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的全寿命周期包括规划阶段、设计阶段、施工阶段和运行管理阶段，以往人们关注最多的是如何在设计过程中应用各种节能手段，但目前运行阶段的节能越来越受重视，而commissioning是解决运行阶段节能的重要手段。本文介绍了国内外在commissioning研究和应用方面的发展，并提出针对改造工程的commissioning步骤。文章详细介绍了commissioning在北京市某变风量系统改造工程的应用。该工程在历年实测分析的基础上进行节能改造，并在改造完成后进行了近一年的持续监控。本文主要从能耗状况出发对变风量系统的改造效果进行commissioning，根据实测数据分析了风机效率、不同空调分区能耗特点，提出了进一步改造的必要。针对相对复杂的变风量系统，文章提出由单个环节到整体研究的系统分析方法，利用rps评价风机效率，利用TDC评价系统输配能力，最后对比改造前的运行状况得出改造节能率为49%。关键词系统分析方法变风量系统既有建筑改造工程引言Commissioning（在国际能源组织项目IEAAnnex40中亦简写为Cx）是指通过诊断、调试和改造等方法确保建筑设备系统性能满足业主和用户的需求并提供完整的技术文档的过程，从而保证全生命周期内建筑在能源消耗、室内环境质量、对周围环境的影响、建筑设备系统的维护管理等方面都保持较优的运行和使用状况REF_Ref113954145\r\h[1]（鉴于目前commissioning的中文表述并没有统一的定义，因此本文直接引用英文名词）。按建筑全生命周期的理念，commissioning可以分为新建建筑初步commissioning（InitialCommissioning）、新建建筑再commissioning(Re-commissioning)、既有建筑改造commissioning(Retro-Commissioning)和建筑持续commissioning(On-goingCommissioningorContinuousCommissioning)REF_Ref113954145\r\h[1]。由于commissioning（以下简称Cx）在建筑设计、施工、系统调试和建筑运行管理中的重要性，世界各国的学者、设备工程师、建筑师和业主都在该领域开展了大量的实践和研究工作。早在20世纪七十年代，在美国和英国就开始开展Cx的实践，1988年英国CIBSE协会制订了Cx指导手册，1989年美国也制订了第一版的Cx指导手册REF_Ref113955307\r\h[2]，并于1996年制订了第二版。2000年日本完成了第一个Cx案例，并于2001年起公布了其研究成果REF_Ref113955907\r\h[3],REF_Ref129416020\r\h[4]。2002年，香港成立建Cx研究中心。2004年日本制订并发布了第一版的Cx指导手册。在学术界，关于Cx的研究结果也屡见发表REF_Ref113958585\r\h[5]REF_Ref113958981\r\h[6]REF_Ref113965990\r\h[7]REF_Ref113971214\r\h[8]。国内清华大学从1996年以来通过对北京、上海、深圳等城市50多个近400万平米的公共建筑进行了现场测试和节能改造分析,逐步探讨和总结暖通空调系统Cx的实施方法，其他高校和设计研究机构也在努力进行暖通空调系统Cx的尝试，但并没有形成系统的Cx方法，也很少有比较全面和详细的Cx案例。建筑能源设备系统存在整体性强、复杂程度高、各环节相关性强的特点，Cx过程不能仅针对单个环节，而应采用系统分析的方法对各个环节进行全面分析研究。本文以Cx在北京发展大厦变风量改造工程中的应用为例，详细介绍了变风量系统Cx的过程和改造效果，并提出适用于该系统Cx的技术手段和方法。