李 馴

（北京鐵路局唐山站河北唐山063000）

淺議中央空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行管理

李 馴

（北京鐵路局唐山站河北唐山063000）

中央空調(diào)系統(tǒng)的滿負(fù)荷設(shè)計(jì)與較低負(fù)荷運(yùn)行工況，存在巨大的節(jié)能潛力。本文通過(guò)對(duì)唐山站空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的溫度不均衡等問(wèn)題的分析，提出了技術(shù)與管理相結(jié)合的解決辦法，充分挖掘空調(diào)系統(tǒng)使用中的潛在功能，從而達(dá)到節(jié)能降耗目的。

中央空調(diào)；優(yōu)化；運(yùn)行；管理

1 問(wèn)題的提出

中央空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)，其最大冷量負(fù)荷設(shè)計(jì)，往往是按使用地的最高溫度來(lái)確定的，并且還有10%～20%的余量設(shè)計(jì)。而實(shí)際上在我國(guó)很多的地區(qū)，年氣溫最高的時(shí)間只有2個(gè)月左右，且每天的最高氣溫也只有6、7個(gè)小時(shí)，所以大多數(shù)時(shí)間中央空調(diào)系統(tǒng)都達(dá)不到滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，這就導(dǎo)致負(fù)荷過(guò)剩問(wèn)題。有專家推測(cè)，目前我國(guó)的中央空調(diào)節(jié)能挖潛的空間還有近30%的余量。根據(jù)唐山站運(yùn)營(yíng)三年的實(shí)地調(diào)研證明，鐵路高鐵站也存在著上述問(wèn)題，為此需要我們探索出一條“優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗”的有效途徑。

2 唐山站空調(diào)系統(tǒng)概況

唐山站建筑面積59300m2，中央空調(diào)系統(tǒng)為獨(dú)立供給方式，采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，整個(gè)新風(fēng)系統(tǒng)由新風(fēng)空調(diào)機(jī)組組成?？照{(diào)工程部位為候車大廳、售票廳、貴賓室、辦公室等。其中候車大廳、售票廳等大空間場(chǎng)所采用一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)。分設(shè)東、西制冷機(jī)房和換熱機(jī)房。東側(cè)制冷機(jī)房設(shè)在地下一層，空調(diào)系統(tǒng)總冷負(fù)荷3621.9kW，設(shè)置三臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組提供冷量，單臺(tái)制冷量為1135 kW，三臺(tái)冷凍水循環(huán)泵與冷水機(jī)組一一對(duì)應(yīng)；西側(cè)制冷機(jī)房與東側(cè)制冷設(shè)備對(duì)稱設(shè)置。采用相同型號(hào)設(shè)備對(duì)稱設(shè)在西站房地下一層，按建筑面積設(shè)計(jì)總負(fù)荷略小于東側(cè)為3154.6kW。東制冷機(jī)房冷凍水循環(huán)泵流量Q=225m3/H；西制冷機(jī)房冷凍水循環(huán)泵流量Q=196m3/H；熱交換站的一次熱媒由城市熱力供給，采用一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)和地板輻射相輔助的冬季采暖。地板輻射采暖負(fù)荷：1230kW；空調(diào)系統(tǒng)冬季總負(fù)荷：5465 kW；唐山站整體空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)這兩個(gè)制冷、供熱機(jī)房提供冷、熱源，通過(guò)風(fēng)機(jī)盤管、空調(diào)機(jī)組、地板輻射采暖三個(gè)供回水回路，分別輸送到各個(gè)房間和空調(diào)機(jī)房。

唐山站空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，是按照《鐵路旅客服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定：候車室冬季18℃~20℃;夏季26℃～28℃。經(jīng)我們實(shí)際測(cè)試，有的區(qū)域溫度相差5℃。夏季為了提高制冷效能，我們?nèi)籼岣咚脫P(yáng)程，但這將會(huì)更多的電能浪費(fèi)。

