一次回風全空氣系統(tǒng)在商業(yè)建筑中的應用分析

石磊 吳榮 梁雄光

保利商業(yè)地產(chǎn)投資管理有限公司

商業(yè)建筑的空調形式按負擔室內空調負荷所用介質可分為：全空氣系統(tǒng)，空氣-水系統(tǒng)，冷劑系統(tǒng)。其中全空氣系統(tǒng)在商業(yè)空調設計中有著空氣品質好、節(jié)能效果明顯、維護簡便等眾多優(yōu)點，迅速得到設計行業(yè)、商業(yè)管理的廣泛認可。本文結合實際項目為例，針對全空氣（一次回風露點送風空調系統(tǒng)）與另外兩種常規(guī)空氣-水系統(tǒng)對比分析，探討全空氣空調系統(tǒng)在商業(yè)項目上的應用特性。

1 實際工程案例

以佛山保利Mall 項目永盟區(qū)域首層為例，對幾種空調系統(tǒng)進行對比分析。商業(yè)建筑對送風溫度要求不高，采用露點送風方式，按室內設計溫度26 ℃、相對濕度50%考慮。

佛山市（同廣州市）夏季室外空氣計算參數(shù)具體見表1：

表1 佛山市夏季室外計算參數(shù)

1.1 三種空調形式設計：

1.1.1 一次回風露點送風的全空氣系統(tǒng)

佛山保利Mall 項目首層北端永盟區(qū)域空調面積約3660 m2，一次設計為全空氣系統(tǒng)，選用了3 臺同型號參數(shù)的臥式空調機組：L=36000 m3/h；H=300 Pa；Q=288 kW；N=15 kW。

商場按人員密度0.4 人/m2計，人均新風量取20 m3/(h·人)（參考文獻[1]第3.0.6 條），則單臺空調機組夏季工況設計新風量為：L新=3660×0.4×20÷3=9760≈10000 m3/h。

夏季室內設計參數(shù)（tN=26 ℃，φN=50%，tN=52.9 kJ/kg，dN=10.5 g/kg 干空氣），則室外氣象的參數(shù)（tW=34.2 ℃，φW=68%，tW=95 kJ/kg，dW=23.7 g/kg 干空氣），在焓濕圖上繪制曲線如圖1 所示：

圖1 永盟區(qū)域一次回風系統(tǒng)h-d 圖

查圖可以知道C 點：焓值hC=64.6 kJ/kg，相對濕度dC=14.2 g/kg干空氣。

由空調機組表冷段處理過程知：QS=G(hC-hL)，而QS=288 kW，送風量G=36000×1.01/3600=10.1 kg/s。代入上式可得hL=36.1 kJ/kg，空調機組機器露點取φ=90%[2]，則在焓濕圖上可知對應露點相對濕度dL=8.8 g/kg 干空氣。則：承擔室內負荷Q0=G×(hN-hL)=10.1×(52.9-36.1)≈170 kW，其中顯熱負荷為Q顯=G×(tN-tL)=10.1×(26-13.8)=123 kW，承擔新風負荷QX=QS-Q0=288-170=118 kW。

1.1.2 風機盤管加新風系統(tǒng)

根據(jù)文獻[1]第7.3.10 條“風機盤管加新風空調系統(tǒng)設計，新風宜直接送入人員活動區(qū)”，為便于分析計算，設定風機盤管只承擔室內負荷，新風只承擔新風本身的負荷。

選取一臺全空氣系統(tǒng)空調機組對應的空調面積，若設計選用風機盤管加新風系統(tǒng)，新風機組露點（φ=90%）送風且處理至室內等焓線，則選用：

新風機：QX=118 kW，LX=10000 m3/h。

風機盤管：選用某品牌編號為GFC-08-CC-3S 的三排管標準型（12 Pa 靜壓），其全熱量為7.92 kW，顯熱量為5.85 kW。

根據(jù)前述計算有：室內冷負荷Q0=170 kW，顯熱負荷為Q顯=123 kW。

按全熱計算應設計風機盤管臺數(shù)n1=170/7.92=21.5≈22 臺，按顯熱計算應設計風機盤管臺數(shù)n2=123/5.85≈21 臺，對比選擇設計臺數(shù)取22 臺。

1.1.3 吊柜加新風系統(tǒng)

若設計選用吊柜加新風系統(tǒng)，則選用：

新風機：QX=118 kW，LX=10000 m3/h。

吊柜：選用某品牌編號為AH04B-6R 的六排管設備，其額定風量為4000 m3/h，額定冷量為30.7 kW。則n=170/30.7=5.54 臺，選擇設計臺數(shù)取6 臺。

1.2 空調系統(tǒng)配置對比

首層北端永盟區(qū)域采用三種不同空調系統(tǒng)的設備表統(tǒng)計對比如表2 所示：

表2 空調系統(tǒng)配置對比

1.3 空調系統(tǒng)造價分析

參考某設備廠商的供貨單價，三種空調系統(tǒng)設備采購價格如表3 統(tǒng)計：

表3 空調系統(tǒng)造價對比

結論：由表3 可知，三種系統(tǒng)在設備成本上A 系統(tǒng)最低，B 系統(tǒng)及C 系統(tǒng)分別比其高出8.6%及25%。

此外三種空調系統(tǒng)總風量相當，對于風系統(tǒng)、水系統(tǒng)施工下料而言，末端越分散、管道布置越密集其對應的鐵皮用料、管材、閥門閥件的用量越多，總造價也相應越高，因此A 系統(tǒng)較B、C 系統(tǒng)在施工用料成本上也能減少預算。

