一次回风全空气系统在商业建筑中的应用分析

石磊 吴荣 梁雄光

保利商业地产投资管理有限公司

商业建筑的空调形式按负担室内空调负荷所用介质可分为：全空气系统，空气-水系统，冷剂系统。其中全空气系统在商业空调设计中有着空气品质好、节能效果明显、维护简便等众多优点，迅速得到设计行业、商业管理的广泛认可。本文结合实际项目为例，针对全空气（一次回风露点送风空调系统）与另外两种常规空气-水系统对比分析，探讨全空气空调系统在商业项目上的应用特性。

1 实际工程案例

以佛山保利Mall 项目永盟区域首层为例，对几种空调系统进行对比分析。商业建筑对送风温度要求不高，采用露点送风方式，按室内设计温度26 ℃、相对湿度50%考虑。

佛山市（同广州市）夏季室外空气计算参数具体见表1：

表1 佛山市夏季室外计算参数

1.1 三种空调形式设计：

1.1.1 一次回风露点送风的全空气系统

佛山保利Mall 项目首层北端永盟区域空调面积约3660 m2，一次设计为全空气系统，选用了3 台同型号参数的卧式空调机组：L=36000 m3/h；H=300 Pa；Q=288 kW；N=15 kW。

商场按人员密度0.4 人/m2计，人均新风量取20 m3/(h·人)（参考文献[1]第3.0.6 条），则单台空调机组夏季工况设计新风量为：L新=3660×0.4×20÷3=9760≈10000 m3/h。

夏季室内设计参数（tN=26 ℃，φN=50%，tN=52.9 kJ/kg，dN=10.5 g/kg 干空气），则室外气象的参数（tW=34.2 ℃，φW=68%，tW=95 kJ/kg，dW=23.7 g/kg 干空气），在焓湿图上绘制曲线如图1 所示：

图1 永盟区域一次回风系统h-d 图

查图可以知道C 点：焓值hC=64.6 kJ/kg，相对湿度dC=14.2 g/kg干空气。

由空调机组表冷段处理过程知：QS=G(hC-hL)，而QS=288 kW，送风量G=36000×1.01/3600=10.1 kg/s。代入上式可得hL=36.1 kJ/kg，空调机组机器露点取φ=90%[2]，则在焓湿图上可知对应露点相对湿度dL=8.8 g/kg 干空气。则：承担室内负荷Q0=G×(hN-hL)=10.1×(52.9-36.1)≈170 kW，其中显热负荷为Q显=G×(tN-tL)=10.1×(26-13.8)=123 kW，承担新风负荷QX=QS-Q0=288-170=118 kW。

1.1.2 风机盘管加新风系统

根据文献[1]第7.3.10 条“风机盘管加新风空调系统设计，新风宜直接送入人员活动区”，为便于分析计算，设定风机盘管只承担室内负荷，新风只承担新风本身的负荷。

选取一台全空气系统空调机组对应的空调面积，若设计选用风机盘管加新风系统，新风机组露点（φ=90%）送风且处理至室内等焓线，则选用：

新风机：QX=118 kW，LX=10000 m3/h。

风机盘管：选用某品牌编号为GFC-08-CC-3S 的三排管标准型（12 Pa 静压），其全热量为7.92 kW，显热量为5.85 kW。

根据前述计算有：室内冷负荷Q0=170 kW，显热负荷为Q显=123 kW。

按全热计算应设计风机盘管台数n1=170/7.92=21.5≈22 台，按显热计算应设计风机盘管台数n2=123/5.85≈21 台，对比选择设计台数取22 台。

1.1.3 吊柜加新风系统

若设计选用吊柜加新风系统，则选用：

新风机：QX=118 kW，LX=10000 m3/h。

吊柜：选用某品牌编号为AH04B-6R 的六排管设备，其额定风量为4000 m3/h，额定冷量为30.7 kW。则n=170/30.7=5.54 台，选择设计台数取6 台。

1.2 空调系统配置对比

首层北端永盟区域采用三种不同空调系统的设备表统计对比如表2 所示：

表2 空调系统配置对比

1.3 空调系统造价分析

参考某设备厂商的供货单价，三种空调系统设备采购价格如表3 统计：

表3 空调系统造价对比

结论：由表3 可知，三种系统在设备成本上A 系统最低，B 系统及C 系统分别比其高出8.6%及25%。

此外三种空调系统总风量相当，对于风系统、水系统施工下料而言，末端越分散、管道布置越密集其对应的铁皮用料、管材、阀门阀件的用量越多，总造价也相应越高，因此A 系统较B、C 系统在施工用料成本上也能减少预算。

