辦公建筑的暖通空調系統案例診斷分析

程 烜 張文宇 卜 震

上海市建筑科學研究院

1 引言

既有建筑的暖通系統運行與效果診斷需要從建筑環境、圍護結構、暖通系統和自動控制系統等多個方面進行。診斷基于通過“現象”找“原因”、通過“個別性原因”找“系統性原因”相結合的診斷方法，從建筑已有的現象出發，檢查檢測關聯的系統設備，查找產生現象的原因，由表入里進行診斷排查，以確定現象產生的原因。同時采用科學的抽樣方法，對于同類別的現象進行分析診斷，從個別性原因出發歸類相似性現象，確定產生此類現象的系統性原因。

目前既有建筑的暖通系統運行效果不佳，主要是因以下原因導致：（1）初步設計和二次深化設計不合理；（2）運行維護不及時導致的硬件故障和性能衰減；（3）系統運行正常，但未達到節能運行的水平。本文以上海某既有辦公建筑為例，從建筑環境、圍護結構、暖通系統和自動控制系統著手，就運行維護不及時導致的硬件故障和性能衰減導致暖通系統運行效果不佳的問題進行診斷分析，為解決相類似的工程問題提供參考。

2 建筑概況

本案例的既有辦公樓位于上海市徐匯區某開發區內?？偨ㄖ娣e為23 835.11m2，其中地上部分為 13 277.01m2，地下面積 10 558.1 m2，建筑總高度為44.95m（見圖1、圖2）。

圖1 標準層平面示意圖

圖2 立面示意圖

空調系統的室內設計溫度見表1。建筑設計冷熱負荷分別為1 105kW和525kW，空調能耗冷熱指標為0.108kW/m2和0.051 kW/m2?？照{設計夏季供回水溫度為7℃/12℃，冬季供回水溫度為50℃/55℃。

表1 室內溫濕度設計值

空調風系統中，2～8層及1層辦公區采用全空氣單風道變風量空調系統，內外區各設置一臺空調箱。辦公樓外區新風機排風經屋頂熱回收集中處理后送入各層外區空調箱，內區空調箱由新風口直接吸入處理。氣流組織采用上送上回方式，單風道變風量末端送至房間，吊頂內集中回風。大堂層采用全空氣單風道定風量空調系統，氣流組織主要采用上送上回方式，由條形風口下送，同時采用下送風方式進行冷熱量補充。空調水系統采用四管制同程式系統。

3 技術路線

針對建筑空調冷源系統、空調風系統、空調自控系統、空調VAV末端和圍護結構等影響建筑內部空間溫度分布不均勻、導致末端風量控制、冷源系統運行異常問題的系統和主要設備展開。

診斷工作分為4個階段：空調系統測試與診斷階段、圍護結構測試與診斷階段、編制改造方案階段和改造單項復驗階段。各階段的分項工作內容如圖3所示。本文僅討論相關系統和設備的核查與診斷內容，即空調系統測試與診斷階段、圍護結構測試與診斷階段。

圖3 技術路線圖

4 測試與診斷

4.1 室內環境測試與診斷

（1）冬季室內溫度測試

測試當日，室外溫度：8.1℃，室外相對濕度：17.2%；抽檢5樓，平均溫度：24.6℃，平均相對濕度：48.6%，室內人員體感舒適。

經過對主要功能區室內環境測試，1F主要功能區室內溫度實測值均不滿足設計值（20℃）要求；2F、8F主要功能區室內溫度實測值滿足設計值（20℃）要求（見圖4、圖5）。

圖4 1F功能區室內環境溫度

圖5 2F功能區室內環境溫度

（2）夏季室內溫度測試

測試當日，室外溫度：36.7℃，室外相對濕度：39.6%；抽檢5樓，平均溫度：22.1℃，平均相對濕度：49.6%，室內人員體感舒適。

經過對主要功能區室內環境測試，8F部分辦公室溫度實測值不滿足設計值（25℃）要求，室內人員體感偏熱（見圖6）。

圖6 8F功能區室內環境溫度

（3）室內PM2.5測試

室外PM2.5濃度為148 mg/m3時，經過空調系統粗效、中效過濾系統過濾，室內PM2.5平均濃度為102 mg/m3，過濾效率僅為31%（見表2）。

表2 室內空氣質量檢測

4.2 空調系統檢測與診斷

4.2.1 組合式空調機組測試與診斷

本項目空調風系統中，1～8層及1層辦公區采用全空氣單風道變風量空調系統，內外區各設置一臺空調箱。辦公樓外區新風機排風經屋頂熱回收集中處理后送入各層外區空調箱，內區空調箱由新風口直接吸入處理。氣流組織采用上送上回方式，單風道變風量末端送至房間，吊頂內集中回風。1層大堂采用全空氣單風道定風量空調系統，氣流組織主要采用上送上回方式，由條形風口下送，同時采用下送風方式進行冷熱量補充。

（1）通過對空調箱總送風量的檢測發現，空調箱普遍存在送風能力不足的情況。抽檢的5個樓層共9臺空調箱中，送風能力衰減最嚴重的B1層空調箱總風量實測值僅為空調箱額定總風量的37%（見圖7）。

