公共建筑空调系统节能性能实测与分析

常儇宇，黄金美（昆山市建设工程质量检测中心， 江苏 昆山 215337）

目前，建筑能耗占据社会总能耗的 1/3 ，特别是公共建筑，更是能耗巨大[1-2]。公共建筑能耗又以采暖和空调能耗为主[3-5]，在整个空调系统中，空调水系统的能耗约占整个中央空调系统能耗的 80% ，风系统能耗约占用电量的20%。空调水系统及风系统的有效运行是空调系统节能的关键。通过对通风系统尤其是空调系统的检测，可以准确地反映各个系统及设备的运行情况，为后期提升系统运行效率提供参考依据。本文以实际工程为例，通过现场实测，分析了空调系统在运行中出现的问题，并提出了优化建议。

1 项目概况

该建筑主要功能为办公使用，总建筑面积为 6 892 m2，地上 6 F，局部地下 1 F，结构形式为框架结构，建筑总高度为 22.4 m。1～6 F 为办公、小型会议室、研发及实验室等，地下 1 F 为设备用房。该办公楼严格按照国家和地方的各项节能规范设计，采用土壤源热泵空调系统为办公楼提供夏季制冷和冬季供热，在建筑周围空地及绿化带埋管，埋管数量为 160 口井，每口井深度为 90 m。空调系统夏季设计冷负荷为 654.9 kW，冬季设计热负荷为 430.9 kW，设有 2 台空调主机，末端风盘 155 台，新风换气机 13 台。空调系统分高、低区 2 个系统，高、低区各采用 1 台土壤源热泵机组。空调末端采用风机盘管加新风系统。空调主机布置在地下设备房，空调系统中为地源热泵机组土壤热平衡调节使用的冷却塔布置于办公楼屋顶平台。夏季空调系统设计供回水温度为 7 ℃ 和 12 ℃，冬季设计供回水温度为 50 ℃ 和 45 ℃。

2 空调系统节能性能检测

2.1 检测内容

检测时空调系统为夏季制冷工况。根据规范验收要求，空调系统检测内容包括室内温湿度、水系统（空调系统冷、热水总流量）、风系统（各风口的风量）、性能系数（冷水机组性能系数及空调系统性能系数）。

2.2 检测依据

检测依据包括项目施工图设计文件、DGJ 32/J 96—2010《公共建筑节能设计标准》、GB 50243—2016《通风与空调工程施工质量验收规范》、GB 50411—2019《建筑节能工程施工质量验收标准》、JGJ 177—2009《公共建筑节能检测标准》。

2.3 检测设备

检测设备包括风量罩、超声波流量计、多路温湿度巡检测试仪、数字式钳式功率计、电阻温度计、手持式温度测试仪。

2.4 检测

2.4.1 室内温度检测

空调末端采用风机盘管加新风，各空调房间均设有独立的室温调节开关。办公及会议室设计温度夏季为 26 ℃，冬季为 18 ℃。研发及实验室设计温度夏季为 24 ℃，冬季为20 ℃。

检测开始前检查检测仪器是否正常，将检测仪器复位并进行自检，直至仪器正常。检测应在空调系统已稳定运行的情况下进行，检测时严格按 GB 50243—2016 规定、GB 50411—2019 的 17.2.2 执行。房间数量为受检样本基数，最小抽样数量按 GB 50411—2019 的 3.4.3 的规定执行，如表1 所示，且均匀分布，并具有代表性。对面积＞100 m2的房间或空间，可按每 100 m2划分为多个受检样本。公共建筑的不同典型功能区域检测部位应 ≥ 2 处。根据标准规定，办公室共计 52 个，抽检房间 5 个；会议室 5 个，抽检2 个；研发及实验室 15 个房间，抽检 2 个。标准规定夏季不得高于设计计算温度 26 ℃，且应 ≥ 1 K，设计要求研发及实验室夏季高于设计计算温度 1 K，且应 ≥ 0.5 K。

表1 最小抽样数量

2.4.2 水系统检测

项目空调水系统包括用户侧循环水系统和地源侧循环水系统。检测参数为系统水流量，即用户侧冷冻系统总流量和地源侧冷却系统总流量。水流量检测是为了确定空调系统是否有足够的制冷能力和地源侧是否有足够的散热能力。现场检测采用的设备为超声波流量计。测量断面设置在距上游局部阻力构件 10 倍管径、下游局部阻力构件 5 倍管径的长直管段上。根据标准 GB 50411—2019 的规定，空调系统冷热水、冷却水总流量的偏差 ≤ 10% 。

2.4.3 风系统检测

本项目空调系统末端采用风机盘管加新风的形式，新风换气机设置于每层的走廊吊顶里，每个楼层东西向各设置 1台新风机组。新风机组采用全热新风换气机，在过渡季节可采用全新风运行，在空调季节利用室内的排风对室外新风进行预冷（热），具有较好的节能效果。风系统检测参数为各风口风量和通风空调系统总风量。