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 既有建筑改造工程的Cx可采用如图3所示的流程，主要分为初步Cx、改造后Cx和进一步Cx三个阶段，其中Cx内容可包括：控制系统性能、室内环境质量和改造节能状况。鉴于篇幅所限，本文主要分析变风量系统改造节能状况Cx的相关内容。图3既有建筑改造工程Cx过程初步Cx清华大学从1998年开始对该建筑实施全面的Cx，其中变风量系统存在的主要问题为：（1）外区负责区域过小，没有采用变风量系统，内外区冷热不均，用户反应有“冷风砍头”问题；（2）内区变风量系统不提供集中控制，压力有关型末端功能老化，空调箱送风机叶片调节功能失效，变风量控制系统基本瘫痪；（3）新风机仅能满足最小新风要求，新风供冷能力受限；（4）东南外区空调箱设备容量偏小，供冷能力不足。改造实施2003年年底针对初步Cx发现的问题，开始对办公层的变风量系统进行改造，改造内容主要包括：重新划分空调区域、更换变风量系统、过渡季利用新风供冷等。重新分区牵保持原有的六哪个分区模式，多但是将外区负租责区域扩大到加距离外额墙谎4对米范围，且考伍虑东北角和西盈南角负荷特点渔与外区一致，何由原来的内区伤重新划分到北饮外区和西外区传（飞图切4舟）。改造后，妹内外区均为变乘风量系统，风轨机变频控制，裙压力无关型变敏风量末端樱接瞒3袜～浅5笼个散流器送风娃口，空调平面达图见鼻图贵5你。各分区风机疲参数如下表：劝表块1祸愉空调分区参数鲜名称芬A12迈A13今A14症B10印B11兼B12龟负责区域菜东南外区冒（游A俩）沿内区卸（际A钥）搅西外区邪内区器（周B友）捧北外区滩东南外区娇（惊B走）侦额定风惜量伐(斥m黄3尚/h)帅3700垫12100之7600吓12100伪7600绩3700柱风机功率庄（示kW)远2.2学7.5排4由7.5舞4倡2.2虫空调面针积骂(此m务2饿)丰86.8见392.4吹226.8亡392.4鱼226.8选86.8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再变风量控制系包统适改造后的变风惯量控制系统主咏要越由撒VA陆V浴末端控制环节摆、读VA纲V走集中管理单元慨、空调箱控制辞环节和中央监摧视器四个环节良构成（晚图葛6许）。末端控制像环节（带风量瘦传感器）根据穴室内温度调节欢风阀开度，从蒜而确定送风量迟，并将末端信质号传递给集中杏管理单元；集散中管理单元采刺用风机总风量险变频控制法确珍定风机转速，箭并根据各末端型风阀开度对转辨速设定值进行佳修正，同时根毫据各末端的温才度和风量状况虹确定总送风温袭度设定值；空恨调箱控制环节睬则实现通过水镇侧电动阀门控但制总送风温度阻，并在新风供指冷季节确定提滨供的新风量；抽中央监视器则陪主要起到监测湾空调系统运行摩状态，收集运药行数据和修改促部分环节设定熟值的作用。室内温度传感器VAV末端控制室内温度传感器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消改造后的办公志层至在钩A释区崖和援B蝇区分别设置额转定风量藏为五7500m先3立/逗h晕的变频新风机凳，同时提供三挠个分区新风量巴（如舱图慎7双），过渡季可下利用新风供冷营，其他时间则扣提供最小新风菌量。改造后Cx眯改造后在控制纳系统的中央监刮视装置里收集椒和记录的参数拉有：房间温度正设乳定首/非实测值诚、纲VA珠V歪末端送风量的细设遣定巡/甲实测值、空调隶箱送风温度设献定竟/乒实测值、空调辅箱回风露温健/脊湿度实测值、毒新风炼温怜/箱湿度实测值、杂送风机转速、连空调箱水阀开瞒度、空调箱新艳风量、新风机快转速等。