郭林文

(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣州510010)

1 概況

廣州市某辦公樓位于廣州天河區(qū)體育東路，緊鄰天河商圈，是一棟以辦公為主的綜合商業(yè)大樓，大樓地下兩層，主要為車(chē)庫(kù)和設(shè)備用房;1～7樓裙樓部分主要是餐飲、商業(yè)用房;塔樓分成東西兩棟，主要作辦公會(huì)議用，東塔樓36層，西塔樓26層，大樓總建筑面積約8.3萬(wàn)平方米。

為了解大樓空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀，提高大樓空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能效，大樓業(yè)主委托我院與某機(jī)電安裝公司組成聯(lián)合體 (下面簡(jiǎn)稱(chēng)聯(lián)合檢測(cè)組)對(duì)大樓空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)估。聯(lián)合檢測(cè)組經(jīng)過(guò)對(duì)大樓空調(diào)系統(tǒng)的檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)勘查，找出了大廈空調(diào)系統(tǒng)存在的一些問(wèn)題，并提出了一些切實(shí)可行的改造方案。

2 大樓空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題分析

2.1 制冷主機(jī)

大樓目前共有4臺(tái)同型號(hào)的水冷離心式冷水機(jī)組，聯(lián)合檢測(cè)組和主機(jī)廠家一起對(duì)其中的3#主機(jī)的能效進(jìn)行了測(cè)試，主機(jī)額定參數(shù)及3#主機(jī)部分測(cè)試數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1。

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，我們可計(jì)算3#機(jī)組在測(cè)試日的實(shí)際制冷量。制冷量的計(jì)算公式如下:

式中:

Q—制冷機(jī)產(chǎn)生的冷量，kW;

c—冷水比熱容，4.19kJ/(kg·℃);

m—冷水流量，kg/s;

tin—制冷機(jī)冷水進(jìn)口溫度，℃;

tout—制冷機(jī)冷水出口溫度，℃

由此可得3#機(jī)組的實(shí)際制冷量:

Q=4.19×524.9×1000× (14.2－10.6)/3600=2199.3kW

冷水機(jī)組的電耗可根據(jù)下式計(jì)算得到:

表1 大樓主機(jī)額定參數(shù)及測(cè)試主機(jī)數(shù)據(jù)表

式中:

P—制冷機(jī)的電耗，W;

U—交流電壓，由配電柜上電壓表測(cè)得，V;

I—交流電流，由配電柜上電流表測(cè)得，A;

cosφ—功率因數(shù)，由功率因數(shù)表測(cè)得

由此可得3#機(jī)組的實(shí)際電耗:

P=1.732×380×785×0.87=449503W=449.5kW

主機(jī)實(shí)測(cè)能效比:

COP實(shí)測(cè)=Q/P=2199.3/449.5=4.89

如果以此計(jì)算出的能效比與額定能效比來(lái)比較，則可得:

主機(jī)實(shí)測(cè)能效比/主機(jī)額定能效比

COP實(shí)測(cè)=4.89/5.21=93.8%

即主機(jī)能效僅有6.2%的降低，但從表1中我們看到，額定能效比是指主機(jī)在額定工況下的效率，主機(jī)額定工況是冷卻水回水溫度為32℃，冷凍水供水溫度為7℃，但實(shí)際測(cè)試時(shí)，主機(jī)冷卻水回水溫度為30.5℃，冷凍水供水溫度為10.6℃。根據(jù)主機(jī)特性的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù):冷卻水進(jìn)水溫度每升高1℃，制冷機(jī)效率下降2% ～3%(計(jì)算取2.5%)，冷凍水溫度每升高1℃，制冷機(jī)效率提高1% ～2%(計(jì)算取1.5%)，我們可以推算實(shí)際測(cè)試時(shí)，如果冷卻水回水溫度為32℃，冷凍水供水溫度為7℃的工況下，主機(jī)的能效比約為:

COP修正=4.89× ［1－0.025× (32－30.5)］× ［1－0.015× (10.6－7)]=4.45

這樣都在額定工況下來(lái)比較主機(jī)實(shí)測(cè)能效比和額定能效比:

COP修正/COP額定=4.45/5.21=85%。

表明目前主機(jī)能效比約為額定值的85%左右，運(yùn)行了十幾年之后主機(jī)制冷效率下降了15%左右。

在夏季最熱時(shí)期，開(kāi)啟4臺(tái)主機(jī)中的2臺(tái)即可滿(mǎn)足大樓的供冷需求，主機(jī)冷量配置超過(guò)建筑所需一倍。且在過(guò)渡季節(jié)、周末和晚上只有少部分區(qū)域需要空調(diào)的低負(fù)荷時(shí)段，由于沒(méi)有相應(yīng)匹配的小制冷機(jī)，只能開(kāi)啟一臺(tái)制冷機(jī)，通過(guò)頻繁啟停來(lái)滿(mǎn)足使用要求，這樣影響制冷主機(jī)的使用壽命，增大了空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。

檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，主機(jī)停機(jī)后，冷凍水回水溫度上升很快，在2012年9月1日記錄的數(shù)據(jù)顯示，11∶15主機(jī)停機(jī)，12∶10主機(jī)重新開(kāi)啟，10分鐘后，冷凍水供、回水溫度為16.5/18.4℃，冷凍水供、回水溫度過(guò)高，室內(nèi)末端除濕降溫能力下降，引起室內(nèi)溫度、濕度偏高，從而影響室內(nèi)人員的舒適度。

2.2 空調(diào)水泵

目前大樓共配備了6臺(tái)冷凍水泵、6臺(tái)冷卻水泵，其額定參數(shù)如表2。

表2 大樓空調(diào)水泵額定參數(shù)

由于4臺(tái)主機(jī)制冷量均為2461kW，因此實(shí)際運(yùn)行時(shí)，5～6#備用泵只有在晚上或其他低負(fù)荷時(shí)段關(guān)閉制冷主機(jī)后，才能開(kāi)啟輸送余冷。制冷量為2461kW的制冷主機(jī)冷凍水額定流量為425m3/h，冷卻水額定流量為533m3/h，考慮到水泵是4臺(tái)并聯(lián)，對(duì)應(yīng)配備的冷凍水泵的理想流量應(yīng)為L(zhǎng)冷凍泵=425×1.05(考慮并聯(lián)時(shí)的流量附加系數(shù))=446m3/h，冷卻水泵的理想流量L冷卻泵=533×1.05(考慮并聯(lián)時(shí)的流量附加系數(shù))=560m3/h。實(shí)際配備的冷凍水泵流量比設(shè)計(jì)理想值偏大了 (500－446)/446=12%;冷卻水泵流量比設(shè)計(jì)理想值偏大了 (600－560)/446=7%。

另外，大樓2012年7月份的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行日志顯示整個(gè)7月份冷凍水泵前后最大壓力差是330kPa，冷卻水泵前后最大壓力差是320kPa，表明按目前最多開(kāi)啟2臺(tái)主機(jī)運(yùn)行的狀況，冷凍水泵和冷卻水泵額定揚(yáng)程400kPa明顯偏大。

在水泵的流量和揚(yáng)程都偏大的情況下，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過(guò)主機(jī)的水流量大大超過(guò)額定流量，出現(xiàn)“大流量、小溫差”的情況，大樓空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行日志顯示在開(kāi)啟2臺(tái)制冷主機(jī)的情況下，冷凍水供回水溫差≤3.6℃。

2.3 冷卻塔

目前大樓配備了4臺(tái)冷卻塔，具體參數(shù)不詳，原來(lái)設(shè)計(jì)時(shí)，冷卻水系統(tǒng)采用了全變頻的運(yùn)行控制方式，即冷卻水泵、冷卻塔均通過(guò)變頻及臺(tái)數(shù)控制，同時(shí)充分利用冷卻塔的自然冷卻功能達(dá)到最節(jié)能的運(yùn)行方式。但目前冷卻塔變頻功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，冷卻塔供水管路上又沒(méi)有安裝與主機(jī)聯(lián)鎖啟停的電動(dòng)閥，且4臺(tái)冷卻塔填料損毀嚴(yán)重，導(dǎo)致主機(jī)只開(kāi)啟2臺(tái)時(shí)，冷卻塔需要4臺(tái)全開(kāi)才能使冷卻水進(jìn)水溫度達(dá)到32℃以下，主機(jī)只開(kāi)啟1臺(tái)時(shí)，需要開(kāi)啟2臺(tái)以上冷卻塔才能使冷卻水進(jìn)水溫度達(dá)到32℃以下。

