系统方法在Commissioning过程中的应用

系统分析方法在Commissioning过程中的应用摘要建筑筑的全寿命周周期包括规划划阶段、设计计阶段、施工工阶段和运行行管理阶段，以以往人们关注注最多的是如如何在设计过过程中应用各各种节能手段段，但目前运运行阶段的节节能越来越受受重视，而commiissionning是解决运行行阶段节能的的重要手段。本本文介绍了国国内外在commiissionning研究和应用用方面的发展展，并提出针针对改造工程程的commiissionning步骤。文章章详细介绍了了commiissionning在北京市某某变风量系统统改造工程的的应用。该工工程在历年实实测分析的基基础上进行节节能改造，并并在改造完成成后进行了近近一年的持续续监控。本文文主要从能耗耗状况出发对对变风量系统统的改造效果果进行commmissiioningg，根据实测测数据分析了了风机效率、不不同空调分区区能耗特点，提提出了进一步步改造的必要要。针对相对对复杂的变风风量系统，文文章提出由单单个环节到整整体研究的系系统分析方法法，利用rps评价风机效效率，利用TDC评价系统输输配能力，最最后对比改造造前的运行状状况得出改造造节能率为49%。关键词系统统分析方法变风量系统既有建筑改造工程引言Commisssioninng（在国际能能源组织项目目IEAAAnnex40中亦简写为Cx）是指通过过诊断、调试试和改造等方方法确保建筑筑设备系统性性能满足业主主和用户的需需求并提供完完整的技术文文档的过程，从从而保证全生生命周期内建建筑在能源消消耗、室内环环境质量、对对周围环境的的影响、建筑筑设备系统的的维护管理等等方面都保持持较优的运行行和使用状况况REF_Ref113954145\r\h\*MERGEEFORMAAT[1]]（鉴于目前commiissionning的中文表述述并没有统一一的定义，因因此本文直接接引用英文名名词）。按建建筑全生命周周期的理念，commiissionning可以分为新新建建筑初步步commiissionning（InitiialCoommisssioninng）、新建建建筑再commiissionning((Re-coommisssioninng)、既有建筑筑改造commiissionning((Retroo-Commmissiooning))和建筑持续commiissionning((On-gooingCCommisssioniingorrConttinuouusCommmissiioningg)REF_Ref113954145\r\h\**MERGGEFORMMAT[11]。由于commiissionning（以下简称Cx）在建筑设设计、施工、系系统调试和建建筑运行管理理中的重要性性，世界各国国的学者、设设备工程师、建建筑师和业主主都在该领域域开展了大量量的实践和研研究工作。早早在20世纪七十年年代，在美国国和英国就开开始开展Cx的实践，1988年英国CIBSE协会制订了Cx指导手册，1989年美国也制制订了第一版版的Cx指导手册REF_Ref113955307\r\h\*MEERGEFOORMAT[2]，并于1996年制订了第第二版。2000年日本完成成了第一个Cx案例，并于2001年起公布了了其研究成果果REF_Ref113955907\r\h\*MERGEEFORMAAT[3]],REF_Ref129416020\r\h[4]。2002年，香港成成立建Cx研究中心。2004年日本制订订并发布了第第一版的Cx指导手册。在在学术界，关关于Cx的研究结果果也屡见发表表REF_Ref113958585\r\h\*MERGEEFORMAAT[5]]REF_Ref113958981\r\h[6]REF_Ref113965990\r\h[7]]REF_Ref113971214\r\h[8]。国内清华大学从从1996年以来通过过对北京、上上海、深圳等等城市50多个近400万平米的公公共建筑进行行了现场测试和和节能改造分分析,逐步探讨和和总结暖通空空调系统Cx的实施方法法，其他高校校和设计研究究机构也在努努力进行暖通通空调系统Cx的尝试，但但并没有形成成系统的Cx方法，也很很少有比较全全面和详细的的Cx案例。建筑能源设备系系统存在整体体性强、复杂杂程度高、各各环节相关性性强的特点，Cx过程不能仅仅针对单个环环节，而应采采用系统分析析的方法对各各个环节进行行全面分析研研究。本文以以Cx在北京发展展大厦变风量量改造工程中中的应用为例例，详细介绍绍了变风量系系统Cx的过程和改改造效果，并并提出适用于于该系统Cx的技术手段段和方法。Cx实例简介北京发展大厦（图1）是于八十年代兴建的一幢规格较高的写字楼，建筑面积54490m2，高80m，地上20层，地下2层，其中3层到21层为标准办公层（无13层）。