既有建筑集中空調系統過濾段改造分析

張 迪

第一太平戴維斯物業服務（北京）有限公司上海分公司 上海 200023

1. 引言

室內空氣質量是衡量綠色建筑與健康建筑的重要指標，是影響建筑使用者身心健康和工作效能表現的重要因素。影響室內空氣質量的重要因素主要包括室外空氣質量、室內污染源、室內通風情況以及污染物的消散機制。建筑內部引入室外新鮮空氣的主要目的是對室內污染的空氣進行稀釋，減少室內污染源對人體的危害。但室外空氣污染日益嚴重，大氣中懸浮顆粒污染物日益增多。根據世界衛生組織的報道，2016年91%的世界人口住在沒有達到世衛組織空氣質量指南水準的地方；PM2.5及更小的顆粒物質能導致心血管系統、呼吸道系統疾病以及癌癥。為了提高室內空氣質量和降低建筑使用人員的健康風險，對于公共建筑集中空調系統，在保證合理的室外新風量、通風以及氣流組織的前提下，對室外新風以及室內回風內的顆粒物凈化過濾十分必要。

國內外綠色建筑和健康建筑標準對空調系統新風和回風有凈化過濾的要求。我國綠色建筑評價標準GB/T 50378-2014要求設置中效過濾段；中國健康建筑標準要求設計空氣凈化裝置降低室內污染物濃度；美國LEED V4 標準要求機械通風空間新風量滿足ASHRAE 62.1-2010 標準，新風系統或空調通風系統的過濾等級至少達到符合ASHRAE 52.2-2007標準的MERV13等級或符合CEN標準EN 779-2002標準的F7等級。WELL標準設計新風量必須滿足ASHRAE 62.1-2010 標準，新風凈化過濾等級根據年平均室外PM2.5 濃度達到MERV8至MERV16 不同等級，如上海2017年平均室外PM2.5濃度為39微克每立方米，最低凈化過濾等級至少達到MERV14或F8等級。

對既有公共建筑的新風系統和空調系統調研發現，大部分空調系統的凈化過濾等級不滿足市場主流綠色健康建筑的最低要求，甚至許多剛剛竣工投入運營的建筑，新風系統和空調系統凈化過濾等級僅達到F5等級。近幾年隨著人們對室內空氣質量和健康的重視，以及新型辦公空間的變革，首批走在市場前列的既有建筑開始探索對其新風系統和空調系統凈化過濾系統進行改造，并結合智能化的監測展示系統，以期提高室內空氣質量和智能化水平，增加其市場競爭力和健康可持續的宣傳。然而對于既有公共建筑過濾段改造并不是僅僅更換空調機組的一個組件那么簡單，需要綜合考慮空調系統的正常運行、產品功能特性、改造成本、改造效果以及后期運維成本等多個因素，本文通過分享既有建筑項目空調系統過濾端改造的實際工程案例，為其他既有建筑改造方案比選和實施提供借鑒。

2 既有建筑改造方案與分析

2.1 項目現有空調系統和過濾段情況

本項目是位于上海市的商業辦公綜合體，包括一個4層的商業裙房和一個36層的辦公塔樓，總建筑面積約6萬平方米，地上建筑面積約5平方米。項目竣工時間1999年。

項目辦公大堂和商業區域采用全空氣定風量系統，商業區域室外新風經過新風機組預處理后與室內回風混合，再經過組合式空調機組處理后送入室內，商業區域共設計4臺新風機組和4臺組合式空調機組；辦公大堂直接采用2臺組合式空調機組對混合后的室外新風和回風進行處理。辦公區域采用風機盤管+獨立新風系統，通過新風機組PAU處理后的新風，與回風混合后通過風機盤管送入室內。辦公區域設置6臺新風機組。

除辦公區域2016年新更換的一臺新風機組外，其他新風機組和組合式空調機組內均沒有中效凈化過濾段，僅安裝板式初效凈化過濾段。本項目對空調系統凈化過濾段改造要求達到美標MERV13或歐標F7的凈化等級。

2.2 凈化過濾段類型與分析

根據凈化過濾產品功能特點以及市場應用情況，過濾段改造的產品主要包括傳統的袋式中效過濾器、高壓靜電過濾器和微靜電過濾器三類。傳統中效袋式過濾器是通過物理過濾的方式去除空氣中的顆粒物，具有過濾效率高、容塵量大和過濾面積大的優點，終阻力在200-300Pa；最大的缺點是無法重復利用，需要頻繁更換濾芯；盡管初投資小，但是后期運行維護成本較高。傳統的高壓靜電過濾器解決了袋式過濾器阻力大和無法重復利用的問題，但是過濾效率低、安全性較低，且產生臭氧、氮氧化物等二次污染；微靜電過濾器兼具有前兩種過濾器的優點，可重復利用，阻力約100Pa，過濾效率高，安全可靠，但是產品初投資高，市場產品質量參差不齊，需要對市場產品做調研對比分析。

