空调系统在为建筑提供健康舒适的室内环境的同时, 也消耗了大量的能源。据统计, 空调系统能耗约占公共建筑总能耗的30%～50%^[1], 且随着人们对室内环境舒适性和空气质量要求的提高, 以及进深大、室内发热量高的大体量公共建筑占比的显著增加, 空调系统能耗越来越高。空调系统运行过程中问题较多, 节能潜力较大, 是建筑节能关注的焦点之一^[2]。为了降低空调系统全寿命周期能耗, 田雪冬提出了节能全过程管理模式^[3], 以期提高空调系统在设计、建设及后期运行全过程中的性能, 避免能源浪费。

　　 为了确保空调系统高效运行, 除了在设计阶段充分考虑实际运行需求, 避免设计余量过大^[4]、系统选型不合理^[5]等问题以外, 建造施工阶段持续的质量检查与系统验收调适也十分关键。

　　 由于建造施工过程复杂、参与人员较多、各工序相互协调工作量大、实际管理困难等原因, 建造施工过程中经常出现施工质量不过关的情况, 对后续的调适和运行有较大的不利影响, 进而直接影响最终的运营能耗^[6]。

　　 建造质量不过关主要表现在施工错误、施工不合理以及没有给后续工作提供基本条件这3个方面^[7], 往往导致设备或系统无法正常运转, 或运行效率低于设计要求, 从而使系统运行能耗偏高、运行效果较差, 经济效益不佳, 运营团队需要在运行过程中不停解决此类问题^[8]。

　　 因此, 重视和加强建造施工阶段的施工质量检查与系统验收调适对于确保空调系统投入使用后的运行性能有着重要作用。本文以我国西南地区1座大型商业综合体为例, 对其施工质量检查与系统验收调适工作进行分析总结。

　　 该项目位于我国夏热冬冷地区, 建筑功能为商业综合体, 含有影院、超市、冰场等特殊租户。建筑地下3层、地上3层、局部4～6层。商业面积为16.2万m² (不含地下车库部分) , 其中空调面积为11.3万m²。

　　 该项目全过程管理施工和调适阶段的工作如图1所示, 主要分为3个部分。第一, 与机电承包单位落实设计阶段制定的各项能耗、能效目标, 并将各目标分解落地, 建立管理协同机制, 划分责任范围, 确立奖惩制度;第二, 跟进施工质量检查, 以前期制定的目标为考核标准, 及时反馈发现的施工质量问题并敦促机电承包单位及时整改, 整改后由项目组检查验收, 避免机电系统遗留隐藏问题到调适阶段, 并督促检查调适的准备情况;第三, 对机电承包单位安装施工和调适人员进行培训, 示范调适方法、建立调适样板、统一调适工作标准, 确保机电系统的关键设备可在开业前100%验收调适完成。

　　 目标与标准设定指将设计阶段整体能效目标分解到各设备及系统, 并划分为功能及性能目标, 使之具备可操作性。在目标与标准设定完成后, 需要促成施工建造的各个参与单位签字保证达到目标要求, 并作为考核调适工作的标准, 如果承包商的工作不能满足目标设定要求, 则必须责令整改, 整改结果直接影响付款进度及金额, 以此作为对各承包商的基本管理手段。

　　 针对该项目空调系统, 调适团队共制订了47条设备及系统数据化目标与标准, 其要求均高于或等于同类项目。以制冷机为例, 目标设定情况如表1所示。

　　 在设定目标和标准时, 不仅需要针对运行能效 (COP) 提出要求, 还需要对蒸发器、冷凝器压降及换热性能提出相应的目标, 具体数值根据相应国家、行业标准, 设备样本和工程实践经验确定。

　　 需要说明的是:在具体工作中, 针对设备的工作, 称为调试;针对系统的工作, 称为调适。二者相辅相成, 最终达到设备和系统节能高效、协调经济的运行目标。

　　 施工图检查工作从设计后期即施工图出图阶段开始进行, 到最终施工完成为止。由于现场存在大量施工变更, 故该工作是一个持续优化的过程。调适团队以多个项目的调适经验^[9,10,11,12]以及运营常见问题为参考, 对施工图作优化。主要目标为去除不合理的系统阻力, 以提升输配系统能效;确保项目各环节具备调适的基本条件及手段, 或增加有利于调适的内容, 保证日后运营的便利条件等。主要优化措施如下:

　　 1) 在冷热源机房、末端换热设备 (含商铺内设备) 、冷却水总管处增设旁通管道, 便于水冲洗时对换热设备进行隔离, 避免杂质进入换热设备内, 影响实际使用效果。

　　 2) 取消冷水机组、水泵前后平衡阀。该项目冷源设置简单, 同规格机组管路流程差异较小, 无需设置平衡阀来平衡其流量, 避免增加水系统阻力。

　　 3) 冷热源机房内主要电动阀前增加手动蝶阀, 便于后期运营时对电动阀进行检修。同时为电动阀出现故障时增加手动保障。

　　 4) 取消部分商铺水系统入户前的动态平衡阀, 减小系统阻力。

　　 5) 所有风机盘管加装Y形过滤器。

　　 6) 在所有公共区末端风口增加调节阀, 使之具备调节手段。

　　 7) 部分公共区末端设备自带比例积分调节阀, 取消压力无关型平衡阀。

　　 在很多项目中, 空调系统实际运行情况往往与设计构想存在一定的偏离, 主要原因是在施工阶段缺少对质量的基本把控^[13]。全过程管理必须在施工阶段开展比传统施工监理更多的工作, 才有可能在未来调适以及运行阶段实现之前设定的目标。调适团队开展的施工质量检查, 包括对临时和正式的水、电、气供给配套设施进行检查;对漏光试验、打压试验、阀门强度试验等进行跟进与检查, 并持续告知施工参与方进度及其对调适的影响;对设备最终安装数量、位置、型号进行核查, 为设备及系统调适作好准备。

　　 在该项目的施工质量检查过程中, 调适团队根据施工图纸和现行规范编制了施工过程质量检查体系, 并参考相关国家标准及行业规范制定了检查标准, 最终采用看、摸、敲、照、靠、吊、量、套等8种检查方法实施质量检查工作。通过3个阶段的施工质量检查, 共发现并解决重要问题91个, 其中部分典型问题如图2所示。

　　 施工质量检查的优点是能发现并解决空调系统常见安装缺陷问题, 顺利进行工程验收, 提高施工质量, 缩短施工工期, 确保空调系统按计划进行调适, 缓解时间压力, 避免后期缺乏调适条件, 为节能运行打下良好基础。

　　 空调系统末端设备调试不佳将导致未来公共区环境出现严重的冷热不均问题, 使环境品质变差。加之大部分风系统均隐蔽安装, 如出现问题, 整改费时费力。因此, 需要在施工验收阶段对空调系统末端设备的安装情况、运行情况进行详细检查, 并对存在的问题进行整改, 对运行性能不佳的设备进行调试, 以保证空调系统在投入使用后能提供良好舒适的环境, 同时也能高效运行, 降低能源消耗。

　　 该项目公共区域共包含52台空调箱, 分布于中庭、走廊等区域。在设备调试阶段, 需要对所有空调箱开展性能测试并对其末端进行风平衡调试。主要调试流程如图3, 4所示。

　　 在开展空调箱性能调试工作前, 需要对设备进行单机试运转, 对其进行功能性检查, 包含配电的相关检查、空调箱内各功能段初检、各阀门状态功能试验等, 待其符合要求后进入调试阶段。而末端设备验收调试主要通过测试空调箱的总送风量、总回风量、总新风量, 各功能段压降、风机转速、风机电动机功率、风机效率、轴承温升、噪声等参数, 并对各末端风口进行阀门调节, 使空调箱送风量达到要求, 各末端风口风量相对平衡, 最终达到调试要求。

　　 为了提升空调箱调试效率, 调适团队从末端56台空调箱中抽取16台作为样机进行了调试。其余空调箱的调试工作由承包商负责, 调适团队全程跟进, 提供相应的技术支持, 同时监督其测试内容、方法、标准是否按培训的要求进行, 最后由调适团队现场记录测试数据并进行处理及分析。对于不满足要求的设备, 调适团队分析原因, 给出解决方案或意见, 由承包商执行, 并由调适团队再次进行验收, 直到符合要求为止。

　　 空调系统末端设备测试结果以空调箱实际送风量、空调箱漏风量 (末端风口总风量与空调箱总风量差值) 、末端风口平衡度 (各风口风量与平均值之差) 分别表征空调箱实际使用效果、末端实际有效风量、风量分布均匀性。