为便返于对变风量改麻造后的控制系晓统运行性能、孟室内环境状况滋、新风供冷利鸽用、环形风道曾效果、风机输扰配能力以及改仆造节能水平等击进行了深入研些究，本趋次菜C舌x办过程中新增加魔以下测试记录运参数：风机耗馒电量特、旷VA从V燕末端的静压仆过潮/麦不足信号和运件行状态、辈新址/粘回狐风响CO宴2英及室网内样CO漆2级浓度、主风道快内重要位置风虏量以及冷热水省流量。持续测澡试时间欢为剥200片4翅年属1监2担月脆－雪200统5衔年称8煎月，测试对象挡选择改造完成摸后谅的黑1笼2汤层变风量系统那。新增的测试筐参数的收集和学记录采用２套崇分别设置它于察1敌2沈层南北机房内显的职PC-MM爽I搁装置来进行。菌鉴于篇幅所限烫以下主要分析捷改造节能水平敢的相关内容。风机效率买风机运行效率沉的眨C川x虎需要考虑两个荷因素：贯（弄1锁）风机选型是杠否合理；兆（仍2减）不同转速时级效率是否变化忆不大。本文利卷用耀“菌功率转速帐比携”辽（砖RP巨S绍，腊Ratio脾ofPow畜erto蠢Spee普d渡）采用测试功搞率和风机转速变的间奇接怜C楼x用方法，从而避忆免测试风量、刺压头和功率直击接计算风机效猛率（风量和压臣头一般很难测告准）拿。料RP牛S牛定义为：自笋唉坝雷亡掉鼻输胡（镜1封）誓笋其中珠：阔N赖—许—版风机实际功率昨，亚k医W亩；宜n她—何—添风机实际转速篇，％答；尝N示m泰—射—友额定转速下相舱似工况点的风报机功率改，掉k害W仁；浴n奋m侨—虹—言风机额定转速尘，％；泽乞由于额定转速疑下的风机功率馆是风量的单调陵函数，因恶此薪RP许S所与风机性能曲俭线上的点一一吼对应，或者说慎与管路阻力特赢性系数一一对铜应，于是不同梁转速下阻力特茧性系数相同的舒风机工况点代其朗RP沸S占值相同。如果框令唐rp挖s寒＝慎RPS/RP灵S执0盗为相对功率转添速比，其蜘中妹RPS皆0时为风机额定工利况的功率转速伞比，则可通沟过油rp逆s疗对风机运行状颠况进笨行秋C劣x岁：重（箭1河）垒rp胁s川总是大宵于哑1奥，则管路特性背曲线偏向额定课工况点右边齐；抓rp夹s妇总是小蒸于翠1障，则管路特性歇曲线偏向额定部工况点左边；券（剂2横）母rp附s富如果尊在惊1列左右，则风机芦选型合理，实扁际运行效率较串高，奥且诸rp膨s兰的变化范围反伏应了管路阻力末特性系数的变站化范围。图图SEQ图表\*ARABIC0B区各风机rps值分承根艘据瓣200窑4淋年骤1新2姐月颂～拣200拉5察年辽2气月的风机功率比和转速实测数叼据计算得霸到鬼B厨区风机清的睬rp污s说值（如羡图兔8间），可得如下讯结论：群（环1鄙）风机转速主厨要融在零5格0斥％吐～束10熟0泳％之间姨，点rp壤s垦值变化不大，邮略小鲜于罢1纺，说明风机选跑型基本合理，娇且在转速较大肾时管路阻力特借性系数变化不队大；摄（爷2逢）当风机转速度低必于苏5悠0肉％时语，岩B1屈0争和珠B1钉2语的屈rp慌s根值均有所增大型，说明低转速债时管路阻力特给性系数偏小；病（境3盾）晨B1浪1巴风机即便在低训转速春下涂rp余s望值也基本分在些1却左右。分区能耗比较叠利挎用猴“绵功率转速桥比渴”病只能对风机工宣作效率进式行凡C催x园，而整个风系点统运行能耗则兼输配可以通过貌输配系数显（为TD加C岁，颜Transp静ortdi超stribu脸tionc扫oeffic岩ien盛t饥）REF_Ref54495790\r\h扯\*M历ERGEFO勒RMAT涛[9]毛进渔行删C错x忌，定义为：全阿彻倘把脖由叔斧分（乱2芳）瑞居其中戏：鱼Q眼c凑、半E崭c堵—献—泛风机、水泵全尿年供冷量和因鸭供冷而消耗的对电量希，恐kW卸h盐；效Q肉h俘、链E杏h凭—哲—季风机、水泵全肆年供热量和因粥供热而消耗的硬电量湾，志kWh;袖图追9嘱为岁200顿4朝年淋1数2逮月弦～娱200击5呜年饰8痕月风机输配系糟数（本文仅考魂虑风机晚的煎TD属C桐）和送风温度糖，由图可知：脖风称机吨TD斯C孩大多数情况测在膝3莫～环1转1耐之间，不同月凤份晶TD稳C糟有较大差异，进且与送风温度踏密切相关。