1.4 维护成本

全空气系统属与集中式空调系统。在运营中需对空调机组进行集中维护：空调机组应定期对风阀、表冷器、电机等每周定期检查一次，风阀开启或关闭时应注意是否运行平稳、无异响，表冷器是否积灰、泄漏，电机皮带存在严重磨损、变形等。同时还应对空调系统回风口、滤网行定定期清洗。

风机盘管加新风系统属半集中式空调系统。新风机组外均分散布置在空调区各处，清洗维护类似上述全空气系统空调机组。风机盘管在运营中需逐个进行维护：定期对其回风过滤网进行清洗，定期清洗其供水管Y 型过滤器。

由此可见集中设备管理维护较半集中设备更为便利，全空气系统在后期运营过程中成本更低，故障数更低。机组检修工作无需进入商户进行，不影响商户经营以及商户或公区天花的完整性。

2 全空气系统的变新风及全新风运行

前述三种系统的风速调节的需求亦有区别：风机盘管及吊柜一般仅为三速调节，在很大程度上直接制约了末端运营的节能性。而组合式空调机组的电机转速一般在50%～100%范围可调，其对应电机功率则在12.5%～100%之间变换，其节能效益相当可观。

如图2 所示，一次回风系统如果关闭或者调小回风阀开度，加大新风阀开度，系统即在全新风或变新风工况下运行。这种工况广泛应用于过渡季和新风冷却节能运行中。一般春、秋季甚至夏季极端情况下空调系统新风比焓可能小于回风比焓，此时即为常说的过渡季[3]。变新风工况常用于冬季，由于人员、灯光、设备等散热，商业内区仍然需要空调系统供冷，但新风温度远低于室内设计温度，可通过调节新风比达到舒适的送风温度。

图2 一次回风空调平面图

以佛山地区11 月、12 月为例，当地11 月、12 月历史平均最高温度分别为26 ℃、21 ℃，完全可以采用全新风或变新风工况运行，此时的设计送风量一般为夏季标准工况送风量的70%，电机转速则为设计转速的70%，因电机功率E 与转速n 的三次方成正比[4]：

根据前述佛山保利Mall 项目首层永盟区域全空气系统空调机组总配电功率：E1=15*3=45 kW，又因n2/n1=0.7，则可得E2≈15.5 kW。

由此可见，全新风或变新风工况时，电机功率仅为满负荷工况的34.3%，大大节省了空调运行能耗。其既能在不影响室内空气品质的前提下节省末端运行能耗，又可节约制冷主机及水泵能耗。而风机盘管（或吊柜）加新风系统的新风量受限，仍需依靠水系统带走室内负荷，即便在过渡季利用冷却塔免费供冷[5]，仍然避免不了水泵、冷却塔电机的能源消耗。

3 全空气空调系统在旧改项目中存在困难

虽说全空气空调系统拥有诸多优势，但旧改项目往往由于既有条件的制约而影响到空调系统的改造：

①新风井尺寸不足：商场原空调设计未考虑全新风工况，其新风井设计风量仅为夏季工况的计算风量（约送风量的30%[6]），若改造后需考虑全新风运行，则新风井面积需扩大至两倍以上，这在土建条件已经成型的建筑中实现难度较大。

②现有新、回风阀无电动调节功能：原设计未考虑变新风运行，其新、回风阀仅可开启及关闭。改造设计中需更换新、回风阀为电动调节阀，并将其纳入BA 控制中。

③BA 控制策略问题：原设计BA 控制功能简单，一般根据商场回风温度调节水系统末端流量或者间歇性停开空调机组从而达到降费目的，其节能效果比较有限且影响商场人员舒适度。改造设计中需加入新回风比调节、送风量调节等控制策略。

④风机变频特性曲线、控制逻辑相关问题：送风量调节与风机性能曲线息息相关，既有风机若不具备变频控制条件，改造中则以在外部增设变频器的手段实现其变频运行。但由于风机特性曲线的制约，其变频后各个工况点所对应的效率值是否仍在合理范围内尚需根据风机各自情况进行分析确定，符合条件则较容易实施，否则需更换风机甚至整个空调机组。

4 结语

三种空调系统对比情况如表4 所示：

表4 空调系统综合情况对比

可见全空气空调系统较另外两种半集中系统更适合在商业建筑中广泛应用，不论是初投资还是后期维护投资都能节省费用，运营过程中也有优异的节能表现。此外，全空气空调系统由于商业区域仅有风管排布、无需机组吊装，更利于开展管线综合布置及BIM 设计工作，从而降低施工难度和节省施工费用。

全空气空调系统在旧改项目中仍存在不少困难，需结合项目实际情况具体分析，找出最佳解决途径以达到利用尽可能小的投资取得尽可能大的节能降费效果。