　　 图5a给出了每台空调箱的实测送风量与额定值之比。测试结果显示:在末端56台空调箱中, 有30台空调箱实际送风量小于额定值, 其中有6台空调箱实测风量严重偏小, 不满足空调箱实测总风量不得低于15%额定值的要求。

　　 图5b给出了每台空调箱末端风口总风量与实际总送风量之比。测试结果显示:部分空调箱对应风道存在比较严重的漏风情况, 不满足漏风率低于15%的设定目标, 有4台机组对应风道漏风严重。

　　 图5c给出了某台设备末端风口风量平衡测试结果, 图5d给出了调试后某台设备各风口风量与风量均值的偏差。由图5c可以看出:有2台空调箱对应末端风平衡率不满足要求;调试前后, 各风口风量平衡有了极大改善, 10～16#近端风口风量下降, 1～6#远端风口风量上升。由图5d可见:调试后各风口风量均匀。

　　 调适团队在对空调系统末端设备进行测试和分析过程中总结得到的部分典型问题如图6所示, 总体可以划分为以下几种:电器问题, 如变频器故障, 风机反转;成品保护不佳, 空调箱甚至风机内有异物;风道施工质量问题, 弯折过多, 缺少导流片等;风口遮挡, 风阀故障, 公共区精装封堵风口等。以上问题均导致空调系统末端设备实际运行性能无法达到设计目标, 需要及时进行整改和调试。

　　 由于在进场以及试运转阶段对空调箱已经进行了严格的测试, 实际问题多是因为施工及管理不当导致的。后经多方共同努力, 解决了大部分问题, 空调箱调试整体合格率最终达到了95%以上。

　　 为了保证该项目空调系统实际投入使用后水输配系统的水质、换热和输配性能达到目标, 必须做好空调水管路的冲洗工作。冲洗工作虽然为基础性工作, 但常常被忽略^[14]。不充分冲洗带来的恶果往往会伴随机电系统整个寿命周期。调适团队制定了水冲洗方案, 由调适团队指挥, 承包商执行, 其主要流程如图7所示。

　　 做好冲洗工作需要注意以下几点:对冲洗系统进行划分, 然后逐一进行冲洗;根据现有条件对补水点、排水点进行选择并提出明确要求, 确保可以快速补水与排水, 并计算补水、排水时间;增加多个永久性排气点, 减少系统存气过多带来的不良影响, 同时可加快系统补水与排水的速度;检查末端设备隔离状态, 确保所有换热设备被隔离, 冲洗时不会有杂质进入;对水泵进行初调节验收, 监测电功率及电流, 防止水泵出现故障;监测冲洗时的管道流速, 最大管道流速保持在1.5～2.0 m/s, 并根据速度控制水泵开启台数与频率, 确保冲洗效果。

　　 调适团队每次冲洗前都对水存样, 多次拆洗水泵前的过滤器, 直到水质目测能满足相应目标:排出口的水色和透明度与入水口水质相近, 无可见杂物。

　　 水泵验收调试流程如图8所示。性能测试主要通过测试流量、扬程、功率、效率、转速、轴承温升等, 并将测试数据与样本参数进行对比考核, 验证水泵性能。

　　 以冷水泵为例, 调试结果如图9, 10所示。从图9可见:大冷水泵流量均值为额定值的99.9%, 小冷水泵流量均值为额定值的108.4%。从图10可见:大冷水泵效率均值为额定值的96.7%, 小冷水泵效率均值为额定值的94.3%, 均满足要求。图11, 12分别给出了1#大冷水泵和5#小冷水泵实测工作点与额定工作点的对比。由图11, 12可见:大冷水泵调试后实测工作点基本与额定工作点重合, 而小冷水泵实测点在厂商所提供的性能曲线上, 且存在小幅右偏, 对应了实测流量偏大的测试结果。项目组决定不采用传统通过人为增加阻力使水泵重回工作点的方法, 而是将5#小冷水泵运行频率上限作了调整, 在自控系统中修改其运行上限为46 Hz。

　　 对于空调水系统而言, 在调适过程中, 除了保证水泵工作点达到额定要求以外, 还需保证系统达到水力平衡, 避免在实际投入使用后由于水力不平衡导致流量分配不均, 从而引起室内冷热不均、水泵能耗增加等问题^[15]。