冬秃季送风温度高江于室内温度，抖但送风温差一氏般较小，因形此受TD库C脚较一般不超椅过能5晶；夏季送风温振度低于室内温亲度，送风温差影大稀，旬TD关C袍在动5添以上；过渡季北不同分竹区罗TD错C寸差异较大。取夏季东南外避区咱TD喜C互最大，一般醋在杆1尘0焰左右，这与送燥风温度较低，寿末端较少有关钻；北外区和西垄外区其次，一扣般周在兽7协～派8吉之间；内区由滤于冲TD悔C影较小约高柏于动5捧，甚至有的时弦候还低于过渡筑季，主要原因汉是内区末端较增多，且冷负荷幸主要来自内部求热扰，随机性览大，不同末端概负荷变化不太酱一致，送风温正度相对较高。槐3度、援4验月份各分区主霞要以冷负荷为咬主，主要通过银新风供冷。由浴于新风优先为海东南向提供冷昌量，因此其送努风温度相对较般低蒜，芳TD惑C翁较大，而其他缴分区风机在该循季节主要起到仆通风作用，因锯此得TD厦C拘较小。哄图真9僵台不同分区风机松输配系数和送区风温度能耗水平怎200桨4分年众9功月再～颜200痰5爪年伶8进月避1派2察层空调箱送风希机总耗三电苍3.6题6诵万度电（不包尚括新风机电耗枯，麦200瞧4郑年筝9税～澡1净1掉月耗电近似等茎于捐200弓5赴年缘3这～瓦5驻月耗电），折韵合单位空调面伸积耗电指标爪为牛25.9k闷Wh/(m说2铜.a竖)泉，各区单位空居调面积全年耗杰电指标如丈图刊1向0让所示，西外区啄耗电指标最高忙为乏38.2搜kWh/(课m虽2刊.a披)名，其次为东南寸外区和北外区壮，内区耗电指原标最小分别餐为继15.咳7踪和床18.3k狂Wh/(m示2饱.a以)告。未改造前，室该层变风量系盾统基本按照定雕风量状态工作海，风机功率几锣乎不变，照风嗓机额定功率计夹算，迁则卷1蓝2稳层耗电指标祖为械50.8k稳Wh/(m锄2绑.a妙)贷，改造后节省沃风机电拐耗君4耽9厨％。不同分区叛风机节能率如败图叔1爬0给，内区节能率秋最大，分别河为嗽63.4代%消和育68.奶7鼓％，西外区节抬能率最少，醒为邀17.叔4烤％。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柿尽管目前空调现系统的节能状画况、控制效果趁和室内环境较终以前都有了很被大的改善，同努时客户的满意俩度也大为提高掏，但是阔在卧200脚4世年探～秤200明5钳年斧的港C洽x菜过程中，依然深发现需要继续阶改进的地方。纺最小新风量问锋题滔200毁5宋年专5雷月蝴1挤8攻日扫～看5京月维2喘0杨日（正常工作暗日，室内人员瓣最高峰纤为竿1甲0伤～弦1我2忆人），北对骨1厅2携层北向大开间阵室嘴内抽CO佩2顽浓度进行了集炭中测试，共在粗工作区域布师置避9攻个岂CO欲2核浓度传感器（葬图调1仿1饱），测试结果随如讨图筒1肝2傻所示。按照国离家相关标准规业定REF_Ref129416095\r\h起\*M徐ERGEFO侧RMAT笛[10]仆，室零内盆CO名2套浓度的允许值穿为壳1000p筹p沟m矮，从连续三天回的测试结果来雷看，白天工作透时间所有测点待室绳内衰CO弃2未的平均值眯在济500~60邪0pp识m蜘之间波动，此桐外，在其他区宴的测试中也发俱现了类似的情底况。因此，有诞必要开展进一勤步钻的估C敏x虎，考虑通过控旺制室拳内渐CO魂2终浓度进行变新暂风控制的可能怀性。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呆目前的控制策诞略在处理过渡辞季和冬季新风覆供冷时，与无夹新风供冷时相汇比仅仅修改了波图败6饰中空调箱控第制环节的送风肢温度控制部分施，即由调节水指阀开度改为调颗节新风量以保棕证送风温度满凝足设定值要求康。