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摘要：平均而言，HVAC系統的能耗通常占到了商用建筑總能耗的70%，末端系統的能耗又能占到HVAC系統的近30%，因此，末端風機的能效提高，將對提高商用建筑能效具有重要意義。該項目是廣州一個既有商業綜合體，其內使用的大量風機還采用傳統的AC電機皮帶輪驅動方式，因此，具有巨大的能效提升空間。業主也希望通過這項節能技術的應用，真正從中獲得經濟效益。

關鍵詞：既有建筑改造；節能技術應用；ec風機；風墻設計

引言

對于既有建筑內的末端系統的能效升級，大多通過更新控制策略或為現有電機安裝變速驅動（VSD）。雖然這些措施可以降低部分能耗，但卻沒有直接針對最主要的設備—風機電機，所以，此類升級錯過了更大的節能機會。EC風機并不是新鮮事物，早在20世紀70年代初期便出現了電子整流電機，自此逐漸運用到全球多數風機領域。在國內HVAC領域，EC技術多應用于機房空調以及工業通風設備，而對于空調末端設備，尤其是既有建筑中末端設備的改造應用還很少見，因此，以項目EC風機的改造探索為例，將改造流程、改造方法以及改造帶來的好處進行概述，同時，也總結了整個應用過程中遇到的一些實際問題以及對應的解決方法建議。

1項目現狀

商場這類公共建筑，有著明顯的人流量變化特征，所以對于空調箱的風量需求也是不同的。本項目中末端設備風機都是定頻運行，無法匹配不斷變化的風量需求，業主對于本次節能改造的初衷便基于此。同樣，業主的煩惱還在于，皮帶式驅動系統需要持續維護，要保證經常更換皮帶、皮帶輪和軸承，否則會導致效率低下、電機和軸承故障，進一步增加費用。皮帶積塵也會增加間接維護成本，需要更頻繁地更換過濾器和清潔。如此的維護甚至多達數天的故障維修，都會導致末端設備的停運，從而無法輸送負責區域內急需的冷/熱量。以位于商場負二層的一臺組合式空氣處理機組為例，該機組原風機使用皮帶傳動方式，定頻運行，離心后彎式風機，負責商場公共區域。組合式空氣處理機組主要參數如表1所示。

2改造方案

將現有風機系統更換為高效直驅EC風機，可以避免上面提及的全部問題，同時提高效率。

2.1應用方便安全

即插即用EC風機使用了可用于換向和控制的集成電子系統替代外部變頻器，節省安裝空間，易于安裝。此外，系統中的電機和電子元件高度匹配，無須使用額外的電子濾波器和屏蔽電纜，從而節省了組件匹配調試、接地和屏蔽工作所產生的額外費用。

2.2設計緊湊

高性能葉輪直接安裝在外轉子電機的轉子上，整機更緊湊，節省了空間，同時，使整機運轉時達到均衡。（1）EC電機的調速范圍廣，通常可在10%~100%內調節轉速，并且在各種輸出功率下（各檔轉速）效率相對恒定在91%~95%。（2）AC電機借助VFD調速，頻率調整范圍通常在30~60Hz，調速范圍狹窄，并且在低功率（低速）狀態下效率衰減非常明顯。（3）因而，在同樣的變風量系統下，EC電機系統可以以相對恒定的高效率持續工作，AC電機系統則在衰變的效率下工作，總體看EC將更節能。（4）另計入VFD本身能耗，AC電機系統的總體效率就更低了，更加耗電。

2.3改造路線

考慮到現場設備已運行多年，且后期區域內風管/風口進行過多次變動調整，故按照以往項目經驗，該空氣處理機組的實際運行風量可能與銘牌參數存在較大差異，與業主溝通確認以下改造路線：（1）先對空氣處理機組進行現場測試（主要是風量、壓頭、功率），業主在場確認。（2）以現場實測數據選型，要達到舒適效果，選型時留有一定的余量。（3）改造完成后加裝電子電表，進行運行電量測量，測量時間建議為1個月。（4）節能量計算：節能率=[(改造前實測功率×運行時間)-改造后電表讀數]/(改造前實測功率×運行時間)。（5）驗收標準：以測量工況為準。

2.4現場測試

2.4.1測試標準依據GB/T14294—2008組合式空調機組國家標準附錄B，現場測量風量、風壓和功率。

2.4.2測量過程現場在設備出風直管段上打8個孔，用多功能風量測量儀、畢托管測試風量80個點，取平均值。現場安裝功率計測量實際消耗功率。現場測量工具如圖1所示。2.4.3實測結果風量29776m3/h，消耗功率24kW，全靜壓1400Pa。

