FCU（Fan Coil Unit，风机盘管）是中央空调系统中数量最多、分布最广的末端换热设备。 一台1000 RT的主机通常对应50~200台FCU。每台FCU内部包含一组（或多组）铜管铝翅片换热器， 冷冻水走铜管内，室内回风经翅片冷却后送入房间。
主流技术文献和工程实践中，节能改造的注意力集中于主机（COP提升）和水泵（变频改造）， FCU的换热性能衰减几乎从未被系统性地量化或处理。 本报告阐述：FCU污垢热阻是中央空调系统中最大的隐蔽性能量浪费来源之一。
| 对比维度 | 主机蒸发器 | 末端FCU换热器 | 影响权重 |
|---|---|---|---|
| 设备数量（每套系统） | 1~4台 | 50~500+ 台 | FCU占优 |
| 总换热面积 | 集中，约200~500 m² | 分散，合计可达500~2000 m² | FCU占优 |
| 水流速 | 高（1.5~2.5 m/s），抑制沉积 | 低（0.3~0.8 m/s），易沉积 | FCU污垢更快 |
| 污垢清洗难度 | 可拆端盖机械清洗 | 难以逐台拆洗 | FCU更难处理 |
| 对系统能耗的影响路径 | ↑ΔTapproach → COP↓ | ↑Rfouling → Qzone↓ → 流量需求↑ | 两者均重要 |
FCU换热器的总热阻（以单位换热面积计）由以下串联热阻组成：
其中，水侧污垢热阻 Rfouling,water 是ARK减阻剂直接作用的目标。空气侧污垢（翅片积灰）不属于ARK的化学作用范围，但系统流量降低后风机功耗会间接减少。
| 污垢类型 | 物理来源 | 热阻贡献 | 沉积速率 | ARK作用 |
|---|---|---|---|---|
| 碳酸钙垢 (CaCO₃) | 硬水，局部高温梯度 | 主导项 R ≈ 0.0001~0.0003 |
中等 | 螯合溶解 ✓ |
| 氧化铁垢 (Fe₂O₃/Fe₃O₄) | 管道腐蚀产物 | 中等 R ≈ 0.00005~0.0002 |
慢 | 分散抑制 ✓ |
| 生物膜 (Biofilm) | 7°C冷冻水中的微生物 | 中等 R ≈ 0.00005~0.00015 |
快（夏季） | 抑制生长 ✓ |
以一台典型FCU（设计换热量 5 kW，设计水流量 0.86 m³/h，设计ΔT = 5°C）为例：
| FCU状态 | U (W/m²·K) | 达成设计冷量所需流量 (m³/h) | 流量增幅 | 对系统的影响 |
|---|---|---|---|---|
| 清洁（设计值） | ~1000 | 0.86 | 基准 | — |
| 轻度污垢（Rf≈0.0001） | ~910 | 0.95 | +10% | 轻微 |
| 中度污垢（Rf≈0.00018，TEMA标准） | ~847 | 1.12 | +30% | 显著 |
| 重度污垢（Rf≈0.00035） | ~741 | 1.35 | +57% | 严重 |
ARK减阻剂投加于闭式冷冻水循环系统后，随冷冻水流动并循环接触系统中的每一个换热表面， 包括主机蒸发器和每一台FCU的换热器铜管内壁。 其化学清洗组分（螯合剂+分散剂）对FCU的作用机理与对主机蒸发器完全相同。
| 指标 | 污垢状态（ARK前） | 清洗后（ARK后14~30天） | 变化 |
|---|---|---|---|
| FCU换热系数 U | 750~850 W/m²·K | 950~1050 W/m²·K | +15%~+30% |
| 支路供回水温差 ΔTbranch | 2~3°C | 4~5°C | 恢复 +1~3°C |
| FCU水阀开度（相同负荷下） | 70%~95% | 40%~70% | 开度降低 -20%~-40% |
| 系统总流量（相同负荷下） | 设计值的 110%~130% | 接近设计值 100% | -10%~-25% |
Toms效应（湍流减阻）在FCU铜管内的作用弱于在主机蒸发器和大口径管道中的作用， 原因是FCU铜管内水流速较低（Re ≈ 10,000~40,000，处于湍流低区）， Toms效应的减阻幅度与雷诺数正相关。