2.4 空調(diào)BA系統(tǒng)

目前大樓BA控制系統(tǒng)基本處于失靈癱瘓狀態(tài)，原設(shè)計(jì)時(shí)空調(diào)系統(tǒng)要求的變頻運(yùn)行、控制功能均不能實(shí)現(xiàn)，如:部分樓層空調(diào)設(shè)備改造后沒(méi)有接入大廈BA系統(tǒng);冷卻塔、空調(diào)器、平時(shí)用風(fēng)機(jī)等設(shè)備均無(wú)法在控制室內(nèi)進(jìn)行啟停控制，只能改為就地手動(dòng)控制方式，有2臺(tái)冷卻塔運(yùn)行狀態(tài)甚至都不能在監(jiān)控屏幕上顯示;機(jī)房群控系統(tǒng)無(wú)法對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)機(jī)、卸載、停機(jī)控制，水泵、冷卻塔無(wú)法實(shí)現(xiàn)變頻控制，只能人工啟停機(jī)組;部分空調(diào)器冷凍水管路上的比例積分閥已損壞，無(wú)法做到根據(jù)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度;甚至BA系統(tǒng)主機(jī)也經(jīng)常死機(jī)。

2.5 空調(diào)末端

由于大樓目前配置的風(fēng)柜、風(fēng)機(jī)盤(pán)管數(shù)量眾多，且各區(qū)域租戶(hù)仍在辦公，無(wú)法對(duì)空調(diào)風(fēng)柜、風(fēng)機(jī)盤(pán)管進(jìn)行勘查、檢測(cè)。暫時(shí)無(wú)法完全了解空調(diào)末端設(shè)備是否全部運(yùn)行良好。

但是，通過(guò)查看大樓2011年和2012年前期的空調(diào)運(yùn)行日志，發(fā)現(xiàn)在12月～次年3月的過(guò)渡季節(jié)，部分時(shí)段大樓仍需要開(kāi)啟制冷主機(jī)供冷，不能充分利用室外新風(fēng)自然冷卻。經(jīng)過(guò)詢(xún)問(wèn)工程人員及現(xiàn)場(chǎng)勘查，了解到過(guò)渡季節(jié)有供冷需求的區(qū)域主要是因?yàn)樾嘛L(fēng)百葉風(fēng)口過(guò)小，還有部分區(qū)域因吊裝的新風(fēng)機(jī)組噪音太大，平時(shí)就關(guān)閉不開(kāi)啟，也使得空調(diào)區(qū)域無(wú)法充分利用室外新風(fēng)冷卻，增大了空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗，降低了室內(nèi)人員的舒適度。

2.6 空調(diào)水管系統(tǒng)

根據(jù)大樓物業(yè)管理部門(mén)委托專(zhuān)業(yè)檢測(cè)單位對(duì)大樓空調(diào)冷卻水管腐蝕檢測(cè)報(bào)告顯示:檢測(cè)的冷卻水管路中，管壁最薄處只有3mm，最厚處8.6mm，11個(gè)檢測(cè)點(diǎn)中有5個(gè)點(diǎn)有滲漏現(xiàn)象，而根據(jù)一般無(wú)縫鋼管的規(guī)格，管徑為DN500的鋼管標(biāo)準(zhǔn)壁厚應(yīng)為9～10mm。因此這三段冷卻水管存在明顯管壁過(guò)薄問(wèn)題，由此導(dǎo)致冷卻水管多處滲漏。表明冷卻水管路目前腐蝕嚴(yán)重，而且由于冷卻水系統(tǒng)每年仍需要加藥清洗，管路會(huì)繼續(xù)腐蝕，如果不采取有效措施防止管路狀況繼續(xù)惡化，很有可能會(huì)引起冷卻水管路從小滲漏演變成大滲漏甚至有爆管的危險(xiǎn)，這是大樓空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)較大的隱患。

3 改造建議

根據(jù)大樓空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀，建議采取以下一些措施來(lái)優(yōu)化大樓空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行，提高室內(nèi)人員的舒適度，節(jié)約空調(diào)系統(tǒng)的的運(yùn)行能耗。