标准层东南房间进深为9.05米，西向和北向房间进深均为11.85米，划分为A、B两个大区，每个大区又划分为三个小区（如图2所示）。外区区域较小为定风量系统，条缝风口送风（直接送到玻璃幕墙上），负责外围护结构负荷；内区为变风量系统，压力有关型末端，散流器送风口，根据出口静压调节风机出口叶轮角度以改变送风量。各层通过新风竖井获取新风。图1北京发展大厦外观图图1北京发展大厦外观图图2北京发展大厦标准层改造前分区图Cx过程既有建筑改造工工程的Cx可采用如图3所示的流程程，主要分为为初步Cx、改造后Cx和进一步Cx三个阶段，其其中Cx内容可包括括：控制系统统性能、室内内环境质量和和改造节能状状况。鉴于篇篇幅所限，本本文主要分析析变风量系统统改造节能状状况Cx的相关内容容。图3既有建筑筑改造工程Cx过程初步Cx清华大学从19998年开始对该该建筑实施全全面的Cx，其中变风风量系统存在在的主要问题题为：（1）外区负责责区域过小，没没有采用变风风量系统，内内外区冷热不不均，用户反反应有“冷风砍头”问题；（2）内区变风风量系统不提提供集中控制制，压力有关关型末端功能能老化，空调调箱送风机叶叶片调节功能能失效，变风风量控制系统统基本瘫痪；；（3）新风机仅仅能满足最小小新风要求，新新风供冷能力力受限；（4）东南外区区空调箱设备备容量偏小，供供冷能力不足足。改造实施2003年年底底针对初步Cx发现的问题题，开始对办办公层的变风风量系统进行行改造，改造造内容主要包包括：重新划划分空调区域域、更换变风风量系统、过过渡季利用新新风供冷等。重新分区保持原有的六个个分区模式，但但是将外区负负责区域扩大大到距离外墙墙4米范围，且且考虑东北角角和西南角负负荷特点与外外区一致，由由原来的内区区重新划分到到北外区和西西外区（图4）。改造后后，内外区均均为变风量系系统，风机变变频控制，压压力无关型变变风量末端接接3～5个散流器送送风口，空调调平面图见图图5。各分区风风机参数如下下表：表1空调分区区参数名称A12A13A14B10B11B12负责区域东南外区（A）内区（A）西外区内区（B）北外区东南外区（B）额定风量(m33/h)37001210076001210076003700风机功率（kWW)2.27.547.542.2空调面积(m22)86.8392.4226.8392.4226.886.8图图4北京发展大厦标准层改造后分区图图5北京发展大厦标准层改造后空调平面图变风量控制系统统改造后的变风量量控制系统主主要由VAV末端控制环环节、VAV集中管理单单元、空调箱箱控制环节和和中央监视器器四个环节构构成（图6）。末端控控制环节（带带风量传感器器）根据室内内温度调节风风阀开度，从从而确定送风风量，并将末末端信号传递递给集中管理理单元；集中中管理单元采采用风机总风风量变频控制制法确定风机机转速，并根根据各末端风风阀开度对转转速设定值进进行修正，同同时根据各末末端的温度和和风量状况确确定总送风温温度设定值；；空调箱控制制环节则实现现通过水侧电电动阀门控制制总送风温度度，并在新风风供冷季节确确定提供的新新风量；中央央监视器则主主要起到监测测空调系统运运行状态，收收集运行数据据和修改部分分环节设定值值的作用。室内温度传感器VAV末端控制VAV集中室内温度传感器VAV末端控制VAV集中管理单元空调箱控制中央监视器图6变风量控制环节图图7新风分配原理图新风利用改造后的办公层层在A区和B区分别设置置额定风量为为7500m3/h的变频新风风机，同时提提供三个分区区新风量（如如图7），过渡季季可利用新风风供冷，其他他时间则提供供最小新风量量。改造后Cx改造后在控制系系统的中央监监视装置里收收集和记录的的参数有：房房间温度设定定/实测值、VAV末端送风量量的设定/实测值、空空调箱送风温温度设定/实测值、空空调箱回风温温/湿度实测值值、新风温/湿度实测值值、送风机转转速、空调箱箱水阀开度、空空调箱新风量量、新风机转转速等。为便便于对变风量量改造后的控控制系统运行行性能、室内内环境状况、新新风供冷利用用、环形风道道效果、风机机输配能力以以及改造节能能水平等进行行了深入研究究，本次Cx过程中新增增加以下测试试记录参数：：风机耗电量量、VAV末端的静压压过/不足信号和和运行状态、新/回风CO2及室内CO2浓度、主风道内重要位置风量以及冷热水流量。持续测试时间为2004年12月－2005年8月，测试对象选择改造完成后的12层变风量系统。新增的测试参数的收集和记录采用２套分别设置于12层南北机房内的PC-MMI装置来进行。鉴于篇幅所限以以下主要分析析改造节能水水平的相关内内容。风机效率风机运行效率的的Cx需要考虑两两个因素：（1）风机选型型是否合理；；（2）不同转速速时效率是否否变化不大。