但ARK对FCU的核心价值不在于Toms减阻，而在于化学清洗效应。 FCU铜管内壁恢复清洁后，即使没有Toms减阻，水流阻力也会因污垢层消失而显著降低， 同时换热充分带来的系统流量降低效果远超Toms效应本身的贡献。
| 计算步骤 | 基准值（ARK前） | ARK后 | 节能量 |
|---|---|---|---|
| 系统总流量（80%负荷） | 4800 m³/h | 3600 m³/h | -1200 m³/h（-25%） |
| 水泵总功率（主泵+分布泵） | 250 kW | 110 kW | -140 kW（56%） |
| 冷冻水供水温度（可维持的最低值） | 7.0°C | 8.0°C | +1.0°C |
| 主机COP（80%负荷） | 5.8 | 6.1 | +0.3（+5.2%） |
| 主机功率（1600 RT负荷） | 985 kW | 937 kW | -48 kW |
| 系统总功率减少 | — | — | -188 kW |
| FCU清洗贡献占比 | — | — | ~10%~60%（效应③a+③b） |
核心原则：所有理论计算必须能在项目现场实测、可复现。 以下5种方法覆盖从快速筛查到精确诊断的完整梯度，均可在FCU安装现场操作，无需拆机。
| 方法编号 | 方法名称 | 核心原理 | 所需仪器 | 单台耗时 | 精度 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 方法1 | 水侧ΔT衰减法 | ΔT↓ → 换热效率↓ | 钳式温度计 ×2 | 2 min | ★★★☆ | 快速筛查（首选） |
| 方法2 | U值反算法 | Q = UA·ΔTlm 反推 U | 温度传感器 ×4 + 流量计 | 15 min | ★★★★★ | 精确诊断 |
| 方法3 | 压降对比法 | ΔP ↑ → Rfouling ↑ | 压差计 / BMS ΔP数据 | 5 min / 支路 | ★★★★ | 批量筛查（BMS可用时） |
| 方法4 | 红外热成像法 | 温度场不均匀 → 污垢 | 红外热像仪 | 0.5 min | ★★☆☆ | 定性初筛 |
| 方法5 | ARK效果对比法 | 投加前后ΔT/ΔP对比 | 同方法1+3 | 2 min×2 / 台 | ★★★★☆ | ARK项目标准验收 |
FCU供回水温差ΔT直接反映换热能力。当铜管内壁结垢后，水侧对流换热系数 hwater 下降， 相同冷冻水流量下从房间吸收的热量减少，ΔT减小。清洗后ΔT恢复。
| 仪器 | 型号参考 | 精度要求 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 钳式管道温度计 | Fluke 80PK-8 或 Testo 115i | ±0.2°C | 2台 | 夹在供水/回水管外壁 |
| 红外测温枪（辅助） | Fluke 62 MAX | ±0.5°C | 1台 | 快速预扫 |
| 记录表/手机 | — | — | 1 | 手工记录ΔT值 |
Step 1 FCU运行30分钟以上（确保工况稳定），风机中速档。
Step 2 找到FCU供回水管接口（DN20~DN25铜管），擦除管壁保温层外露段。
Step 3 钳式温度计探头夹在供水管（进水）上，待读数稳定（约30秒），记录 Tsupply。
Step 4 同一时刻，另一探头夹在回水管（出水）上，稳定后记录 Treturn。
Step 5 计算 ΔT = Treturn − Tsupply。设计ΔT = 5°C。
Step 6 每台FCU重复3次取平均，记录表格中。
| ΔT实测范围 | 判定 | 对应Rfouling估算 | 建议行动 |
|---|---|---|---|
| ≥ 4.5°C | 清洁 | < 0.00005 m²·K/W | 无需处理 |
