既有建筑集中空调系统过滤段改造分析

张 迪

第一太平戴维斯物业服务（北京）有限公司上海分公司 上海 200023

1. 引言

室内空气质量是衡量绿色建筑与健康建筑的重要指标，是影响建筑使用者身心健康和工作效能表现的重要因素。影响室内空气质量的重要因素主要包括室外空气质量、室内污染源、室内通风情况以及污染物的消散机制。建筑内部引入室外新鲜空气的主要目的是对室内污染的空气进行稀释，减少室内污染源对人体的危害。但室外空气污染日益严重，大气中悬浮颗粒污染物日益增多。根据世界卫生组织的报道，2016年91%的世界人口住在没有达到世卫组织空气质量指南水准的地方；PM2.5及更小的颗粒物质能导致心血管系统、呼吸道系统疾病以及癌症。为了提高室内空气质量和降低建筑使用人员的健康风险，对于公共建筑集中空调系统，在保证合理的室外新风量、通风以及气流组织的前提下，对室外新风以及室内回风内的颗粒物净化过滤十分必要。

国内外绿色建筑和健康建筑标准对空调系统新风和回风有净化过滤的要求。我国绿色建筑评价标准GB/T 50378-2014要求设置中效过滤段；中国健康建筑标准要求设计空气净化装置降低室内污染物浓度；美国LEED V4 标准要求机械通风空间新风量满足ASHRAE 62.1-2010 标准，新风系统或空调通风系统的过滤等级至少达到符合ASHRAE 52.2-2007标准的MERV13等级或符合CEN标准EN 779-2002标准的F7等级。WELL标准设计新风量必须满足ASHRAE 62.1-2010 标准，新风净化过滤等级根据年平均室外PM2.5 浓度达到MERV8至MERV16 不同等级，如上海2017年平均室外PM2.5浓度为39微克每立方米，最低净化过滤等级至少达到MERV14或F8等级。

对既有公共建筑的新风系统和空调系统调研发现，大部分空调系统的净化过滤等级不满足市场主流绿色健康建筑的最低要求，甚至许多刚刚竣工投入运营的建筑，新风系统和空调系统净化过滤等级仅达到F5等级。近几年随着人们对室内空气质量和健康的重视，以及新型办公空间的变革，首批走在市场前列的既有建筑开始探索对其新风系统和空调系统净化过滤系统进行改造，并结合智能化的监测展示系统，以期提高室内空气质量和智能化水平，增加其市场竞争力和健康可持续的宣传。然而对于既有公共建筑过滤段改造并不是仅仅更换空调机组的一个组件那么简单，需要综合考虑空调系统的正常运行、产品功能特性、改造成本、改造效果以及后期运维成本等多个因素，本文通过分享既有建筑项目空调系统过滤端改造的实际工程案例，为其他既有建筑改造方案比选和实施提供借鉴。

2 既有建筑改造方案与分析

2.1 项目现有空调系统和过滤段情况

本项目是位于上海市的商业办公综合体，包括一个4层的商业裙房和一个36层的办公塔楼，总建筑面积约6万平方米，地上建筑面积约5平方米。项目竣工时间1999年。

项目办公大堂和商业区域采用全空气定风量系统，商业区域室外新风经过新风机组预处理后与室内回风混合，再经过组合式空调机组处理后送入室内，商业区域共设计4台新风机组和4台组合式空调机组；办公大堂直接采用2台组合式空调机组对混合后的室外新风和回风进行处理。办公区域采用风机盘管+独立新风系统，通过新风机组PAU处理后的新风，与回风混合后通过风机盘管送入室内。办公区域设置6台新风机组。

除办公区域2016年新更换的一台新风机组外，其他新风机组和组合式空调机组内均没有中效净化过滤段，仅安装板式初效净化过滤段。本项目对空调系统净化过滤段改造要求达到美标MERV13或欧标F7的净化等级。

2.2 净化过滤段类型与分析

根据净化过滤产品功能特点以及市场应用情况，过滤段改造的产品主要包括传统的袋式中效过滤器、高压静电过滤器和微静电过滤器三类。传统中效袋式过滤器是通过物理过滤的方式去除空气中的颗粒物，具有过滤效率高、容尘量大和过滤面积大的优点，终阻力在200-300Pa；最大的缺点是无法重复利用，需要频繁更换滤芯；尽管初投资小，但是后期运行维护成本较高。传统的高压静电过滤器解决了袋式过滤器阻力大和无法重复利用的问题，但是过滤效率低、安全性较低，且产生臭氧、氮氧化物等二次污染；微静电过滤器兼具有前两种过滤器的优点，可重复利用，阻力约100Pa，过滤效率高，安全可靠，但是产品初投资高，市场产品质量参差不齐，需要对市场产品做调研对比分析。