2.3 改造方案對比分析

本項目改造范圍的14臺新風機組和組合式空調機組風機出口靜壓在600-750Pa之間，只有1臺組合式空調機組的風機出口靜壓為900Pa。如果增加中效過濾段使系統總阻力增加200-300Pa，會對送風量影響較大，送風量也是影響室內空氣質量和人員熱舒適度的重要因素；同時風機耗能增加，需要考慮原來電機配置以及供電是否滿足要求。因此在選擇凈化過濾段時一定要考慮過濾段阻力的影響。

根據凈化過濾器的功能特點，綜合考慮過濾效果和過濾段阻力的影響，提出以下兩種方案，同時為了提高凈化過濾段的改造效果，對所有新風機組和空調機組進行深度清潔。

方案一：保留初效過濾段，增加袋式中效過濾段，更換空調機組風機以滿足系統阻力和送風量的要求，原電機選型有一定的余量暫不更換。

方案二：拆卸原來初效過濾段，更換為組合式初效+微靜電過濾器，由于組合式初效和微靜電過濾器過濾段阻力不大于100Pa，相對原來的初效過濾段產品阻力略低，不更換空調機組內部組件。

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對兩個改造方案對比分析得出，盡管方案一過濾段的凈化效果比方案二略高5%，但是方案還需要更換風機，加裝中效過濾段，改造施工周期相對方案二較長。從經濟分析，方案一和方案二的改造初投資基本一致，由于微靜電過濾段的產品壽命8年，8年內的過濾段維護費用方案一是方案二的5.7倍，包括初投資和8年運行維護的總費用方案一總費用是方案二的2.7倍。綜合比較，本項目選擇方案二。

3. 改造方案實施與結果分析

本項目工程改造實施時間從2018年8月中旬到8月到9月底共計1.5個月。為了不影響整個建筑的正常運維，本項目的改造時間主要安排在周末進行。并根據項目空調機組服務空間、機組設備安裝位置等采用樣例先行以及分組組織實施的方案。

從改造前后的測試數據分析，盡管空調機組的凈化過濾段從初效改造為中高效凈化過濾段，空調機組總壓差不僅沒有升高，反而有從10-176Pa不同程度的降低。降低的主要原因包括1）組合式初效和微靜電過濾器過濾段阻力低；2）空調機組冷熱盤管和箱體深度清潔，冷熱盤管段阻力降低。空調機組總壓差降低差別較大原因，主要因為組合式初效和微靜電過濾段是模塊化產品，根據空調機組的尺寸在不足一個模塊的地方采用不透風的金屬材料封堵；封堵面積的大小對空調機組總壓降影響較大，封堵面積越大，空調機組的總阻力越大。空調機組冷熱盤管的清潔程度也會影響機組總壓降，冷熱盤管積灰越厚，盤管和空調機組總的阻力越大。

大部分空調機組總送風量有10%-20%的提升，兩臺機組有40%-70%的提升。空調機組總送風量和空調機組總壓差減少有一定的相關性，隨著總壓差降低增大，總新風量成增加的趨勢。PAU-002和PAU-009機組總壓差和機組送風量基本不變。AHU-004機組總壓差減少較大，總送風量基本沒有增加，主要是因為空調機組箱門損壞漏風嚴重。

在空調機組送風口處測量，大部分空調機組凈化過濾效率在75%以上，接近50%空調機組凈化效率達到90%以上。AHU-004 和AHU-006A空調機組凈化效率約55%，主要原因是空調機組設備老化，凈化過濾段后和送風機之前的負壓段箱體和箱門漏風嚴重，沒有處理的機房空氣滲入導致凈化效率偏低。

4. 總結與改進

結合本項目的空調機組過濾段改造工作，我們總結以下需要注意或改進的事項：

1）空調機組的安全保護；項目空調機組原來原來初效過濾段配置有安裝框架，考慮到機組運行已經接近20年，機組內仍有足夠的空間安裝新的組合式初效和微靜電凈化過濾段，原初效過濾段框架保存。

2）凈化過濾段模塊；組合式初效和微靜電凈化過濾產品項目采用品牌暫時只有兩個標準尺寸的模板，不足一個模塊的部分需要采用鋼板等材料封堵，減少凈化過濾面積，增加凈化過濾段的阻力，不利于整體的送風量提升。建議后續項目采用多樣化的產品模塊或根據項目設備尺寸訂制。

3）空調機組以及過濾段的運行維護；空調機組和過濾段需要根據天氣、壓差等進行定期清潔維護，必要時對空調機組進行預防性維護和更換。

4）節能效果持續跟蹤；本項目改造工作，空調機組總的壓力損失降低，會引起機組送風壓力的改變，有利于減少空調機組運行的能耗，后續項目會持續跟進機組的能耗使用情況。

5）智能化監測與展示；項目改造僅在空調機組范圍內，為了更好地管理室內空氣質量指標，建議后期采用智能化的監測探頭動態監測典型與重要區域室內空氣質量指標，根據監測結果調整優化運行與提升。