| 3.5 ~ 4.5°C | 轻度污垢 | ≈ 0.00005~0.0001 | 关注，可选清洗 |
| 2.5 ~ 3.5°C | 中度污垢 | ≈ 0.0001~0.0002 | 建议清洗 |
| < 2.5°C | 重度污垢 | > 0.0002 | 必须清洗 |
通过直接测量FCU的换热量Q、对数平均温差ΔTlm和已知换热面积A， 反算总传热系数 U，与清洁设计值 Uclean 对比得出污垢热阻 Rfouling。 这是最精确的现场方法。
| 仪器 | 型号参考 | 精度要求 | 数量 | 用途 |
|---|---|---|---|---|
| 钳式管道温度计 | Fluke 80PK-8 | ±0.2°C | 2台 | Twater,in, Twater,out |
| 空气温度探头（细热电偶） | K型热电偶 + 手持读数仪 | ±0.3°C | 2根 | Tair,in（回风口）、Tair,out（出风口） |
| 便携式超声波流量计 | FLEXIM FLUXUS 或 GE PT878 | ±1%读数 | 1台 | V̇（FCU冷冻水流量） |
| FCU铭牌/厂家资料 | — | — | 1份 | 换热面积A、设计Uclean |
| 计算器/手机Excel | — | — | 1 | 现场计算U和Rfouling |
Step 1 FCU运行30分钟以上稳定工况。
Step 2 超声波流量计探头安装在FCU供水管直管段（上游≥10D，下游≥5D），测量水流量 V̇（m³/h）。
Step 3 钳式温度计同时测量 Twater,in 和 Twater,out。
Step 4 热电偶探头置于回风口中心和出风口中心，测量 Tair,in 和 Tair,out。
Step 5 全部4个温度值在30秒内完成同步记录，重复3次取平均。
Step 6 现场计算（可使用预制的Excel模板）：
(a) Q = 4.18 × V̇ × (Twater,out − Twater,in) / 3.6 [kW]
(b) ΔTlm = 按上式计算
(c) U实测 = Q × 1000 / (A × ΔTlm) [W/m²·K]
(d) Rfouling = 1/U实测 − 1/Uclean [m²·K/W]
Step 7 对照判定表输出结论。
以一台典型FCU-600为例：
| 参数 | 符号 | 实测值 | 单位 |
|---|---|---|---|
| 水流量 | V̇ | 0.86 | m³/h |
| 供水温度 | Tw,in | 7.5 | °C |
| 回水温度 | Tw,out | 12.1 | °C |
| 回风温度 | Ta,in | 26.0 | °C |
| 出风温度 | Ta,out | 15.8 | °C |
| 换热面积（铭牌） | A | 8.5 | m² |
| 清洁U值（厂家） | Uclean | 1000 | W/m²·K |
| Rfouling (m²·K/W) | 对应U实测 (假设Uclean=1000) | 判定 | U下降幅度 |
|---|---|---|---|
| < 0.00005 | > 952 | 清洁 | < 5% |
| 0.00005 ~ 0.0001 | 909 ~ 952 | 轻度污垢 | 5%~9% |
| 0.0001 ~ 0.0002 | 833 ~ 909 | 中度污垢 | 9%~17% |
| 0.00018（TEMA标准） | 847 | 预警线 | 15.3% |
| > 0.0002 | < 833 | 重度污垢 | > 17% |
FCU铜管内壁污垢使有效内径减小、壁面粗糙度增大，导致水侧压降ΔP高于设计值。 对于同一FCU型号，在相同水流量下，ΔP实测 / ΔP设计 的比值即反映污垢程度。 若BMS已有支路压差数据，可批量一键筛查，是最经济的方法。
| 仪器 | 型号参考 | 精度 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 手持压差计 | Testo 510 或 Fluke 922 | ±0.5% FS | 1台 | 手动逐台测量时使用 |