本本文利用“功率转速比”（RPS，RatiooofPPowertoSppeed）采用测试试功率和风机机转速的间接接Cx方法，从而而避免测试风风量、压头和和功率直接计计算风机效率率（风量和压压头一般很难难测准）。RPS定义为：（1）其中：N——风风机实际功率率，kW；n——风机实际转转速，％；Nm——额定转速下下相似工况点点的风机功率率，kW；nm——风机额定转转速，％；由于额定转速下下的风机功率率是风量的单单调函数，因因此RPS与风机性能能曲线上的点点一一对应，或或者说与管路路阻力特性系系数一一对应应，于是不同同转速下阻力力特性系数相相同的风机工工况点其RPS值相同。如如果令rps＝RPS/RRPS0为相对功率率转速比，其其中RPS0为风机额定定工况的功率率转速比，则则可通过rps对风机运行行状况进行Cx：（1）rps总是大于1，则管路特特性曲线偏向向额定工况点点右边；rps总是小于1，则管路特特性曲线偏向向额定工况点点左边；（2）rps如果在1左右，则风风机选型合理理，实际运行行效率较高，且rps的变化范围反应了管路阻力特性系数的变化范围。图图SEQ图表\*ARABIC0B区各风机rps值根据2004年年12月～2005年2月的风机功功率和转速实实测数据计算算得到B区风机的rps值（如图8），可得如如下结论：（1）风机转速速主要在50％～100％之间，rps值变化不大大，略小于1，说明风机机选型基本合合理，且在转转速较大时管管路阻力特性性系数变化不不大；（2）当风机转转速低于50％时，B10和B12的rps值均有所增增大，说明低低转速时管路路阻力特性系系数偏小；（3）B11风机即便在在低转速下rps值也基本在1左右。分区能耗比较利用“功率转速速比”只能对风机机工作效率进进行Cx，而整个风风系统运行能能耗则输配可可以通过输配配系数（TDC，Transsportdistrributiioncooefficcient）REF_Ref54495790\r\h\*MERGEEFORMAAT[9]]进行Cx，定义为：：（2）其中：Qc、EEc——风机、水泵泵全年供冷量量和因供冷而而消耗的电量量，kWh；Qh、Eh——风机、水泵泵全年供热量量和因供热而而消耗的电量量，kWh;图9为20044年12月～2005年8月风机输配配系数（本文文仅考虑风机机的TDC）和送风温温度，由图可可知：风机TDC大多多数情况在3～11之间，不同同月份TDC有较大差异异，且与送风风温度密切相相关。冬季送送风温度高于于室内温度，但但送风温差一一般较小，因因此TDC较一般不超超过5；夏季送风风温度低于室室内温度，送送风温差大，TDC在5以上；过渡渡季不同分区区TDC差异较大。夏季东南外区TTDC最大，一般般在10左右，这与与送风温度较较低，末端较较少有关；北北外区和西外外区其次，一一般在7～8之间；内区区由于TDC较小约高于5，甚至有的的时候还低于于过渡季，主主要原因是内内区末端较多多，且冷负荷荷主要来自内内部热扰，随随机性大，不不同末端负荷荷变化不太一一致，送风温温度相对较高高。3、4月份各分分区主要以冷冷负荷为主，主主要通过新风风供冷。由于于新风优先为为东南向提供供冷量，因此此其送风温度度相对较低，TDC较大，而其其他分区风机机在该季节主主要起到通风风作用，因此此TDC较小。图9不同分区区风机输配系系数和送风温温度能耗水平2004年9月月～2005年8月12层空调箱送送风机总耗电电3.66万度电（不不包括新风机机电耗，2004年9～11月耗电近似似等于2005年3～5月耗电），折折合单位空调调面积耗电指指标为25.9kWh/((m2.a)，各区单位位空调面积全全年耗电指标标如图10所示，西外外区耗电指标标最高为388.2kWWh/(m22.a)，其次为东东南外区和北北外区，内区区耗电指标最最小分别为15.7和18.3kWh/((m2.a)。未改造前前，该层变风风量系统基本本按照定风量量状态工作，风风机功率几乎乎不变，照风风机额定功率率计算，则12层耗电指标标为50.8kWh/((m2.a)，改造后节节省风机电耗耗49％。不同分分区风机节能能率如图10，内区节能能率最大，分分别为63.4%和68.7％，西外区区节能率最少少，为17.4％。图10各空调分区耗电指标图10各空调分区耗电指标进一步Cx尽管目前空调系系统的节能状状况、控制效效果和室内环环境较以前都都有了很大的的改善，同时时客户的满意意度也大为提提高，但是在在2004年～2005年的Cx过程中，依依然发现需要要继续改进的的地方。最小新风量问题题2005年5月月18日～5月20日（正常工工作日，室内内人员最高峰峰为10～12人），对12层北向大开开间室内CO2浓度进行了了集中测试，共共在工作区域域布置9个CO2浓度传感器器（图11），测试结结果如图12所示。