（2）通過對風系統的風口風量的檢測發現，風管普遍存在較大漏風現象。抽檢的5個樓層共9套風管中，漏風情況最嚴重的1層內區風管的漏風率達到了59%（見圖8）。

圖7 AHU總風量實測值與額定值之比

圖8 風管漏風率

4.2.2 風管系統檢查

根據對空調箱單機檢測及各風口風量檢測發現，被測系統存在較嚴重的風管漏風情況，通過排查發現問題主要集中在以下方面：

●VAVbox無風管風口存在閥門關閉不嚴，密封膠老化脫落。

●風管連接部分松動且保溫老化脫落。

●風管以風口連接處脫落，風管送風無法送入室內。風管送風未完全送出風口，部分送風直吹內部導致天花板內部溫度升高。

●VAVbox二級風管過長導致此段阻力增加。

上述問題均會導致系統供冷熱量無法有效地送達空調區域的問題，導致冷熱量輸配損耗增加、室內空調區域供冷熱量不足、室內熱舒適性不佳。

4.2.3 風系統末端檢查

室內氣流組織異常。冬季送風溫度較室內空氣溫度高，存在熱流上升的現象，而通過風口以一定風速下送，可促進室內空氣循環，有助于房間下部空間溫度提升。而本項目部分風口透明導流板阻礙熱風下送，影響氣流組織，加劇室內垂直溫度分布差異（見表3）。

表3 部分功能區室內溫度垂直分布

大堂送風異常。該項目大堂高度約12m，空調風口采用爪式條形風口。區域總送風量為3 008 m3/h，風口風速不足3m/s，氣流無法送達人員活動高度。室內垂直溫度分布為20.5℃、16.1℃和13.1℃。人員活動區域溫度為13.1℃，人員的熱舒適性不佳。

4.2.4 自控系統檢查

（1）VAVbox最大開啟（風量）限值異常。

本系統房間溫度由各區域室內人員通過末端空調溫度控制面板獨立控制。在冬季實際使用過程中，室內人員普遍會因房間溫度不足而將末端空調溫度設置在35℃。此行為導致樓層VAVbox風閥均100%開啟，區域風口風量失衡。如2F外區空調在此情況下，西南側會議室（VIP會議室）面積為129m2，實測室內平均溫度為25.1℃，風量1 763 m3/h，北區公共辦公區面積為1 289 m2，實測室內平均溫度為20.6℃，風量2 883 m3/h（見表4）。

表4 2F部分功能區室內環境與風口風量檢測

（2）風系統壓力控制異常

本項目VAR系統為定靜壓風量控制型系統，空調箱風量由總風管設定靜壓反饋至風機而決定。該項目存在風系統壓力控制異常問題。例如8F內區室內平均溫度均可達到25℃，而大部分末端溫控面板設定溫度僅為15℃，此時各VAVbox風閥開啟度正常，風管靜壓為294Pa，遠高于風管靜壓設定值的205Pa，而此時空調箱運行頻率依然為50Hz。

（3）VAVbox控制異常

該項目VAVbox根據房間末端溫控器檢測到的實際溫度與設定溫度，根據差值輸出信號作為風量設定值，以此設定調節風閥改變風量，從而使室內溫度保持在設定范圍內。

通過對VAVbox及其控制器排查，發現部分VAVbox風閥存在失控的情況，部分末端溫度傳感器存在大幅漂移的情況。例如8F南區獨立辦公室風閥控制開啟度為74.4%，而實際開啟度僅為32.8%。另外，W14號溫控區域設定溫度為12.4℃，末端溫控器監測溫度為30.88℃，按照系統控制邏輯，風閥開啟度應僅為設定的最小開啟度，而此時風閥實際開啟度卻為100%。

4.3 圍護結構檢測與診斷

4.3.1 內圍護結構檢查

（1）非空調區域滲透風異常

各樓層存在設備間等于非空調區域連接的常閉門，該類型門滲透風較大，冷風侵襲嚴重。以2F空調機房門為例，該門的滲透風速最大可達到1.9m/s，由熱成像照片可以清楚地看出由于滲透風導致的熱量損失。

（2）非空調區域通風異常

1F北側辦公區與相鄰的西側茶水間（非空調區域）存在一扇常開門，而茶水間的北側為樓棟入戶門（東北門）、南側為公共走廊與大堂相連。因此1F北側辦公區受到北側入戶門及南側大堂的冷風侵襲，室內實測溫度僅為15.6℃。此外，諸如更衣室及衛生間均存在因人員流動性大而大門常開，影響室內溫度。

1F與2F間的旋轉樓梯連接區域，采用電動感應門分隔?，F況為電動門處于常開狀態，開啟時面積為3.8 m2，風速達到2m/s，通風溫度為19.8℃，風量達到27 360 m3/h，接近2F區域2臺空調箱的送風量。電動門正對2F走廊區域風速達1m/s，風感強烈。

該建筑中部為中庭結構，自2樓通至8樓屋頂。由于熱壓作用產生煙囪效應使室內熱空氣上升，在中庭內形成較大的垂直溫度梯度，造成上熱下冷的問題。而本項目中庭底部與2樓辦公區域相連，無任何內圍護結構，從而導致冬季辦公區熱量因煙囪效應進入中庭上部，導致室內負荷增加，人員熱舒適度差。

4.3.2 外圍護結構檢查

1樓大廳入戶門有拉門（雙重）及旋轉門，現況為使用外拉門，內門常開，熱損失較大。其他入戶門氣密性不足，同時存在常開現象。

部分辦公室存在氣窗長時間開啟狀態，且現場人員反映房間空氣不佳。

5 結論

既有建筑的暖通系統運行與效果診斷涉及建筑環境、圍護結構、暖通系統、自動控制系統等多個方面，需要通過“現象”找“原因”、通過“個別性原因”找“系統性原因”相結合的診斷方法高效的解決暖通空調系統運行效果不佳的問題。

其中，運行維護不及時導致的硬件故障和性能衰減是暖通空調系統運行效果的主要問題。需要從建筑內外部圍護結構、空調冷熱輸配風機組、空調冷熱輸配風管、氣流組織形式等多方面進行檢查檢測，查找個別性原因找到系統性原因，以解決暖通空調系統運行效果不佳的各類“現象”。