| BMS压差传感器（已有） | — | 视传感器规格 | 现有 | 可批量导出数据，无需新购 |
| FCU设计手册/铭牌 | — | — | 1份 | 获取ΔP设计 |
Step 1 确认FCU水流量稳定在设计值附近（查看阀门开度或流量计）。
Step 2 手持压差计正压端接供水管测压口，负压端接回水管测压口。
Step 3 待读数稳定（约60秒），记录 ΔP实测。
Step 4 查找该FCU型号的 ΔP设计（铭牌或厂家资料）。
Step 5 计算压降比 = ΔP实测 / ΔP设计。
Step 1 从BMS导出各支路（或分区）供回水压差的历史数据。
Step 2 选取相同负荷时段（如工作日14:00~16:00），取7天平均值。
Step 3 与竣工调试时记录的基准ΔP对比。
Step 4 生成全楼FCU压降比热力图，红色区域优先处理。
| ΔP实测 / ΔP设计 | 判定 | 对应Rfouling估算 | 建议行动 |
|---|---|---|---|
| < 1.15 | 清洁 | < 0.00005 | 正常 |
| 1.15 ~ 1.30 | 轻度污垢 | 0.00005~0.0001 | 关注 |
| 1.30 ~ 1.60 | 中度污垢 | 0.0001~0.0002 | 建议清洗 |
| > 1.60 | 重度污垢 | > 0.0002 | 必须清洗 |
污垢FCU的换热器表面温度分布呈现不均匀特征——管内结垢区域对应外表面温度偏高（冷冻水未能有效带走热量）。 红外热像仪可快速捕获这种温度场不均匀性，用于定性判断FCU是否存在严重污垢。
| 仪器 | 型号参考 | 精度 | 数量 |
|---|---|---|---|
| 手持红外热像仪 | Fluke TiS20+ 或 Hti HT-18 | ±2°C / 分辨率 120×90以上 | 1台 |
| 对比参考照片 | 同型号清洁FCU的热像图 | — | 1张 |
Step 1 FCU运行30分钟稳定工况。
Step 2 打开FCU回风面板，露出换热器翅片表面。
Step 3 热像仪距离换热器表面约1米，正对拍摄，获取热像图。
Step 4 观察热像图中温度分布是否均匀：清洁FCU表面温度分布均匀（冷量均匀），污垢FCU呈现冷热斑块交替。
Step 5 定性标记：均匀→清洁；轻度斑点→轻度污垢；大面积斑块→严重污垢。
| 热像特征 | 判定 | 典型温差（斑块内） |
|---|---|---|
| 温度分布均匀，温差 < 2°C | 清洁 | — |
| 偶见冷/热斑点，温差 2~4°C | 轻度污垢 | 局部Rf↑ |
| 大面积温度斑块，温差 4~7°C | 中度污垢 | 多根铜管堵塞 |
| 明显冷热分区，温差 > 7°C | 重度污垢 | 严重堵塞 |
此方法是方法1+方法3的组合，在ARK投加前后对同一台FCU进行重复测量，直接量化ARK的清洗效果。 这是ARK项目验收的标准方法，最能体现"现场可测量、可计算"的原则。
同方法1（钳式温度计 ×2）和方法3（手持压差计或BMS数据）。
额外需要：ARK投加记录表（投加日期、浓度、循环水量）。
Pre-ARK（投加前3天内，选稳定负荷日）
① 按方法1测量各抽样FCU的 ΔTpre，记录。
② 按方法3测量各抽样FCU的 ΔPpre（或取BMS数据），记录。
③ 记录当日系统总负荷率、室外温湿度。
Post-ARK（投加后第14~30天，选相近负荷日）
④ 对同一批FCU，在相同负荷条件下重复步骤①②。
⑤ 记录 ΔTpost 和 ΔPpost。
计算
⑥ ΔΔT = ΔTpost − ΔTpre（正值表示改善）
⑦ ΔP下降率 = (ΔPpre − ΔPpost) / ΔPpre × 100%
⑧ 若有方法2数据，计算 Rfouling,reduction = Rf,pre − Rf,post