　　 在施工验收阶段, 由于末端还没有实际的冷热负荷, 此时的水力平衡调适主要是调整各个空调水路的实际水流量达到设计要求, 包括主立管、主立管下各水平管以及商铺入户管路。但由于设计变更 (该项目后期部分商铺 (超市) 取消了独立冷源, 选择集中冷源) , 部分立管流量发生了变化, 因此, 开业前再次对上述空调水路的平衡阀进行了微调, 并对所有支路的流量进行测试, 确保满足要求。经过2次调适后, 各水路流量测试结果如表2所示。由表2可见:绝大部分支路流量达到了设计值。

　　 对于冷却塔的调试, 主要从风量、效率、水力平衡、塔间出水温差等方面进行考核, 需要保证各个指标达到设定目标。其中以风量表征风机效果, 效率表征冷却塔性能, 塔间出水温差表征冷却塔之间水力平衡效果。

　　 同时, 在调试过程中, 需要确保各冷却水泵开启台数与冷水机组对应且运行频率为50 Hz, 以符合设计工况。调试主要流程如图13所示。

　　 表3显示了冷却塔风量实测结果。由表3可见:6台冷却塔中, 实测风量均能达到额定风量的92%以上, 平均偏小6.2%;除了CT-L5-04号冷却塔2台风机之间风量偏差达到11.8%以外, 其余冷却塔2台风机的风量基本相同。

　　 冷却塔实际换热效率如图14所示。由图14可见:除CT-L5-06号冷却塔换热效率为45%, 略低于额定值47%外, 其余冷却塔换热效率均高于额定值, 满足对标要求。图15显示了各冷却塔出水温度相对总出水温度的偏差。由图15可见:各冷却塔出水温度相对总出水温度偏差的绝对值最大为1 ℃, 表明冷却塔之间布水均匀, 满足目标设定要求。

　　 在完成制冷站附属设备及系统的调适工作后, 最后对冷水机组进行单机试运转和性能测试。主要流程如图16所示。

　　 对于冷水机组, 需要结合厂家提供的样本数据和目标设定情况来评价实际运行性能是否达到要求。在额定工况下以COP表征冷水机组性能, 以趋近温度表征换热器效果。

　　 以1#大冷水机组、3#小冷水机组为例, 测试结果如表4, 5所示。

　　 冷水机组实际运行COP与厂商样本数据的对比如图17所示。由图17可见:额定工况下, 实测COP值均落在厂商所给性能曲线上或其附近, 表明冷水机组性能满足目标设定要求。

　　 图18给出了冷水机组趋近温度测试结果。由图18可见:实测蒸发器、冷凝器趋近温度测试结果基本符合要求, 均小于2 K, 表明蒸发器、冷凝器换热性能良好。

　　 目前, 国内很多项目由于建设周期较短, 往往无法保证调适工作的全面开展, 甚至来不及进行就已经投入运行了, 给后期运行遗留许多隐患。调适前缺乏对相应设备、系统运行目标的明确, 以及判断各个设备和系统的实际运行性能是否达到项目要求的标准, 调适目标不明确、标准模糊都直接导致验收调适工作的不完整。很少有项目能完成重要的调适环节, 并具备完善和详细的验收调适文件。更值得反思的是, 现有的调适工作很多侧重于保证设备和系统能够正常运转, 缺乏对关键性能参数的关注和测试分析。在这样的调适工作的基础上, 很难保证各个设备高效运行, 更不用说各个设备、各个系统之间的协同配合, 节能运行也就成为空谈。

　　 而全过程管理具有以下优势:在施工质量检查与系统验收调适阶段, 调适团队不仅充当质检员的角色, 在施工现场及时解决实际问题, 对施工质量进行把控, 并随着施工图的深化, 层层分解原先难以操作的一级目标, 将之明确地分解到各个系统, 最终分解到各个设备, 分解到每一个具体的参数。同时, 根据调适结果反映的每一台设备、每一个系统性能是否达到合同要求, 对承包商形成约束, 控制对其的付款数量与进度, 敦促各承包商与调适团队、业主共同努力, 通过持续改进, 最终完成多个系统、多个环节的调适工作。

　　 这样一环扣一环的调适工作, 起到了一个承前启后的作用, 逐步实现每个目标, 进而完成上一级目标, 最终完成总体目标, 确保设计理念的实现。并在过程中实现标准统一、过程可控、结果可靠, 实现项目从设计到施工、调适再到后期运行的全过程管理。