办公建筑的暖通空调系统案例诊断分析

2018-08-06张文宇

上海节能 2018年7期

程烜张文宇卜震

上海市建筑科学研究院

1 引言

既有建筑的暖通系统运行与效果诊断需要从建筑环境、围护结构、暖通系统和自动控制系统等多个方面进行。诊断基于通过“现象”找“原因”、通过“个别性原因”找“系统性原因”相结合的诊断方法，从建筑已有的现象出发，检查检测关联的系统设备，查找产生现象的原因，由表入里进行诊断排查，以确定现象产生的原因。同时采用科学的抽样方法，对于同类别的现象进行分析诊断，从个别性原因出发归类相似性现象，确定产生此类现象的系统性原因。

目前既有建筑的暖通系统运行效果不佳，主要是因以下原因导致：（1）初步设计和二次深化设计不合理；（2）运行维护不及时导致的硬件故障和性能衰减；（3）系统运行正常，但未达到节能运行的水平。本文以上海某既有办公建筑为例，从建筑环境、围护结构、暖通系统和自动控制系统着手，就运行维护不及时导致的硬件故障和性能衰减导致暖通系统运行效果不佳的问题进行诊断分析，为解决相类似的工程问题提供参考。

2 建筑概况

本案例的既有办公楼位于上海市徐汇区某开发区内。总建筑面积为23 835.11m2，其中地上部分为 13 277.01m2，地下面积 10 558.1 m2，建筑总高度为44.95m（见图1、图2）。

图1 标准层平面示意图

图2 立面示意图

空调系统的室内设计温度见表1。建筑设计冷热负荷分别为1 105kW和525kW，空调能耗冷热指标为0.108kW/m2和0.051 kW/m2。空调设计夏季供回水温度为7℃/12℃，冬季供回水温度为50℃/55℃。

表1 室内温湿度设计值

空调风系统中，2～8层及1层办公区采用全空气单风道变风量空调系统，内外区各设置一台空调箱。办公楼外区新风机排风经屋顶热回收集中处理后送入各层外区空调箱，内区空调箱由新风口直接吸入处理。气流组织采用上送上回方式，单风道变风量末端送至房间，吊顶内集中回风。大堂层采用全空气单风道定风量空调系统，气流组织主要采用上送上回方式，由条形风口下送，同时采用下送风方式进行冷热量补充。空调水系统采用四管制同程式系统。

3 技术路线

针对建筑空调冷源系统、空调风系统、空调自控系统、空调VAV末端和围护结构等影响建筑内部空间温度分布不均匀、导致末端风量控制、冷源系统运行异常问题的系统和主要设备展开。

诊断工作分为4个阶段：空调系统测试与诊断阶段、围护结构测试与诊断阶段、编制改造方案阶段和改造单项复验阶段。各阶段的分项工作内容如图3所示。本文仅讨论相关系统和设备的核查与诊断内容，即空调系统测试与诊断阶段、围护结构测试与诊断阶段。

图3 技术路线图

4 测试与诊断

4.1 室内环境测试与诊断

（1）冬季室内温度测试

测试当日，室外温度：8.1℃，室外相对湿度：17.2%；抽检5楼，平均温度：24.6℃，平均相对湿度：48.6%，室内人员体感舒适。

经过对主要功能区室内环境测试，1F主要功能区室内温度实测值均不满足设计值（20℃）要求；2F、8F主要功能区室内温度实测值满足设计值（20℃）要求（见图4、图5）。

图4 1F功能区室内环境温度

图5 2F功能区室内环境温度

（2）夏季室内温度测试

测试当日，室外温度：36.7℃，室外相对湿度：39.6%；抽检5楼，平均温度：22.1℃，平均相对湿度：49.6%，室内人员体感舒适。

经过对主要功能区室内环境测试，8F部分办公室温度实测值不满足设计值（25℃）要求，室内人员体感偏热（见图6）。

图6 8F功能区室内环境温度

（3）室内PM2.5测试

室外PM2.5浓度为148 mg/m3时，经过空调系统粗效、中效过滤系统过滤，室内PM2.5平均浓度为102 mg/m3，过滤效率仅为31%（见表2）。

表2 室内空气质量检测

4.2 空调系统检测与诊断

4.2.1 组合式空调机组测试与诊断

本项目空调风系统中，1～8层及1层办公区采用全空气单风道变风量空调系统，内外区各设置一台空调箱。办公楼外区新风机排风经屋顶热回收集中处理后送入各层外区空调箱，内区空调箱由新风口直接吸入处理。气流组织采用上送上回方式，单风道变风量末端送至房间，吊顶内集中回风。1层大堂采用全空气单风道定风量空调系统，气流组织主要采用上送上回方式，由条形风口下送，同时采用下送风方式进行冷热量补充。

