公共建筑空調系統節能性能實測與分析

常儇宇，黃金美（昆山市建設工程質量檢測中心， 江蘇 昆山 215337）

目前，建筑能耗占據社會總能耗的 1/3 ，特別是公共建筑，更是能耗巨大[1-2]。公共建筑能耗又以采暖和空調能耗為主[3-5]，在整個空調系統中，空調水系統的能耗約占整個中央空調系統能耗的 80% ，風系統能耗約占用電量的20%。空調水系統及風系統的有效運行是空調系統節能的關鍵。通過對通風系統尤其是空調系統的檢測，可以準確地反映各個系統及設備的運行情況，為后期提升系統運行效率提供參考依據。本文以實際工程為例，通過現場實測，分析了空調系統在運行中出現的問題，并提出了優化建議。

1 項目概況

該建筑主要功能為辦公使用，總建筑面積為 6 892 m2，地上 6 F，局部地下 1 F，結構形式為框架結構，建筑總高度為 22.4 m。1～6 F 為辦公、小型會議室、研發及實驗室等，地下 1 F 為設備用房。該辦公樓嚴格按照國家和地方的各項節能規范設計，采用土壤源熱泵空調系統為辦公樓提供夏季制冷和冬季供熱，在建筑周圍空地及綠化帶埋管，埋管數量為 160 口井，每口井深度為 90 m。空調系統夏季設計冷負荷為 654.9 kW，冬季設計熱負荷為 430.9 kW，設有 2 臺空調主機，末端風盤 155 臺，新風換氣機 13 臺。空調系統分高、低區 2 個系統，高、低區各采用 1 臺土壤源熱泵機組。空調末端采用風機盤管加新風系統。空調主機布置在地下設備房，空調系統中為地源熱泵機組土壤熱平衡調節使用的冷卻塔布置于辦公樓屋頂平臺。夏季空調系統設計供回水溫度為 7 ℃ 和 12 ℃，冬季設計供回水溫度為 50 ℃ 和 45 ℃。

2 空調系統節能性能檢測

2.1 檢測內容

檢測時空調系統為夏季制冷工況。根據規范驗收要求，空調系統檢測內容包括室內溫濕度、水系統（空調系統冷、熱水總流量）、風系統（各風口的風量）、性能系數（冷水機組性能系數及空調系統性能系數）。

2.2 檢測依據

檢測依據包括項目施工圖設計文件、DGJ 32/J 96—2010《公共建筑節能設計標準》、GB 50243—2016《通風與空調工程施工質量驗收規范》、GB 50411—2019《建筑節能工程施工質量驗收標準》、JGJ 177—2009《公共建筑節能檢測標準》。

2.3 檢測設備

檢測設備包括風量罩、超聲波流量計、多路溫濕度巡檢測試儀、數字式鉗式功率計、電阻溫度計、手持式溫度測試儀。

2.4 檢測

2.4.1 室內溫度檢測

空調末端采用風機盤管加新風，各空調房間均設有獨立的室溫調節開關。辦公及會議室設計溫度夏季為 26 ℃，冬季為 18 ℃。研發及實驗室設計溫度夏季為 24 ℃，冬季為20 ℃。

檢測開始前檢查檢測儀器是否正常，將檢測儀器復位并進行自檢，直至儀器正常。檢測應在空調系統已穩定運行的情況下進行，檢測時嚴格按 GB 50243—2016 規定、GB 50411—2019 的 17.2.2 執行。房間數量為受檢樣本基數，最小抽樣數量按 GB 50411—2019 的 3.4.3 的規定執行，如表1 所示，且均勻分布，并具有代表性。對面積＞100 m2的房間或空間，可按每 100 m2劃分為多個受檢樣本。公共建筑的不同典型功能區域檢測部位應 ≥ 2 處。根據標準規定，辦公室共計 52 個，抽檢房間 5 個；會議室 5 個，抽檢2 個；研發及實驗室 15 個房間，抽檢 2 個。標準規定夏季不得高于設計計算溫度 26 ℃，且應 ≥ 1 K，設計要求研發及實驗室夏季高于設計計算溫度 1 K，且應 ≥ 0.5 K。

表1 最小抽樣數量

2.4.2 水系統檢測

項目空調水系統包括用戶側循環水系統和地源側循環水系統。檢測參數為系統水流量，即用戶側冷凍系統總流量和地源側冷卻系統總流量。水流量檢測是為了確定空調系統是否有足夠的制冷能力和地源側是否有足夠的散熱能力。現場檢測采用的設備為超聲波流量計。測量斷面設置在距上游局部阻力構件 10 倍管徑、下游局部阻力構件 5 倍管徑的長直管段上。根據標準 GB 50411—2019 的規定，空調系統冷熱水、冷卻水總流量的偏差 ≤ 10% 。

2.4.3 風系統檢測

本項目空調系統末端采用風機盤管加新風的形式，新風換氣機設置于每層的走廊吊頂里，每個樓層東西向各設置 1臺新風機組。新風機組采用全熱新風換氣機，在過渡季節可采用全新風運行，在空調季節利用室內的排風對室外新風進行預冷（熱），具有較好的節能效果。風系統檢測參數為各風口風量和通風空調系統總風量。

