢測時嚴格按 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。對面積>100 m2的房間或空間,可按每 100 m2劃分為多個受檢樣本。公共建筑的不同典型功能區(qū)域檢測部位應 ≥ 2 處。根據(jù)標準規(guī)定,辦公室共計 52 個,抽檢房間 5 個;會議室 5 個,抽檢2 個;研發(fā)及實驗室 15 個房間,抽檢 2 個。標準規(guī)定夏季不得高于設計計算溫度 26 ℃,且應 ≥ 1 K,設計要求研發(fā)及實驗室夏季高于設計計算溫度 1 K,且應 ≥ 0.5 K。
表1 最小抽樣數(shù)量
2.4.2 水系統(tǒng)檢測
項目空調水系統(tǒng)包括用戶側循環(huán)水系統(tǒng)和地源側循環(huán)水系統(tǒng)。檢測參數(shù)為系統(tǒng)水流量,即用戶側冷凍系統(tǒng)總流量和地源側冷卻系統(tǒng)總流量。水流量檢測是為了確定空調系統(tǒng)是否有足夠的制冷能力和地源側是否有足夠的散熱能力?,F(xiàn)場檢測采用的設備為超聲波流量計。測量斷面設置在距上游局部阻力構件 10 倍管徑、下游局部阻力構件 5 倍管徑的長直管段上。根據(jù)標準 GB 50411—2019 的規(guī)定,空調系統(tǒng)冷熱水、冷卻水總流量的偏差 ≤ 10% 。
2.4.3 風系統(tǒng)檢測
本項目空調系統(tǒng)末端采用風機盤管加新風的形式,新風換氣機設置于每層的走廊吊頂里,每個樓層東西向各設置 1臺新風機組。新風機組采用全熱新風換氣機,在過渡季節(jié)可采用全新風運行,在空調季節(jié)利用室內的排風對室外新風進行預冷(熱),具有較好的節(jié)能效果。風系統(tǒng)檢測參數(shù)為各風口風量和通風空調系統(tǒng)總風量。
各風口風量檢測采用風量罩法,通風空調系統(tǒng)總風量檢測采用風口風速法檢測,測點處氣流比較平穩(wěn),測點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(或矩形風管長邊尺寸)、距下游局部阻力部件 ≥ 2 倍管道直徑(或矩形風管長邊尺寸)。本工程新風機組的出風接室內風機盤管出風口,檢測參數(shù)為各風口的風量。根據(jù)表1 中的規(guī)定,本項目風機盤管共 155 臺,抽檢數(shù)量為 13臺,允許偏差 ≤ 15%。根據(jù)檢測方案,對抽檢的風盤進行風口、風量的檢測。
2.4.4 性能系數(shù)檢測
本項目空調系統(tǒng)采用多種節(jié)能手段。① 空調冷、熱源采用可再生能源利用技術??照{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行制熱。② 空調循環(huán)水泵采用變頻控制。本項目各用戶側系統(tǒng)采用一、二次泵系統(tǒng),一次泵定流量運行,二次泵變流量運行,二次泵可根據(jù)系統(tǒng)末端設置的壓差監(jiān)測點控制水泵的運行,節(jié)約系統(tǒng)的輸配能耗。③ 采用熱回收技術。新風系統(tǒng)采用全熱交換機組,在過渡季節(jié)可采用全新風運行,在空調季節(jié)利用室內的排風對室外新風進行預冷(熱),具有較好的節(jié)能效果。
空調主機性能系數(shù)的檢測參數(shù):空調機組用戶側、地源側進出水溫差,空調機組用戶側、地源側水流量,空調機組的輸入功率??照{系統(tǒng)的性能系數(shù)的檢測參數(shù),用戶側總管進出水溫差和地源側總管進出水溫差,用戶側總管水流量及地源側總循環(huán)水流量,空調機組及空調循環(huán)水泵輸入總功率。
測試機組測試期間的平均制冷(熱)量按式(1)計算。