按照照国家相关标标准规定REF_Ref129416095\r\h\*MEERGEFOORMAT[10]，室室内CO2浓度的允许许值为1000ppm，从连续三三天的测试结结果来看，白白天工作时间间所有测点室室内CO2的平均值在500~6600pppm之间波动，此此外，在其他他区的测试中中也发现了类类似的情况。因因此，有必要要开展进一步步的Cx，考虑通过过控制室内CO2浓度进行变变新风控制的的可能性。图11CO2浓度测点布置图图11CO2浓度测点布置图CO2浓度传感器图12室内CO2浓度测试值新风供冷控制目前的控制策略略在处理过渡渡季和冬季新新风供冷时，与与无新风供冷冷时相比仅仅仅修改了图6中空调箱控控制环节的送送风温度控制制部分，即由由调节水阀开开度改为调节节新风量以保保证送风温度度满足设定值值要求。事实实上这种做法法忽略了回风风在空调系统统中的双重身身份，当水侧侧有冷水或热热水供应时，回回风除了保证证室内通风换换气和气流组组织外，还起起到供应冷热热量的作用，但但是在新风供供冷时，回风风因为没有经经过盘管加热热或冷却，将将不起到提供供冷热量的作作用，因此完完全没有必要要和无新风供供冷时一样维维持较大的回回风量。如REF_Ref114214985\h\*MMERGEFFORMATT图所示为B12（东南外区区）冬季典型型日各参数变变化情况。当当天除了早晨晨和下午较少少时间需要供供热外，其他他时间均需供供冷，新风供供冷风量为1600m3/h，但此时风风机转速基本本在80％以上，从从而实际送风风温度很难达达到设定的15℃，即较大风风量的回风“空转”。如果在保保证各末端最最小要求风量量和末端冷量量分配不变的的情况下，降降低风机转速速后的总送风风量如图14所示，当日日送风量减少少36.5%。图132004年12月7日B12（东南外区）参数变化图图132004年12月7日B12（东南外区）参数变化图图图14修正后总送风量比较总结与讨论本文基于工程实实例分析，指指出完整的改改造工程Cx应包括初步Cx、改造后Cx和进一步Cx三个步骤，并并应提出在实实际工程中行行之有效的Cx系统分析方方法，利用“功率转速比”对风机运行行状态进行Cx，利用“输配系数”对系统运行行状况进行Cx。通过对北京发展展大厦12层变风量系系统持续跟踪踪Cx和分析评价价，该改造工工程所采用的的基于“压力无关型末末端＋变送风风温度变静压压控制”的变风量系系统基本实现现控制目的，改改造后全年节节省风机电耗耗49％，且不同同空调分区节节能量差异较较大，最大节节电量为68.7%%(内区)，最小节电电量为17.4%（西外区）。致谢在本论文的实测测工作中，得得到了北京发发展大厦设施施科的大力支支持和帮助，在在此谨表感谢谢！参考文献Nakaharra,Noobuo.SStudyandppractiiceonnHVACCsysttemcoommisssioninng.Prroceeddingsofthhe20003-44thInnternaationaalSymmposiuumonHeatiing,VVentillatinggandAirCCondittioninng,20003:44-661.ASHRAEGuideeline1-1988:GuiidelinnesfoorCommmissiioninggofHHVAC,ASHRAAE.19899,6.Hirookaa,T.,,Tamaaoki,S.,SSueokaa,N.,,Nakaahara,,N.SttudyoonIniitialCommiissionningPProcesssforrActuualHVVACSysstemoofannewbuuildinng,Paart1:ObjecctanddOrgaanizattionooftheeCommiissionningPProcesss.ProcceedinngsoffSHASSEacaddemiclectuuremeeetingg,20001.9,ppp.3099-312(J)..NobuoNNAKAHAARA,KKanakooITO,,GuohhaiXUU,KazzuyukiiKAMIIMURA::StuddyonOn-gooingCoommisssioninngProocessforAActuallHVACCSysttemoffanEExistiingBuuildinng,Paart1..On-ggoingCommiissionningOOutlinneanddEffoortfoorHVAACOpttimalOperaation..ProcceedinngsoffSHASSEacaademicclectturemmee