各風口風量檢測采用風量罩法，通風空調系統總風量檢測采用風口風速法檢測，測點處氣流比較平穩，測點與局部阻力部件的距離規定為距上游局部阻力部件 ≥ 5 倍管道直徑（或矩形風管長邊尺寸）、距下游局部阻力部件 ≥ 2 倍管道直徑（或矩形風管長邊尺寸）。本工程新風機組的出風接室內風機盤管出風口，檢測參數為各風口的風量。根據表1 中的規定，本項目風機盤管共 155 臺，抽檢數量為 13臺，允許偏差 ≤ 15%。根據檢測方案，對抽檢的風盤進行風口、風量的檢測。

2.4.4 性能系數檢測

本項目空調系統采用多種節能手段。① 空調冷、熱源采用可再生能源利用技術。空調系統采用土壤換熱，夏季利用土壤冷卻制冷，冬季吸取土壤中的熱量進行制熱。② 空調循環水泵采用變頻控制。本項目各用戶側系統采用一、二次泵系統，一次泵定流量運行，二次泵變流量運行，二次泵可根據系統末端設置的壓差監測點控制水泵的運行，節約系統的輸配能耗。③ 采用熱回收技術。新風系統采用全熱交換機組，在過渡季節可采用全新風運行，在空調季節利用室內的排風對室外新風進行預冷（熱），具有較好的節能效果。

空調主機性能系數的檢測參數：空調機組用戶側、地源側進出水溫差，空調機組用戶側、地源側水流量，空調機組的輸入功率。空調系統的性能系數的檢測參數，用戶側總管進出水溫差和地源側總管進出水溫差，用戶側總管水流量及地源側總循環水流量，空調機組及空調循環水泵輸入總功率。

測試機組測試期間的平均制冷（熱）量按式（1）計算。

式中：V—空調機組用戶側平均流量，m3/h；

ρ—冷（熱）水平均密度，kg/m3；

c—冷（熱）水平均定壓比熱容，J/(kg·K)；

Δtw—熱泵機組用戶側進出口水溫差，K。

冷水（熱泵）機組性能系數 COP 按式 （2）計算。

式中：Ni—機組平均輸入功率，kW。

2.5 檢測結果及分析

2.5.1 檢測結果

檢測結果包括以下幾個方面。

（1） 所抽檢的辦公室面積為 15 m2、25 m2、28 m2、30 m2、45 m2，所抽檢的會議室房間面積為 35 m2和 40 m2，研發室、試驗室抽檢的房間面積為 50 m2和 38 m2。每個房間檢測 2 處。經檢測，抽檢房間均滿足要求。具體檢測數據如表2 所示。

表2 室內平均溫度檢測數據 ℃

（2）經檢測，空調系統低區冷水總流量偏差過大，超出允許偏差范圍。空調水系統水流量檢測結果如表3 所示。

表3 空調水系統水流量檢測結果

（3）空調風系統機組性能參數檢測結果均小于設計值，符合規范要求。具體數值結果如表4 所示。

表4 機組性能參數檢測結果

（4）經檢測，機組性能系數及系統性能系數檢測結果均與設計值有較大偏差。具體數值結果如表5 、表6 所示。

表5 機組性能參數測試結果

表6 系統性能參數測試結果

2.5.2 測試結果分析

（1）對辦公樓空調系統夏季室內溫濕度的檢測結果表明，室內溫濕度基本能滿足設計要求，同時滿足室內舒適要求，室內空調機組運轉正常，未出現異常噪聲，室內溫度調節開關設置溫度滿足節能要求。

（2）空調水系統檢測結果表明，高區用戶側、地源側空調循環水流量偏差滿足標準要求，低區空調系統水流量與設計值偏差為 11.5%，超過標準要求。從現場查看高區系統循環水泵的選型與空調主機匹配較好，低區系統主機與水泵匹配欠佳，水泵水流量超過主機水流量的 11%，水泵選型明顯偏大，導致測試數值超出水泵設計流量偏差較大，從長期運行的經濟成本角度分析，建議更換小水泵與主機相匹配，從而降低水泵運行費用。

（3）空調風系統的檢測表明，本項目空調機組抽測的各風口風量實測數值與設計值偏差較小，均小于規范規定的15% 偏差，符合設計要求，室內有較好的氣流組織。

（4）性能系數檢測結果表明，本項目選用的 2 臺機組及高區、低區系統的性能系數遠小于設計值。經現場查勘分析，機組的進出水溫差遠遠小于設計的 5 K，主要原因是在空調系統運行時，變頻水泵未及時根據系統控制點的壓差情況做出水流量調節。通過對壓差監測點進行重新調試后，系統的性能系數明顯提高。

3 結 語

綠色建筑高質量發展，要求空調系統在高效節能的同時要為人們提供舒適、健康的空間和環境，公共建筑在自然通風的基礎上采用高效的空調通風調節系統是必不可少的。空調系統測試并非只在工程竣工驗收前進行，而應根據系統實際運行情況定期實施，通過對空調節能性能測試，可以準確發現系統運行中存在的問題，指導系統進一步優化。因此，空調系統節能性能檢測是保障空調系統高效運行的有效手段。