式中:V—空調機組用戶側平均流量,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—熱泵機組用戶側進出口水溫差,K。
冷水(熱泵)機組性能系數(shù) COP 按式 (2)計算。
式中:Ni—機組平均輸入功率,kW。
2.5.1 檢測結果
檢測結果包括以下幾個方面。
(1) 所抽檢的辦公室面積為 15 m2、25 m2、28 m2、30 m2、45 m2,所抽檢的會議室房間面積為 35 m2和 40 m2,研發(fā)室、試驗室抽檢的房間面積為 50 m2和 38 m2。每個房間檢測 2 處。經(jīng)檢測,抽檢房間均滿足要求。具體檢測數(shù)據(jù)如表2 所示。
表2 室內平均溫度檢測數(shù)據(jù) ℃
(2)經(jīng)檢測,空調系統(tǒng)低區(qū)冷水總流量偏差過大,超出允許偏差范圍??照{水系統(tǒng)水流量檢測結果如表3 所示。
表3 空調水系統(tǒng)水流量檢測結果
(3)空調風系統(tǒng)機組性能參數(shù)檢測結果均小于設計值,符合規(guī)范要求。具體數(shù)值結果如表4 所示。
表4 機組性能參數(shù)檢測結果
(4)經(jīng)檢測,機組性能系數(shù)及系統(tǒng)性能系數(shù)檢測結果均與設計值有較大偏差。具體數(shù)值結果如表5 、表6 所示。
表5 機組性能參數(shù)測試結果
表6 系統(tǒng)性能參數(shù)測試結果
2.5.2 測試結果分析
(1)對辦公樓空調系統(tǒng)夏季室內溫濕度的檢測結果表明,室內溫濕度基本能滿足設計要求,同時滿足室內舒適要求,室內空調機組運轉正常,未出現(xiàn)異常噪聲,室內溫度調節(jié)開關設置溫度滿足節(jié)能要求。
(2)空調水系統(tǒng)檢測結果表明,高區(qū)用戶側、地源側空調循環(huán)水流量偏差滿足標準要求,低區(qū)空調系統(tǒng)水流量與設計值偏差為 11.5%,超過標準要求。從現(xiàn)場查看高區(qū)系統(tǒng)循環(huán)水泵的選型與空調主機匹配較好,低區(qū)系統(tǒng)主機與水泵匹配欠佳,水泵水流量超過主機水流量的 11%,水泵選型明顯偏大,導致測試數(shù)值超出水泵設計流量偏差較大,從長期運行的經(jīng)濟成本角度分析,建議更換小水泵與主機相匹配,從而降低水泵運行費用。
(3)空調風系統(tǒng)的檢測表明,本項目空調機組抽測的各風口風量實測數(shù)值與設計值偏差較小,均小于規(guī)范規(guī)定的15% 偏差,符合設計要求,室內有較好的氣流組織。
(4)性能系數(shù)檢測結果表明,本項目選用的 2 臺機組及高區(qū)、低區(qū)系統(tǒng)的性能系數(shù)遠小于設計值。經(jīng)現(xiàn)場查勘分析,機組的進出水溫差遠遠小于設計的 5 K,主要原因是在空調系統(tǒng)運行時,變頻水泵未及時根據(jù)系統(tǒng)控制點的壓差情況做出水流量調節(jié)。通過對壓差監(jiān)測點進行重新調試后,系統(tǒng)的性能系數(shù)明顯提高。
綠色建筑高質量發(fā)展,要求空調系統(tǒng)在高效節(jié)能的同時要為人們提供舒適、健康的空間和環(huán)境,公共建筑在自然通風的基礎上采用高效的空調通風調節(jié)系統(tǒng)是必不可少的。空調系統(tǒng)測試并非只在工程竣工驗收前進行,而應根據(jù)系統(tǒng)實際運行情況定期實施,通過對空調節(jié)能性能測試,可以準確發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行中存在的問題,指導系統(tǒng)進一步優(yōu)化。因此,空調系統(tǒng)節(jié)能性能檢測是保障空調系統(tǒng)高效運行的有效手段。