3 空調(diào)系統(tǒng)平衡失調(diào)的原因分析

為了解決影響唐山站空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效能的主要問(wèn)題，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查和研究分析，匯總了以下問(wèn)題：

3.1 回水壓力不平衡的影響

我們對(duì)唐山站空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備的回水壓力進(jìn)行了專門分析，見(jiàn)圖1。

圖1 設(shè)置在候車室三層的4個(gè)空調(diào)機(jī)房的冷、熱供回水壓力情況

從圖1可以看出，東北角和西北角比其他的回水壓力較小?？照{(diào)機(jī)房按空間負(fù)荷設(shè)計(jì)，對(duì)稱設(shè)置在候車大廳，各臺(tái)空調(diào)機(jī)組型號(hào)相同，設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度基本一致，在滿負(fù)荷條件下正常運(yùn)行時(shí)，各空調(diào)機(jī)組供回水溫度不應(yīng)相差較大。但是經(jīng)過(guò)查閱測(cè)溫記錄和筆者在現(xiàn)場(chǎng)親身體驗(yàn)，卻明顯地感受到溫度差別。就拿西南角空調(diào)機(jī)房來(lái)說(shuō)，此區(qū)域平時(shí)候車旅客稀少，可是在三伏天卻集聚了大量旅客，原來(lái)此處溫度大大低于其他區(qū)域，甚至在空調(diào)鼓型噴口的送風(fēng)管道上出現(xiàn)結(jié)露，與之相對(duì)應(yīng)的西北角空調(diào)機(jī)房的通風(fēng)區(qū)域溫度則高出2℃～3℃，這一現(xiàn)象充分反映出該系統(tǒng)存有嚴(yán)重的水力不平衡問(wèn)題。

3.2 平衡閥在不同狀態(tài)下對(duì)流量的影響

唐山站空調(diào)水系統(tǒng)在每臺(tái)空調(diào)機(jī)組的回水管上，均設(shè)置了帶比例積分功能的動(dòng)態(tài)流量平衡閥，該平衡閥從流體力學(xué)的角度看，就是根據(jù)設(shè)計(jì)流量合理的分配冷凍水，使之處于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡，滿足末端負(fù)荷需求而設(shè)置的節(jié)流件。其工作原理：通過(guò)改變閥芯的過(guò)流面積，適應(yīng)閥前后的壓差變化而控制流量，實(shí)現(xiàn)真正意義上的變水量運(yùn)行，使空調(diào)機(jī)組出風(fēng)溫度穩(wěn)定在一定的設(shè)計(jì)值。

流量方程式為：

式中：Cv——與流體介質(zhì)和閥門開(kāi)度有關(guān)的流量系數(shù)；

A——閥芯的過(guò)流面積；

ΔP——閥前后的壓差；

Q——流經(jīng)閥門的流量。

對(duì)于一定的流體介質(zhì)，當(dāng)閥門達(dá)到某一特定的開(kāi)度時(shí)，Cv可近似恒定，其流量的恒定可以通過(guò)保持來(lái)恒定，而動(dòng)態(tài)流量平衡閥就是以此原理來(lái)進(jìn)行的。

動(dòng)態(tài)流量平衡閥組件由平衡閥、碟閥和旁通管等組成。運(yùn)行中檢修平衡閥時(shí)首先關(guān)閉平衡閥兩側(cè)閥門然后打開(kāi)旁通閥。正常工作狀態(tài)下旁通碟閥則處在關(guān)閉狀態(tài)，平衡閥在接收到的壓差信號(hào)指令下，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成開(kāi)度調(diào)整。