2.3 改造方案对比分析

本项目改造范围的14台新风机组和组合式空调机组风机出口静压在600-750Pa之间，只有1台组合式空调机组的风机出口静压为900Pa。如果增加中效过滤段使系统总阻力增加200-300Pa，会对送风量影响较大，送风量也是影响室内空气质量和人员热舒适度的重要因素；同时风机耗能增加，需要考虑原来电机配置以及供电是否满足要求。因此在选择净化过滤段时一定要考虑过滤段阻力的影响。

根据净化过滤器的功能特点，综合考虑过滤效果和过滤段阻力的影响，提出以下两种方案，同时为了提高净化过滤段的改造效果，对所有新风机组和空调机组进行深度清洁。

方案一：保留初效过滤段，增加袋式中效过滤段，更换空调机组风机以满足系统阻力和送风量的要求，原电机选型有一定的余量暂不更换。

方案二：拆卸原来初效过滤段，更换为组合式初效+微静电过滤器，由于组合式初效和微静电过滤器过滤段阻力不大于100Pa，相对原来的初效过滤段产品阻力略低，不更换空调机组内部组件。

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对两个改造方案对比分析得出，尽管方案一过滤段的净化效果比方案二略高5%，但是方案还需要更换风机，加装中效过滤段，改造施工周期相对方案二较长。从经济分析，方案一和方案二的改造初投资基本一致，由于微静电过滤段的产品寿命8年，8年内的过滤段维护费用方案一是方案二的5.7倍，包括初投资和8年运行维护的总费用方案一总费用是方案二的2.7倍。综合比较，本项目选择方案二。

3. 改造方案实施与结果分析

本项目工程改造实施时间从2018年8月中旬到8月到9月底共计1.5个月。为了不影响整个建筑的正常运维，本项目的改造时间主要安排在周末进行。并根据项目空调机组服务空间、机组设备安装位置等采用样例先行以及分组组织实施的方案。

从改造前后的测试数据分析，尽管空调机组的净化过滤段从初效改造为中高效净化过滤段，空调机组总压差不仅没有升高，反而有从10-176Pa不同程度的降低。降低的主要原因包括1）组合式初效和微静电过滤器过滤段阻力低；2）空调机组冷热盘管和箱体深度清洁，冷热盘管段阻力降低。空调机组总压差降低差别较大原因，主要因为组合式初效和微静电过滤段是模块化产品，根据空调机组的尺寸在不足一个模块的地方采用不透风的金属材料封堵；封堵面积的大小对空调机组总压降影响较大，封堵面积越大，空调机组的总阻力越大。空调机组冷热盘管的清洁程度也会影响机组总压降，冷热盘管积灰越厚，盘管和空调机组总的阻力越大。

大部分空调机组总送风量有10%-20%的提升，两台机组有40%-70%的提升。空调机组总送风量和空调机组总压差减少有一定的相关性，随着总压差降低增大，总新风量成增加的趋势。PAU-002和PAU-009机组总压差和机组送风量基本不变。AHU-004机组总压差减少较大，总送风量基本没有增加，主要是因为空调机组箱门损坏漏风严重。

在空调机组送风口处测量，大部分空调机组净化过滤效率在75%以上，接近50%空调机组净化效率达到90%以上。AHU-004 和AHU-006A空调机组净化效率约55%，主要原因是空调机组设备老化，净化过滤段后和送风机之前的负压段箱体和箱门漏风严重，没有处理的机房空气渗入导致净化效率偏低。

4. 总结与改进

结合本项目的空调机组过滤段改造工作，我们总结以下需要注意或改进的事项：

1）空调机组的安全保护；项目空调机组原来原来初效过滤段配置有安装框架，考虑到机组运行已经接近20年，机组内仍有足够的空间安装新的组合式初效和微静电净化过滤段，原初效过滤段框架保存。

2）净化过滤段模块；组合式初效和微静电净化过滤产品项目采用品牌暂时只有两个标准尺寸的模板，不足一个模块的部分需要采用钢板等材料封堵，减少净化过滤面积，增加净化过滤段的阻力，不利于整体的送风量提升。建议后续项目采用多样化的产品模块或根据项目设备尺寸订制。

3）空调机组以及过滤段的运行维护；空调机组和过滤段需要根据天气、压差等进行定期清洁维护，必要时对空调机组进行预防性维护和更换。

4）节能效果持续跟踪；本项目改造工作，空调机组总的压力损失降低，会引起机组送风压力的改变，有利于减少空调机组运行的能耗，后续项目会持续跟进机组的能耗使用情况。

5）智能化监测与展示；项目改造仅在空调机组范围内，为了更好地管理室内空气质量指标，建议后期采用智能化的监测探头动态监测典型与重要区域室内空气质量指标，根据监测结果调整优化运行与提升。