办公建筑空调系统中全空气系统的节能改造

1 引言

随着社会经济的发展及人民生活水平的逐步提高，自20世纪90年代以来，中国建筑业始终保持着高速发展，随之而来的能源供求矛盾也日益凸显。根据有关报道，我国建筑能耗约占社会总能耗的27.5％-30%而空调能耗约占整个建筑能耗的40％-60％。因此，降低暖通空调系统的能耗已经成为当前暖通空调领域研究的热点之一，特别是广泛应用于办公建筑中的全空气集中空调系统，节能研究更具有实际意义。本文从全空气系统的技术特点出发，概括了一般办公建筑内全空气系统是否需要节能改造的判定方法，并在此基础上，总结和提出了几点全空气系统节能改造的措施及建议。

2 全空气系统的技术特点

全空气系统是指空调房间的室内负荷全部由经过处理的空气来承担的空调系统。它可以完成对全年空调系统提出的各种功能要求，包括：供给足够量的新鲜空气，实现对某房间或空间的温度、湿度、洁净度和空气流动速度等调节与控制。也就是说，全空气空调系统可以实现对建筑的热、湿以及空气品质的全面控制。

结合办公建筑的特点，全空气空调系统一般用于办公楼出入口大厅、食堂餐厅、会议室等大空间房间内，此外，因部分建筑功能要求，建筑内会包含大规模的计算机房、通讯站等功能性用房，此类房间也有可能采用全空气空调系统。普通办公建筑全空气空调系统一般为定风量系统。

3 节能改造判定方法及能耗问题

3.1 节能改造判定方法

全空气空调系统的能耗环节从概念上可分为直接能耗和间接能耗。直接能耗是指空气处理机组的风栅耗电、电热器或电极加湿器等空气处理机组本身设备耗电；间接能耗是指空气处理机组要负担室内的热湿负荷，需要消耗一定的热量和冷量时，冷源和热源为提供冷热量而消耗的电能或天然气等能源。

对于全空气系统的直接能耗，可以用全空气系统输送系数、风机运行效率及风棚。的单位风量耗功率来定量评价。

1) 全空气系统的输送系数，是衡量输送能耗高低的重要指标，主要与送回风焓差和风机的实际工作效率相关。它反映了全空气系统输配能耗的大小，输送系数越大，说明运行调节越好。供冷时，对变频风机，该指标的理想值为15；对定速风机，该指标的理想值为8。

2) 风机运行效率，测量时应保持各处风阀开度正常的情况下进行测量。如风机可变频，且无法测量全工况的平均值，则应在定频状况下测量。推荐值为50％与风机额定效率的0.85倍之间的低值，风机运行效率偏低说明风机与风系统阻力特性不匹配，或者风机与电机间的传动系统效率偏低，应予以调整或更换。

3) 风机的单位风量耗功率，不包括厨房等需要特定过滤装置的房间的通风系统。根据《公共建筑节能设计标准》(GB50198-2005，新版2015)中对办公建筑空调系统风机的单位风量耗功率限值[W／(m ³ )]的规定，区分粗效过滤器和粗、中效过滤器，对于两管制定风量系统限值分别为0.42和O.48，对于四管制定风量系统分别为O.47和O.53，对于两管制变风量系统分别为O.58和0.64，对于四管制变风量系统分别为0.63和0.69。

若现有建筑全空气系统的上述节能评价指标未能达到要求，可视为具有一定的节能潜力，可综合建筑使用现状及经济条件判断进行节能改造。

而对于间接能耗，由于其耗能设备不是空气处理机组本身而是冷热源，就不能通过对全空气系统进行直接的测量和指标计算而判断冷热源系统节能与否，只能根据建筑物和空调系统的具体情况以及现行的节能规范来定性或定量分析哪种系统形式更为节能。

对于全空气系统的间接能耗是否符合节能要求，可根据以下要求分析、判定：

1) 空调系统的划分要根据使用时间、温湿度基数、新风比等条件的不同来划分，高大空间如高度大于1Om、体积大于10000m ³ 等宜采用分层空调。建筑内存在需要常年供冷的建筑内区时，应根据室内进深、分隔、朝向、楼层以及围护结构特点等因素，划分建筑物空气调节内、外区，且宜分别设置系统或末端装置。

2) 空调系统的新风比应符合《公共建筑节能设计标准》(GB50198-2005)中的相关规定。当全空气系统为采暖期存在冷负荷的内区进行供冷时，可达到的最大总新风比应不低于70％，以利用自然冷源。

3) 当集中空调系统采用排风热回收时，其净能量回收效率应满足：显热回收，净回收效率不应小于55％；全热回收，净回收效率不应小于48％；溶液循环式净回收效率不应小于48％。空气-空气能量回收装置的交换效率(在标准规定的装置性能测试工况下，且排风量与新风量相同时)应满足制冷时焓效率>50％，温度效率＞60％；制热时焓效率>55％，温度效率>65％。