圖2 平衡閥組件安裝圖

唐山站在實(shí)際運(yùn)行中，由于同一環(huán)路中個(gè)別旁通閥打開(kāi)而引起水流短路，出現(xiàn)了最小和最大壓差，這時(shí)平衡閥很難在特定的壓差波動(dòng)范圍內(nèi)正常工作，導(dǎo)致流量失調(diào)或調(diào)整不當(dāng)現(xiàn)象發(fā)生。管道過(guò)流面積發(fā)生變化，流量不一致就會(huì)導(dǎo)致溫度不平衡，平衡閥失去了動(dòng)態(tài)調(diào)整功能，就出現(xiàn)了個(gè)別區(qū)域溫度異?，F(xiàn)象。

3.3 管道流程對(duì)流量的影響

空調(diào)冷凍水介質(zhì)在管道中流程越長(zhǎng)，沿程阻力就越大，單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)截面積的流量就會(huì)越小。實(shí)際運(yùn)用中，流量計(jì)算并非達(dá)到理想化，往往會(huì)受到管徑、流速、路程、阻力、工作狀態(tài)等因素影響。

例如候車廳內(nèi)共有12臺(tái)空調(diào)機(jī)組組成通風(fēng)回路，距離提供冷凍源的制冷機(jī)房路程不一樣，沿程阻力也出現(xiàn)差異，導(dǎo)致位于管網(wǎng)末端的壓力下降。雖然是按設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)確定管道的額定流量，但是12臺(tái)機(jī)組共同向18000m2的大空間供冷，很難達(dá)到一致流量。

制冷機(jī)房設(shè)置在站房南側(cè)，供水主干管道管徑均為300mm，主管道從南側(cè)接入每個(gè)空調(diào)機(jī)組。北側(cè)機(jī)組跨越72m的地下旅客通道，北側(cè)管道流程阻力增大導(dǎo)致壓力減小，形成了距離制冷機(jī)房較近的南側(cè)機(jī)組達(dá)到了設(shè)定流量，而北側(cè)的空調(diào)機(jī)組距離機(jī)房較遠(yuǎn)或?qū)儆谀┒怂跃托∮陬~定流量。

3.4 季節(jié)轉(zhuǎn)換后流量之間變化的影響

目前空調(diào)冷水系統(tǒng)大都采用1級(jí)泵定流量系統(tǒng)，水泵容量是按冷水機(jī)組最大負(fù)荷時(shí)選定的且全年在固定的水流量下工作。當(dāng)部分空調(diào)末端停機(jī)時(shí)，水閥不能關(guān)閉，回水溫度逐漸降低，導(dǎo)致供回水間溫差減小。因季節(jié)和晝夜的不斷轉(zhuǎn)換，自然導(dǎo)致建筑物使用功能的不同，實(shí)際上空調(diào)負(fù)荷在一年中的絕大部分時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)負(fù)荷低，全年約有60%的時(shí)間實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷是在設(shè)計(jì)負(fù)荷的50%～70%以下運(yùn)行，而冷水流量不變情況下，供回水間溫差由設(shè)計(jì)的5℃～7℃降為0.5℃～1.0℃，也就是系統(tǒng)在大流量小溫差狀況下運(yùn)行，導(dǎo)致了水泵運(yùn)行的輸送能量浪費(fèi)，且增加了管路系統(tǒng)的冷熱量流失。從中央空調(diào)系統(tǒng)空氣處理過(guò)程可看出，夏季室內(nèi)溫度越低、相對(duì)濕度愈低，系統(tǒng)設(shè)備耗能愈大；冬季室內(nèi)溫度越高、相對(duì)濕度愈高，系統(tǒng)設(shè)備耗能愈大，相應(yīng)地運(yùn)行耗能也隨之增大。在舒適溫度范圍內(nèi)，夏季降溫時(shí)，取較高的溫濕度值；冬季采暖時(shí)，取較低的溫濕度值，可獲得一定的節(jié)能效果。