各风口风量检测采用风量罩法，通风空调系统总风量检测采用风口风速法检测，测点处气流比较平稳，测点与局部阻力部件的距离规定为距上游局部阻力部件 ≥ 5 倍管道直径（或矩形风管长边尺寸）、距下游局部阻力部件 ≥ 2 倍管道直径（或矩形风管长边尺寸）。本工程新风机组的出风接室内风机盘管出风口，检测参数为各风口的风量。根据表1 中的规定，本项目风机盘管共 155 台，抽检数量为 13台，允许偏差 ≤ 15%。根据检测方案，对抽检的风盘进行风口、风量的检测。

2.4.4 性能系数检测

本项目空调系统采用多种节能手段。① 空调冷、热源采用可再生能源利用技术。空调系统采用土壤换热，夏季利用土壤冷却制冷，冬季吸取土壤中的热量进行制热。② 空调循环水泵采用变频控制。本项目各用户侧系统采用一、二次泵系统，一次泵定流量运行，二次泵变流量运行，二次泵可根据系统末端设置的压差监测点控制水泵的运行，节约系统的输配能耗。③ 采用热回收技术。新风系统采用全热交换机组，在过渡季节可采用全新风运行，在空调季节利用室内的排风对室外新风进行预冷（热），具有较好的节能效果。

空调主机性能系数的检测参数：空调机组用户侧、地源侧进出水温差，空调机组用户侧、地源侧水流量，空调机组的输入功率。空调系统的性能系数的检测参数，用户侧总管进出水温差和地源侧总管进出水温差，用户侧总管水流量及地源侧总循环水流量，空调机组及空调循环水泵输入总功率。

测试机组测试期间的平均制冷（热）量按式（1）计算。

式中：V—空调机组用户侧平均流量，m3/h；

ρ—冷（热）水平均密度，kg/m3；

c—冷（热）水平均定压比热容，J/(kg·K)；

Δtw—热泵机组用户侧进出口水温差，K。

冷水（热泵）机组性能系数 COP 按式 （2）计算。

式中：Ni—机组平均输入功率，kW。

2.5 检测结果及分析

2.5.1 检测结果

检测结果包括以下几个方面。

（1） 所抽检的办公室面积为 15 m2、25 m2、28 m2、30 m2、45 m2，所抽检的会议室房间面积为 35 m2和 40 m2，研发室、试验室抽检的房间面积为 50 m2和 38 m2。每个房间检测 2 处。经检测，抽检房间均满足要求。具体检测数据如表2 所示。

表2 室内平均温度检测数据 ℃

（2）经检测，空调系统低区冷水总流量偏差过大，超出允许偏差范围。空调水系统水流量检测结果如表3 所示。

表3 空调水系统水流量检测结果

（3）空调风系统机组性能参数检测结果均小于设计值，符合规范要求。具体数值结果如表4 所示。

表4 机组性能参数检测结果

（4）经检测，机组性能系数及系统性能系数检测结果均与设计值有较大偏差。具体数值结果如表5 、表6 所示。

表5 机组性能参数测试结果

表6 系统性能参数测试结果

2.5.2 测试结果分析

（1）对办公楼空调系统夏季室内温湿度的检测结果表明，室内温湿度基本能满足设计要求，同时满足室内舒适要求，室内空调机组运转正常，未出现异常噪声，室内温度调节开关设置温度满足节能要求。

（2）空调水系统检测结果表明，高区用户侧、地源侧空调循环水流量偏差满足标准要求，低区空调系统水流量与设计值偏差为 11.5%，超过标准要求。从现场查看高区系统循环水泵的选型与空调主机匹配较好，低区系统主机与水泵匹配欠佳，水泵水流量超过主机水流量的 11%，水泵选型明显偏大，导致测试数值超出水泵设计流量偏差较大，从长期运行的经济成本角度分析，建议更换小水泵与主机相匹配，从而降低水泵运行费用。

（3）空调风系统的检测表明，本项目空调机组抽测的各风口风量实测数值与设计值偏差较小，均小于规范规定的15% 偏差，符合设计要求，室内有较好的气流组织。

（4）性能系数检测结果表明，本项目选用的 2 台机组及高区、低区系统的性能系数远小于设计值。经现场查勘分析，机组的进出水温差远远小于设计的 5 K，主要原因是在空调系统运行时，变频水泵未及时根据系统控制点的压差情况做出水流量调节。通过对压差监测点进行重新调试后，系统的性能系数明显提高。

3 结 语

绿色建筑高质量发展，要求空调系统在高效节能的同时要为人们提供舒适、健康的空间和环境，公共建筑在自然通风的基础上采用高效的空调通风调节系统是必不可少的。空调系统测试并非只在工程竣工验收前进行，而应根据系统实际运行情况定期实施，通过对空调节能性能测试，可以准确发现系统运行中存在的问题，指导系统进一步优化。因此，空调系统节能性能检测是保障空调系统高效运行的有效手段。