事实上这种柿做法忽略了回晋风在空调系统舞中的双重身份代，当水侧有冷舞水或热水供应酱时，回风除了泉保证室内通风馒换气和气流组咱织外，还起到奇供应冷热量的喇作用，但是在院新风供冷时，合回风因为没有意经过盘管加热乓或冷却，将不翁起到提供冷热疯量的作用，因寨此完全没有必撇要和无新风供耕冷时一样维持纳较大的回风量简。如REF_Ref114214985\h会\*M午ERGEFO覆RMAT董图古所示占为疾B1茫2道（东南外区）醒冬季典型日各赤参数变化情况肉。当天除了早犁晨和下午较少师时间需要供热义外，其他时间储均需供冷，新并风供冷风量抬为挤1600m尾3无/免h某，但此时风机昆转速基本众在逼8厘0伐％以上，从而煤实际送风温度惯很难达到设定随的尽1舅5危℃船，即较大风量漏的回静风必“坑空撞转克”须。如果在保证笋各末端最小要呆求风量和末端静冷量分配不变杰的情况下，降域低风机转速后俯的总送风量如厦图定1菌4祥所示，当日送隐风量减迅少尺36.5腥%篮。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度本文基于工程灵实例分析，指厘出完整的改造恨工恼程稍C答x冒应包括初奏步缺C武x惨、改造唐后桌C恢x悲和进一域步显C倘x漏三个步骤，并厕应提出在实际坚工程中行之有肤效宇的惹C亦x裁系统分析方法它，利平用习“地功率转速格比捡”降对风机运行状索态进奴行粱C塌x庆，利挽用略“薪输配系骨数冲”读对系统运行状擦况进惩行藏C胀x层。客通过对北京发蠢展大贪厦每1蚕2药层变风量系统齐持续跟拐踪阀C狸x盒和分析评价，叹该改造工程所脚采用的基医于离“篇压力无究关型末端＋变晕送风温度变静桥压控哀制肚”猴的变风量系统逼基本实现控制骤目的，改造后捡全年节省风机民电旬耗眼4嘱9揭％，且不同空颂调分区节能量围差异较大，最辉大节电量畏为麦68.7%站(找内序区把)却，最小节电量评为君17.4宜%银（西外区）。致谢虎在本论文的实知测工作中，得渡到了北京发展填大厦设施科的介大力支持和帮隙助，在此谨表宅感谢焦！寒参考文献侧Nakaha鉴ra,No销buo记.Study男andp祸ractic享eonH袭VACsy细stemc辛ommiss硬ioning钻.拔Procee祖dings悠ofthe送2003疾-4th足Intern躁ationa闻lSymp悬osium惕onHea薯ting,亏Ventil吧ating糠andAi舰r剖C敬onditi犬oning,套2003鼻:前44-61盒.跑ASHRAE瑞Guide谁line1奶-198:付Guidel捐inesf嚷orCom在missio含ningo翠fHVAC筛,ASHR郑AE穷.敲1989眼,阵6帜.丙Hirook蚕a,T.,顶Tamao梯ki,S.俯,Sueo珠ka,N.状,Naka蝶hara,捞N.Stud坊yonI便nitial粮Commi革ssioni福ngPro脱cessf索orAct卖ualHV蛇ACSyst雅emof映anew氏buildi啊ng,Pa群rt1:O扫bject态andOr表ganiza究tiono拦ftheC雨ommiss货ioning包Proce阵ss贞.清Proce龄edings男ofSH且ASEaca桌demic纷lectur划emeet弊ing,2河001.9,锈pp.309烟-312(纲J)走.坝N湖obuoN鸭AKAHAR贩A,Kan界akoIT纷O,Guo木haiXU糊,Kazu垄yukiK肤AMIMUR堡A:Stu脂dyon束On-goi燥ngComm咳ission施ingPr浇ocess枕forAc赌tualH递VACSy桶stemo脱fanE仓xistin肺gBuil短ding,罪Part1虚.On-g足oingC穷ommiss颜ioning姿Outli香neand告Effor恩tfor非HVACO挣ptimal易Opera买tion.渔Procee灯dings输ofSHA哈SEaca绑demic