| 验收指标 | 优秀 | 良好 | 合格 | 不合格 |
|---|---|---|---|---|
| ΔT恢复幅度 | ≥ 2.0°C | 1.0~2.0°C | 0.5~1.0°C | < 0.5°C |
| ΔP降低幅度 | ≥ 25% | 15%~25% | 8%~15% | < 8% |
| Rfouling减少量 | ≥ 0.00012 | 0.00006~0.00012 | 0.00002~0.00006 | < 0.00002 |
| 抽样合格率（抽样≥10台） | ≥ 90% | 80%~90% | 60%~80% | < 60% |
| 场景 | 推荐方法组合 | 理由 |
|---|---|---|
| 项目售前快速评估 | 方法1 + 方法4 | 最快出结论，设备轻便，客户可参与 |
| 项目方案编制 | 方法1 + 方法3（BMS批量） | 全楼污垢分布图，量化节能潜力 |
| 验收报告/科研数据 | 方法2（抽样10~20台） | 输出精确Rfouling数字，对标TEMA |
| ARK项目标准验收 | 方法5（方法1+3的组合前后对比） | 直接量化清洗效果，透明可信 |
是。ARK在闭式循环系统中流动，化学清洗组分（螯合剂+分散剂）接触系统中的每一个换热表面。 主机蒸发器和FCU换热器铜管内壁受到的化学作用完全相同。 唯一差异是：FCU管内流速较低，Toms减阻效应较弱，但化学清洗效应不受影响。
在大多数既有建筑中，是的。主机蒸发器污垢导致COP下降（通常3%~16%）， 而FCU污垢导致系统总流量虚高10%~30%，对应的水泵功耗增加往往超过主机COP下降的能耗影响。 而且FCU污垢几乎从未被处理，是"隐性"的能耗黑洞。
三个简易判断指标：
指标1 支路ΔT < 3°C（设计值5°C）→ 中度以上污垢
指标2 相同舒适条件下，系统总流量 > 设计值的110% → 存在污垢
指标3 FCU水阀开度长期 > 80% → 换热能力不足，可能污垢
化学清洗是一个渐进过程。通常在ARK投加后7~14天可观察到支路ΔT开始恢复， 14~30天后效果趋于稳定。与主机蒸发器的清洗时间表基本一致。
不能直接处理。ARK作用于水侧（铜管内壁），对空气侧翅片积灰无直接化学作用。 但FCU水侧换热恢复后，在相同室内负荷下风机转速可降低（若有变频控制）， 或同等风量下送风温度更低、换热更充分，间接改善室内舒适度。 空气侧污垢仍需定期人工清洗翅片。
[1] TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association). Standards for Shell and Tube Heat Exchangers. 10th Ed., 2023.
[2] ASHRAE Handbook — HVAC Systems and Equipment. Chapter 45: Room Air Conditioners and Packaged Terminal Equipment, 2024.
[3] ASHRAE Guideline 14-2023. Measurement of Energy, Demand, and Water Savings.
[4] IPMVP (International Performance Measurement and Verification Protocol). Concepts and Options for Determining Energy and Water Savings. Vol. I, 2024.
[5] Incropera, F.P. & DeWitt, D.P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 8th Ed., Wiley, 2023.
[6] GB 50189-2015. 《公共建筑节能设计标准》.
[7] GB/T 19413-2023. 《计算机和数据处理机房用单元式空气调节机》.