（1）通过对空调箱总送风量的检测发现，空调箱普遍存在送风能力不足的情况。抽检的5个楼层共9台空调箱中，送风能力衰减最严重的B1层空调箱总风量实测值仅为空调箱额定总风量的37%（见图7）。

（2）通过对风系统的风口风量的检测发现，风管普遍存在较大漏风现象。抽检的5个楼层共9套风管中，漏风情况最严重的1层内区风管的漏风率达到了59%（见图8）。

图7 AHU总风量实测值与额定值之比

图8 风管漏风率

4.2.2 风管系统检查

根据对空调箱单机检测及各风口风量检测发现，被测系统存在较严重的风管漏风情况，通过排查发现问题主要集中在以下方面：

●VAVbox无风管风口存在阀门关闭不严，密封胶老化脱落。

●风管连接部分松动且保温老化脱落。

●风管以风口连接处脱落，风管送风无法送入室内。风管送风未完全送出风口，部分送风直吹内部导致天花板内部温度升高。

●VAVbox二级风管过长导致此段阻力增加。

上述问题均会导致系统供冷热量无法有效地送达空调区域的问题，导致冷热量输配损耗增加、室内空调区域供冷热量不足、室内热舒适性不佳。

4.2.3 风系统末端检查

室内气流组织异常。冬季送风温度较室内空气温度高，存在热流上升的现象，而通过风口以一定风速下送，可促进室内空气循环，有助于房间下部空间温度提升。而本项目部分风口透明导流板阻碍热风下送，影响气流组织，加剧室内垂直温度分布差异（见表3）。

表3 部分功能区室内温度垂直分布

大堂送风异常。该项目大堂高度约12m，空调风口采用爪式条形风口。区域总送风量为3 008 m3/h，风口风速不足3m/s，气流无法送达人员活动高度。室内垂直温度分布为20.5℃、16.1℃和13.1℃。人员活动区域温度为13.1℃，人员的热舒适性不佳。

4.2.4 自控系统检查

（1）VAVbox最大开启（风量）限值异常。

本系统房间温度由各区域室内人员通过末端空调温度控制面板独立控制。在冬季实际使用过程中，室内人员普遍会因房间温度不足而将末端空调温度设置在35℃。此行为导致楼层VAVbox风阀均100%开启，区域风口风量失衡。如2F外区空调在此情况下，西南侧会议室（VIP会议室）面积为129m2，实测室内平均温度为25.1℃，风量1 763 m3/h，北区公共办公区面积为1 289 m2，实测室内平均温度为20.6℃，风量2 883 m3/h（见表4）。

表4 2F部分功能区室内环境与风口风量检测

（2）风系统压力控制异常

本项目VAR系统为定静压风量控制型系统，空调箱风量由总风管设定静压反馈至风机而决定。该项目存在风系统压力控制异常问题。例如8F内区室内平均温度均可达到25℃，而大部分末端温控面板设定温度仅为15℃，此时各VAVbox风阀开启度正常，风管静压为294Pa，远高于风管静压设定值的205Pa，而此时空调箱运行频率依然为50Hz。

（3）VAVbox控制异常

该项目VAVbox根据房间末端温控器检测到的实际温度与设定温度，根据差值输出信号作为风量设定值，以此设定调节风阀改变风量，从而使室内温度保持在设定范围内。

通过对VAVbox及其控制器排查，发现部分VAVbox风阀存在失控的情况，部分末端温度传感器存在大幅漂移的情况。例如8F南区独立办公室风阀控制开启度为74.4%，而实际开启度仅为32.8%。另外，W14号温控区域设定温度为12.4℃，末端温控器监测温度为30.88℃，按照系统控制逻辑，风阀开启度应仅为设定的最小开启度，而此时风阀实际开启度却为100%。