4 優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的措施

4.1 設(shè)置制冷主機(jī)的節(jié)能運(yùn)行

在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中，主機(jī)能耗占總能耗60%以上，是整個(gè)系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵。因?yàn)榭照{(diào)系統(tǒng)主機(jī)是按最大負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而空調(diào)系統(tǒng)對(duì)每個(gè)具體工況而言，都有一條最佳的特性曲線，滿足這條曲線工作，主機(jī)效率最高、能耗最小。為了控制主機(jī)盡量滿足其特性曲線，達(dá)到節(jié)能的目的，唐山站選擇了集成化的BAS系統(tǒng)，該系統(tǒng)適合車站的建筑特點(diǎn)及先進(jìn)的控制和管理要求。例如：夜間循環(huán)程序分別設(shè)定低溫極限和高溫極限。在涼爽季節(jié)，夜間候車旅客稀少時(shí)只送新風(fēng)，以節(jié)約能耗。同時(shí)，按采樣溫度決定室內(nèi)溫度，實(shí)現(xiàn)加熱循環(huán)或冷卻循環(huán)控制。

4.2 做好動(dòng)態(tài)流量平衡管理

一般空調(diào)水系統(tǒng)的輸配用電，在夏季供冷期內(nèi)約占12%～24%，冬季供暖期間約占整個(gè)建筑動(dòng)力的20%～25%。所以說(shuō)空調(diào)水系統(tǒng)的節(jié)能空間比較大。為了減少水泵能耗，可從以下著手。

（1）盡量減少閥門、過(guò)濾器的阻力。閥門是調(diào)節(jié)管路阻力特性的主要部件，因閥門阻力會(huì)增加水泵的揚(yáng)程和電耗，應(yīng)盡量避免使用閥門調(diào)節(jié)阻力的方法。

（2）合理設(shè)定流量。水流量與水泵電耗是有一定比例的?？照{(diào)系統(tǒng)中水流量是由空調(diào)冷熱負(fù)荷和空調(diào)供回水溫差決定的，供回水溫差越大，空調(diào)水流量越小，水泵電耗越小。

（3）提高水泵效率。水泵效率是指電動(dòng)機(jī)軸功率被流體利用的程度。水泵的效率隨水泵工作狀態(tài)點(diǎn)的不同從零到最大效率變化。在輸出功率相同的條件下，如果水泵的效率降低，水泵的能耗也會(huì)增大。

4.3 合理使用新風(fēng)系統(tǒng)

在滿足站房室溫要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能，必須合理使用新風(fēng)系統(tǒng)。

（1）科學(xué)控制新風(fēng)閥。冬、夏季室內(nèi)外溫差較大，在進(jìn)站口進(jìn)行室內(nèi)預(yù)冷預(yù)熱時(shí)，將新風(fēng)閥全部關(guān)閉，在保證旅客舒適性的前提下，選擇最佳啟動(dòng)時(shí)間；而在春、秋過(guò)渡季節(jié)，由于新風(fēng)溫度適宜，不需預(yù)冷預(yù)熱，切斷新風(fēng)閥后反而會(huì)增加負(fù)荷。

（2）合理設(shè)置設(shè)定參數(shù)。冬、夏季科學(xué)合理設(shè)定室內(nèi)溫度值，也可根據(jù)氣候變化適時(shí)調(diào)整設(shè)備。合理的空調(diào)設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)完美結(jié)合，能有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

（3）減少制冷機(jī)運(yùn)行周期。采用全年多工況控制方式，在過(guò)渡季節(jié)加大新風(fēng)的利用，縮短制冷機(jī)開(kāi)啟周期，降低耗電量。由于新風(fēng)溫度低于送風(fēng)溫度，在室內(nèi)溫度升高情況下，可采用適當(dāng)開(kāi)啟新風(fēng)機(jī)組來(lái)降低溫度，從而縮短制冷系統(tǒng)的開(kāi)啟周期。