4) 全空气变风量空调系统其空气处理机组的风机，应采用变频自动调节风机转速的方式；当采用定风量系统，且单台机组风量大于10000m ³ /h时，应采用变速风机；当系统为多台风机并联时，也可采用台数调节改变送风量。

5) 空调风系统应限制土建风道的使用，当条件受限确实需要使用土建风道时，必须采取绝热和严格防止漏风的措施。

若现有建筑全空气系统的上述节能评价要求未能达到，可视为具有一定的节能潜力，可综合建筑使用现状及经济条件判断进行节能改造。

3.2 能耗问题

总体上讲，全空气系统有可能出现并应该予以检测的能耗问题主要包括以下几个部分：

1) 设备问题。主要指设备柳朗劣化、机组性能降低等，以及零部件腐蚀、变色、变形等劣化，保温损坏、机械性能降低等。

2) 环境整合问题。主要指各环境因素(温度、湿度、室内洁净度、噪声度等)，工作环境和各设备机器的整合情况；现场的空气环境质量、冬夏及室内的温湿度的设置是否超标并是否可控；行为节能是否合理有效等。

3) 系统性能问题。主要指系统的设计方案是否合理；系统是否存在堵塞引起的高能耗情况、过滤器的阻力是否过高；阀门开关是否失灵引起旁通及短路；是否有冷热抵消情况；室内循环空气是否存在短路。

还有一些其他的问题，如：排风是否按照节能要求设置了热回收装置；全空气是否具备变新风比的条件；风水管的温降是否超标、保温是否有效、是否损坏或缺失，厚度是否符合公共建筑节能设计标准；风机效率是否达标，送风口及空调风水系统有否结露情况；流量是否能根据室温及空气品质灵活调节；全空气处理设备的控制和调控能力是否满足要求等。同时，还要根据采用节能技术的状况及能耗的现状，判断是否符合现行法规的规定，节能指标是否失效等。

4 改进技术措施

结合对全空气系统的节能改造判定及其所存在的能耗问题，根据各种节能要求，对办公建筑空调系统节能方面的改进技术措施可以大致分翻嶷静封产吸更换和系统优化两个部分。

4.1 设备维护及更换

顾名思义，就是维护、修理现有设备使其回到正常的运行工况或把老旧设备更换为更加节能的型号。

1) 清洗全空气空调系统送回风口及送回风管，一方面提升空调系统各部件的运行状态，另一方面保证了送风的空气品质。

2) 空调机组的过滤器堵塞导致风棚运行工况点偏离额定工况点，送风量减少，风机效率降低。清洗过滤器及更换高效过滤器，使册在高效区运行，降低风机电耗。

3) 加强对设备和风管的绝热处理，并应做好隔汽层和保护层。

4) 检查、修补破损的风管、失效的风管阀门等，保证空调末端能达到预期的供冷效果。

5) 若空气处理机组的新风比或热回收率不能达到节能要求，可更换相关设备。

6) 若空气处理机组的风机效率较低或选型不合理，使得全空气系统输送系数、风机的单位风量耗功率较低，可考虑更换风机或风机部件。

7) 清洗进出空气处理机组的空调水管，避免因水管堵塞造成能耗增加。

4.2 系统优化

1) 根据上文中提到的各条节能评价方法，结合建筑现状具体分析，对原设计方案进行优化或利用先进技术，以达到节能要求。

2) 合理布置、增减送回风口，使整个空调区域气流组织更加合理，送回风更加均匀，同时降低风口平均风速，避免因局部区域过冷或过热而调整整个空调系统而造成的无谓能耗。

3) 在空调区域内设置CO ₂ 及VOC监测，根据空气质量监测点反馈的CO ₂ 及VOC浓度动态调节新风量，在保证室内空气质量的前提下降低冷负荷。

4) 结合具体情况在空调末端设备水系统处安装电动调节阀，对风机安装变频器，按照送风温度调节水阀，按照回风温度调节风机转速，在满足舒适性要求的前提下节省冷量并降低风机电耗。

5) 办公楼大厅入口处可用全空气热风幕，全年采用循环风，阻挡室外冷、热空气侵入，节省空调能耗。

6) 改造后对空调系统进行全面调试，保证风口均匀送回风，风口风速不超限；改善气流组织，降低气流噪声。以上仅列举适用性较广且改造效果较好的改进技术措施，针对不同的建筑及其使用特点，务必因地制宜，具体情况具体分析，选择适合的节能技术措施。

5 结语

本文通过总结全空气系统中所出现的节能问题，提出了判断全空气系统是否节能的一般方法，包括利用节能指标对全空气系统的直接能耗环节进行评价，以及利用相关规范及系统设计经验，对比全空气系统的设计方案，对其间接能耗环节进行评价。若根据评价方法进行评价后，办公建筑具有一定的节能潜力，可综合建筑使用现状及经济条件进行节能改造。在此基础之上，本文还从设备维护及更换和系统优化两个方面提出了空调系统节能方面的改进技术措施，如清洗、绝热、更换风机、合理布局、采用变频措施等。这些方法和措施可以供一般办公建筑的全空气空调系统的节能改造工程参考及使用。