1.4 維護成本

全空氣系統(tǒng)屬與集中式空調系統(tǒng)。在運營中需對空調機組進行集中維護：空調機組應定期對風閥、表冷器、電機等每周定期檢查一次，風閥開啟或關閉時應注意是否運行平穩(wěn)、無異響，表冷器是否積灰、泄漏，電機皮帶存在嚴重磨損、變形等。同時還應對空調系統(tǒng)回風口、濾網(wǎng)行定定期清洗。

風機盤管加新風系統(tǒng)屬半集中式空調系統(tǒng)。新風機組外均分散布置在空調區(qū)各處，清洗維護類似上述全空氣系統(tǒng)空調機組。風機盤管在運營中需逐個進行維護：定期對其回風過濾網(wǎng)進行清洗，定期清洗其供水管Y 型過濾器。

由此可見集中設備管理維護較半集中設備更為便利，全空氣系統(tǒng)在后期運營過程中成本更低，故障數(shù)更低。機組檢修工作無需進入商戶進行，不影響商戶經(jīng)營以及商戶或公區(qū)天花的完整性。

2 全空氣系統(tǒng)的變新風及全新風運行

前述三種系統(tǒng)的風速調節(jié)的需求亦有區(qū)別：風機盤管及吊柜一般僅為三速調節(jié)，在很大程度上直接制約了末端運營的節(jié)能性。而組合式空調機組的電機轉速一般在50%～100%范圍可調，其對應電機功率則在12.5%～100%之間變換，其節(jié)能效益相當可觀。

如圖2 所示，一次回風系統(tǒng)如果關閉或者調小回風閥開度，加大新風閥開度，系統(tǒng)即在全新風或變新風工況下運行。這種工況廣泛應用于過渡季和新風冷卻節(jié)能運行中。一般春、秋季甚至夏季極端情況下空調系統(tǒng)新風比焓可能小于回風比焓，此時即為常說的過渡季[3]。變新風工況常用于冬季，由于人員、燈光、設備等散熱，商業(yè)內區(qū)仍然需要空調系統(tǒng)供冷，但新風溫度遠低于室內設計溫度，可通過調節(jié)新風比達到舒適的送風溫度。

圖2 一次回風空調平面圖

以佛山地區(qū)11 月、12 月為例，當?shù)?1 月、12 月歷史平均最高溫度分別為26 ℃、21 ℃，完全可以采用全新風或變新風工況運行，此時的設計送風量一般為夏季標準工況送風量的70%，電機轉速則為設計轉速的70%，因電機功率E 與轉速n 的三次方成正比[4]：

根據(jù)前述佛山保利Mall 項目首層永盟區(qū)域全空氣系統(tǒng)空調機組總配電功率：E1=15*3=45 kW，又因n2/n1=0.7，則可得E2≈15.5 kW。

由此可見，全新風或變新風工況時，電機功率僅為滿負荷工況的34.3%，大大節(jié)省了空調運行能耗。其既能在不影響室內空氣品質的前提下節(jié)省末端運行能耗，又可節(jié)約制冷主機及水泵能耗。而風機盤管（或吊柜）加新風系統(tǒng)的新風量受限，仍需依靠水系統(tǒng)帶走室內負荷，即便在過渡季利用冷卻塔免費供冷[5]，仍然避免不了水泵、冷卻塔電機的能源消耗。

3 全空氣空調系統(tǒng)在舊改項目中存在困難

雖說全空氣空調系統(tǒng)擁有諸多優(yōu)勢，但舊改項目往往由于既有條件的制約而影響到空調系統(tǒng)的改造：

①新風井尺寸不足：商場原空調設計未考慮全新風工況，其新風井設計風量僅為夏季工況的計算風量（約送風量的30%[6]），若改造后需考慮全新風運行，則新風井面積需擴大至兩倍以上，這在土建條件已經(jīng)成型的建筑中實現(xiàn)難度較大。

②現(xiàn)有新、回風閥無電動調節(jié)功能：原設計未考慮變新風運行，其新、回風閥僅可開啟及關閉。改造設計中需更換新、回風閥為電動調節(jié)閥，并將其納入BA 控制中。

③BA 控制策略問題：原設計BA 控制功能簡單，一般根據(jù)商場回風溫度調節(jié)水系統(tǒng)末端流量或者間歇性停開空調機組從而達到降費目的，其節(jié)能效果比較有限且影響商場人員舒適度。改造設計中需加入新回風比調節(jié)、送風量調節(jié)等控制策略。

④風機變頻特性曲線、控制邏輯相關問題：送風量調節(jié)與風機性能曲線息息相關，既有風機若不具備變頻控制條件，改造中則以在外部增設變頻器的手段實現(xiàn)其變頻運行。但由于風機特性曲線的制約，其變頻后各個工況點所對應的效率值是否仍在合理范圍內尚需根據(jù)風機各自情況進行分析確定，符合條件則較容易實施，否則需更換風機甚至整個空調機組。

4 結語

三種空調系統(tǒng)對比情況如表4 所示：

表4 空調系統(tǒng)綜合情況對比

可見全空氣空調系統(tǒng)較另外兩種半集中系統(tǒng)更適合在商業(yè)建筑中廣泛應用，不論是初投資還是后期維護投資都能節(jié)省費用，運營過程中也有優(yōu)異的節(jié)能表現(xiàn)。此外，全空氣空調系統(tǒng)由于商業(yè)區(qū)域僅有風管排布、無需機組吊裝，更利于開展管線綜合布置及BIM 設計工作，從而降低施工難度和節(jié)省施工費用。

全空氣空調系統(tǒng)在舊改項目中仍存在不少困難，需結合項目實際情況具體分析，找出最佳解決途徑以達到利用盡可能小的投資取得盡可能大的節(jié)能降費效果。