3.1 增加1臺(tái)制冷量為1231kW的水冷螺桿式冷水機(jī)組供低負(fù)荷時(shí)段用

考慮到大樓整個(gè)過(guò)渡季節(jié)的低負(fù)荷處于不斷變化中，目前已有的備用冷凍水泵額定流量適合配備制冷量為1231kW的制冷主機(jī)(根據(jù)計(jì)算，制冷量為1231kW的主機(jī)額定冷凍水量為211m3/h，額定冷卻水量為264m3/h。原來(lái)備用的5～6#冷凍水泵和5～6#冷卻水泵基本可以滿(mǎn)足要求)，而且1231kW的制冷量剛好是已有主機(jī)單臺(tái)冷量的一半，適合與原有主機(jī)大小搭配使用。因此，建議新增1臺(tái)制冷量為1231kW的制冷主機(jī)供低負(fù)荷時(shí)段供冷用。

新增制冷主機(jī)后，不需額外新增冷卻塔，仍然沿用舊的冷卻塔即可，開(kāi)啟制冷量為1231kW的制冷主機(jī)時(shí)，開(kāi)啟1臺(tái)現(xiàn)有的冷卻塔即可。同時(shí)也無(wú)需新增空調(diào)水泵，僅需要把新增的制冷機(jī)冷凍水管和冷卻水管分別接入冷凍水總管和冷卻水總管即可。新增制冷主機(jī)安裝位置及管道接駁詳圖1。

圖1 新增制冷主機(jī)原理示意圖

新增1臺(tái)小容量的主機(jī)后，在周末、節(jié)假日、晚上以及過(guò)渡季節(jié)等低負(fù)荷時(shí)段，僅開(kāi)啟小容量的制冷主機(jī)即可滿(mǎn)足大廈的供冷，避免了大機(jī)的頻繁啟停，不僅有利于提高4臺(tái)大機(jī)的使用壽命，還有利于提高大廈空調(diào)系統(tǒng)在低負(fù)荷時(shí)段的運(yùn)行效率，而且能夠保證室內(nèi)人員在節(jié)假日和晚上加班時(shí)的舒適度。

3.2 全面修復(fù)BA系統(tǒng)

針對(duì)目前BA問(wèn)題存在的狀況，建議找專(zhuān)業(yè)公司對(duì)大廈BA系統(tǒng)進(jìn)行全面修復(fù)保養(yǎng)，讓BA系統(tǒng)能得到有效的正常運(yùn)行，恢復(fù)空調(diào)制冷系統(tǒng)的變頻、監(jiān)控、控制功能。

3.3 更換冷卻塔填料

由于現(xiàn)有的4臺(tái)冷卻塔填料損毀嚴(yán)重，導(dǎo)致冷卻塔效率低下，建議更換4臺(tái)冷卻塔的填料。

3.4 更換腐蝕嚴(yán)重的冷卻水管

由于部分冷卻水管路腐蝕嚴(yán)重，如果不采取有效措施防止管路狀況繼續(xù)惡化，很有可能會(huì)引起冷卻水管路從小滲漏演變成大滲漏甚至爆管的危險(xiǎn)。為消除隱患，建議對(duì)腐蝕嚴(yán)重的冷卻水管段進(jìn)行更換。

3.5 過(guò)渡季節(jié)充分利用室外新風(fēng)自然冷卻

針對(duì)過(guò)渡季節(jié)仍需要供冷的區(qū)域，通過(guò)擴(kuò)大室外新風(fēng)百葉口面積、清洗新風(fēng)入口處過(guò)濾網(wǎng)、更換噪音大的新風(fēng)機(jī)組等方式加大室外新風(fēng)的引入，提高新風(fēng)量，盡量充分利用新風(fēng)來(lái)自然冷卻，減少制冷主機(jī)在過(guò)渡季節(jié)開(kāi)啟的時(shí)間。

［1]梁珍，趙加寧，郭駿.高層辦公建筑能耗調(diào)查與節(jié)能潛力分析［J］.節(jié)能技術(shù)，2001，19(1):12－22

［2]朱偉峰，江億，薛志峰.空調(diào)冷凍站和空調(diào)系統(tǒng)若干常見(jiàn)問(wèn)題分析［J］.暖通空調(diào)，2000，30(6):4－11

(1)廣州某辦公樓2011年空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行日志

(2)廣州某辦公樓2012年7月空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行日志