廣州某辦公樓空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀檢測及節(jié)能改造建議

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，主要為車庫和設(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，主要作辦公會議用，東塔樓36層，西塔樓26層，大樓總建筑面積約8.3萬平方米。

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 (下面簡稱聯(lián)合檢測組)對大樓空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了評估。聯(lián)合檢測組經(jīng)過對大樓空調(diào)系統(tǒng)的檢測和現(xiàn)場勘查，找出了大廈空調(diào)系統(tǒng)存在的一些問題，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)狀及存在問題分析

2.1 制冷主機(jī)

大樓目前共有4臺同型號的水冷離心式冷水機(jī)組，聯(lián)合檢測組和主機(jī)廠家一起對其中的3#主機(jī)的能效進(jìn)行了測試，主機(jī)額定參數(shù)及3#主機(jī)部分測試數(shù)據(jù)詳見表1。

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，我們可計(jì)算3#機(jī)組在測試日的實(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得，V;

I—交流電流，由配電柜上電流表測得，A;

cosφ—功率因數(shù)，由功率因數(shù)表測得

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)測能效比:

COP實(shí)測=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比較，則可得:

主機(jī)實(shí)測能效比/主機(jī)額定能效比

COP實(shí)測=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比較主機(jī)實(shí)測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，開啟4臺主機(jī)中的2臺即可滿足大樓的供冷需求，主機(jī)冷量配置超過建筑所需一倍。且在過渡季節(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，由于沒有相應(yīng)匹配的小制冷機(jī)，只能開啟一臺制冷機(jī)，通過頻繁啟停來滿足使用要求，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臺冷凍水泵、6臺冷卻水泵，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臺并聯(lián)，對應(yīng)配備的冷凍水泵的理想流量應(yīng)為L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，表明按目前最多開啟2臺主機(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)過主機(jī)的水流量大大超過額定流量，出現(xiàn)“大流量、小溫差”的情況，大樓空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行日志顯示在開啟2臺制冷主機(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臺冷卻塔，具體參數(shù)不詳，原來設(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、冷卻塔均通過變頻及臺數(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法實(shí)現(xiàn)，冷卻塔供水管路上又沒有安裝與主機(jī)聯(lián)鎖啟停的電動閥，且4臺冷卻塔填料損毀嚴(yán)重，導(dǎo)致主機(jī)只開啟2臺時(shí)，冷卻塔需要4臺全開才能使冷卻水進(jìn)水溫度達(dá)到32℃以下，主機(jī)只開啟1臺時(shí)，需要開啟2臺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)備均無法在控制室內(nèi)進(jìn)行啟?？刂疲荒芨臑榫偷厥謩涌刂品绞?，有2臺冷卻塔運(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)無法對制冷系統(tǒng)進(jìn)行自動開機(jī)、卸載、停機(jī)控制，水泵、冷卻塔無法實(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，無法做到根據(jù)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)閥門的開度;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)盤管數(shù)量眾多，且各區(qū)域租戶仍在辦公，無法對空調(diào)風(fēng)柜、風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行勘查、檢測。暫時(shí)無法完全了解空調(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月的過渡季節(jié)，部分時(shí)段大樓仍需要開啟制冷主機(jī)供冷，不能充分利用室外新風(fēng)自然冷卻。經(jīng)過詢問工程人員及現(xiàn)場勘查，了解到過渡季節(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)閉不開啟，也使得空調(diào)區(qū)域無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)管理部門委托專業(yè)檢測單位對大樓空調(diào)冷卻水管腐蝕檢測報(bào)告顯示:檢測的冷卻水管路中，管壁最薄處只有3mm，最厚處8.6mm，11個(gè)檢測點(diǎn)中有5個(gè)點(diǎn)有滲漏現(xiàn)象，而根據(jù)一般無縫鋼管的規(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薄問題，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。原來備用的5～6#冷凍水泵和5～6#冷卻水泵基本可以滿足要求)，而且1231kW的制冷量剛好是已有主機(jī)單臺冷量的一半，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，開啟制冷量為1231kW的制冷主機(jī)時(shí)，開啟1臺現(xiàn)有的冷卻塔即可。同時(shí)也無需新增空調(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臺小容量的主機(jī)后，在周末、節(jié)假日、晚上以及過渡季節(jié)等低負(fù)荷時(shí)段，僅開啟小容量的制冷主機(jī)即可滿足大廈的供冷，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)

針對目前BA問題存在的狀況，建議找專業(yè)公司對大廈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，建議對腐蝕嚴(yán)重的冷卻水管段進(jìn)行更換。

3.5 過渡季節(jié)充分利用室外新風(fēng)自然冷卻

針對過渡季節(jié)仍需要供冷的區(qū)域，通過擴(kuò)大室外新風(fēng)百葉口面積、清洗新風(fēng)入口處過濾網(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)來自然冷卻，減少制冷主機(jī)在過渡季節(jié)開啟的時(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)若干常見問題分析［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