2.5風墻設計

EC風機組成風機矩陣(又稱為風墻)，這是風機排列安裝的一種應用。通過一個0~10V電壓的控制信號，可以對風機進行群控和并行操作，系統結構更緊湊。

2.5.1風墻應用優勢（1）安裝以及維護更加便捷。例如單個大電機現場安裝需要更多吊裝設備，風墻風機則需2~3人即可。（2）當某臺風機出現故障停轉時，其余風機可以更高速運轉，補償停轉風機造成的風量損失，系統不用馬上停機待修，降低系統停運造成的損失。（3）EC風機模塊化，風量不同的AHU可以使用數量不一但型號相同的風機，從而減少備件種類，進一步提高設備的可靠性，備用性，減少待修時間。（4）系統僅需50%風量時，EC系統降轉速工作，能耗減少75%，噪音下降15dB；采取關閉1/2風機數量達到50%風量的模式，能耗減少50%，噪音下降3dB。

2.5.2設備選型按照風量33000m3/h，風壓1500Pa選型，改造方案選擇4臺K3G450PB2401風機構成風墻，測試工況下功率為18.7kW，與實際測量的原風機消耗功率24kW比較，預計能耗節約22%。EC風機的優勢在于變負荷調節的節能，在變風量下運行，節能率預計更大，甚至可達到40%。風墻設計參數和名義風機參數如表2所示，風墻運行狀態點如表3所示。

2.5.3風墻安裝及注意事項整個安裝過程歷時3天。第一項工作是拆除現有的風機，由于原風機體積大、重量重，拆開AHU的側面以將原風機移出。第二步在原風機段建造了風墻結構，第三步安裝4臺EC風機。風墻的結構設計及電氣連接，為保證可靠性，減少性能損失及電氣安全，使用維護方便，以下幾方面在實際應用中需要注意：（1）空間要求。使用風墻的結構形式，過于緊湊的結構尺寸會影響風墻的風量性能，圖2給出了安裝空間的要求。吸風側至少有0.5D的距離；出風側，障礙物到葉輪的距離至少1D。其中，D為葉輪的實際直徑，以選型書中標注的尺寸為準。風墻內風機之間，同樣需保證一定的空間距離，距離過小，相互間干擾會導致風量損失及噪音增加，本項目安裝空間截面積為近似正方形，那么對應的合理空間距離，兩風機邊緣之間距離≥0.7D，兩風機中心之間距離≥1.7D。以上提到的尺寸都為最小建議值。（2）固定方式。對于風墻內風機的安裝固定，原則上，風機是通過加強骨架固定在風墻上的。固定風機的骨架，可采用角鋼或者方鋼或鋁合金型材，鋼材厚度根據過往經驗，推薦2.5mm以上厚度。（3）走線和方向。①風機的安裝，需考慮方向性，風機的支架需豎直，否則長時間運轉會導致支架變形，產生摩擦及異音。②對于連接線的走線，便于施工和維護，每面風墻推薦使用接線段子排。③接線端子為避免冷凝水的滴入，方向應朝下。

3改造收益

3.1節能收益

改造前為1臺定頻后彎離心風機，尺寸大而重。改造后風墻設計，4臺EC風機可調速運行，尺寸小，重量輕，如圖3所示。改造前后對比（風量）如表4所示。空氣處理機組改造前后實測風量對比，風量測試結果基本一致。改造前后風機功率對比（功率計瞬時測量值）如表5所示。改造后EC風機持續運行平均日耗電量（電表計量累積數）如表6所示。從5月1日持續運行至6月26日，EC風機節能率平均為40.9%，按此測算成本回收期約2年。

3.2其他優勢

除了降低能耗外，EC風機改造應用于既有建筑末端系統改造中還具有其他優勢：（1）結構緊湊，節省空間。（2）高可靠性，低故障率，長達8萬h的軸承免維護。（3）使用壽命更長。（4）運行噪音顯著低于常規風機。（5）電壓范圍寬（單相：200~277VACor三相380~480VAC）。（6）軟啟動功能，起動電流顯著減小，并在一定時間內逐漸增大。（7）提供通訊接口，方便EC風機與現有或未來BMS系統集成，可查看風機狀態、運行參數等。

4控制方案

4.1就地控制

（1）可在AHU外部設置電位計，用于調節風機轉速。（2）同樣為確保風機不會轉速過高或性能欠佳，可設置最小和最大轉速。（3）另也可配置就地急停按鈕、經由電機自帶的硬接點輸出聲光報警。

4.2遠程監控

通過網關，標配MODBUS通訊協議的EC風機可以與樓宇控制系統或機房控制系統進行通信，這意味著每臺風機都可以被獨立監測和控制。遠程監控有2種基本選項：第1種通過帶接口轉換器的主機上的EC控制軟件，經由遠程桌面端軟件（如：VNC、TeamViewer）訪問主機。第2種通過接入PLC或DDC控制設備的筆記本電腦。就地及遠程控制如圖4所示。

5結語

采用EC風機改造既有的空氣處理機組，在運行管理得當的情況下，有著顯著的經濟效益和社會效益，不但能夠為業主節省可觀的運行費用，增加管理維護的便利性，還能減少二氧化碳排放，履行我國關于《哥本哈根協議》的承諾內容。這是一種有效的節能技術應用措施，在全球氣候變暖的背景下，同樣也能為改善氣候做出了點滴貢獻。

參考文獻

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作者：張清 單位：約克商貿有限公司