（4）利用室外自然風(fēng)源。當(dāng)室外空氣的焓值和溫度低于室內(nèi)時(shí)，在供冷期內(nèi)就可以利用室外風(fēng)所帶有的自然冷量來(lái)全部或部分滿足室內(nèi)冷負(fù)荷的需要。在過(guò)渡季節(jié)全部打開(kāi)候車室兩側(cè)及東、西站房前廳的通風(fēng)排煙窗，利用室外新風(fēng)的天然冷源降溫。既改善了室內(nèi)空氣品質(zhì)，又節(jié)約了制冷系統(tǒng)在過(guò)渡季節(jié)所耗費(fèi)的電能。

（5）科學(xué)設(shè)定開(kāi)啟模式。目前,唐山站通風(fēng)窗的開(kāi)啟模式有：中控室BAS遠(yuǎn)程控制、就地手動(dòng)控制，隔窗開(kāi)啟、區(qū)域開(kāi)啟等模式。開(kāi)窗調(diào)節(jié)最大開(kāi)度為80%，最小開(kāi)度為20%。

4.4 加強(qiáng)硬件設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)

定期做好對(duì)空調(diào)設(shè)備的檢修和維護(hù)保養(yǎng)工作，也是確?？照{(diào)設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在日常檢修保養(yǎng)中，我們總結(jié)出了聞、聽(tīng)、看、摸、查“五字法”。

（1）聞：巡檢時(shí)通過(guò)嗅覺(jué)辨別空氣中，是否有高速旋轉(zhuǎn)的軸承可能因缺少潤(rùn)滑油“干研”而散發(fā)出的特殊氣味，是否有電機(jī)漆包線、電源線發(fā)出的異常氣味等，根據(jù)各種味道快速準(zhǔn)確地判斷出故障所在。

（2）聽(tīng)：在機(jī)房?jī)?nèi)的嘈雜聲中，判斷出各種異常聲音。比如：螺栓松動(dòng)、金屬開(kāi)焊、斷裂而產(chǎn)生的共振，軟連接風(fēng)管出現(xiàn)破洞發(fā)出的呼嘯聲等。還可借助螺絲刀頂在需要檢查的部位，通過(guò)刀柄將聲音傳到耳膜，根據(jù)不同的頻率來(lái)判斷設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

（3）看：觀察設(shè)備是否有異樣、挪位，電機(jī)軸承是否有因高溫缺油產(chǎn)生“烤藍(lán)”現(xiàn)象，電機(jī)附近的物品是否有烤焦、烤糊現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)異常，就應(yīng)立即采取緊急措施。

（4）摸：用手感直接檢查可疑部件。摸的時(shí)候要特別注意安全，防止高溫燙手。還有摸電機(jī)或帶電原件時(shí)一定要用手背去觸摸，萬(wàn)一有漏電由于條件反射手會(huì)很快抽回來(lái)，有效地防止觸電事故。

（5）查：主要查每次檢修和日常巡視記錄，查設(shè)備明細(xì)、規(guī)格、數(shù)據(jù)等，是否符合原設(shè)計(jì)要求，查上一次發(fā)現(xiàn)問(wèn)題處理后的使用效果。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試后的空調(diào)系統(tǒng)，在實(shí)際驗(yàn)證后，全部符合有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗明顯下降。唐山站的空調(diào)總耗電量由2014年的400×104kW·h，下降到2015年的336×104kW·h,節(jié)約用電64×104kW·h，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本61.12萬(wàn)元。

[1]呂喆安,薛猋,索東盛.空氣調(diào)節(jié)節(jié)能技術(shù)與應(yīng)用.天津:資源節(jié)約與環(huán)保,2014,11:79.

[2]李云勝,張亞平,張傳志.醫(yī)院高層建筑的暖通空調(diào)節(jié)能技術(shù)分析.天津:資源節(jié)約與環(huán)保,2014,10:77.

李馴（1965—），男，河北唐山，唐山站辦公室專職節(jié)能工程師，從事節(jié)能工作10多年，在唐山市和北京鐵路局多次交流經(jīng)驗(yàn)。