深圳某辦公建筑溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)運行測試及效果分析

朱文杰，于　航，何　旸

（同濟(jì)大學(xué)機械與能源工程學(xué)院，上海200092）

深圳某辦公建筑溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)運行測試及效果分析

朱文杰，于航，何旸

（同濟(jì)大學(xué)機械與能源工程學(xué)院，上海200092）

對深圳某采用溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的項目進(jìn)行現(xiàn)場運行測試。對空調(diào)系統(tǒng)運行效果和節(jié)能效果進(jìn)行評價。提出優(yōu)化措施建議。

溫濕度獨立控制；運行效果；節(jié)能效果；優(yōu)化措施

0　引言

常規(guī)空調(diào)制冷通常采用熱濕耦合的空氣處理方法，即通過低溫冷媒對室內(nèi)空氣同時進(jìn)行冷卻降溫和冷凝除濕處理，去除室內(nèi)的顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷。這種空氣處理方法存在下列缺點[1.2]：難適應(yīng)室內(nèi)熱濕比經(jīng)常變化、熱濕聯(lián)合處理后再熱產(chǎn)生能量損失、低溫冷源處理顯熱負(fù)荷造成能源品級利用浪費、空調(diào)冷表面潮濕引發(fā)衛(wèi)生問題、蒸發(fā)溫度低降低了冷凍機的COP值等。

目前，集中空調(diào)系統(tǒng)的能耗約占建筑總能耗的40%～60%。預(yù)計2020年，我國將有50%的人口居住在城市，到2050年這一比例將增至75%，中國建筑能耗將占社會總能耗的近1/3[2]。因此研究提高空調(diào)系統(tǒng)能源利用效率的技術(shù)和方法，對全社會節(jié)能具有重要的社會和經(jīng)濟(jì)意義。

近年來，國內(nèi)興起了溫濕分控空調(diào)系統(tǒng)的研究。目前，國內(nèi)已有數(shù)十個項目中采用了溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)，并成功地投入運行。

筆者對國內(nèi)某采用了溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的工程項目進(jìn)行了現(xiàn)場運行測試，對運行效果和節(jié)能效果進(jìn)行評價。對測試中發(fā)現(xiàn)的個別問題提出優(yōu)化措施建議。

1　項目概況

項目位于深圳，屬于典型的夏熱冬暖地區(qū)，主要采用溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)。業(yè)態(tài)主要為辦公樓，共5層，整體呈現(xiàn)階梯狀。北部為辦公和會議室，中部沿中軸線為挑空至5層的中庭，南部為前庭。建筑外觀如圖1所示。

圖1　建筑外景圖

項目總建筑面積約為22000m2，空調(diào)區(qū)域面積約為15600m2。溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)主要服務(wù)于一層的檔案室、前廳、食堂及二至四層的辦公室及會議室，溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)服務(wù)面積約為11300m2，占總空調(diào)面積的72.4%。

2　溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的工作流程

溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的系統(tǒng)圖如圖2所示。

一層冷凍機房設(shè)置1臺磁懸浮變頻離心式冷水機組提供17.5/20.5℃的冷凍水，通過2臺臥式離心冷凍水泵輸送至干式風(fēng)機盤管及毛細(xì)管網(wǎng)輻射末端，用以處理室內(nèi)的顯熱負(fù)荷。屋頂設(shè)置一臺超低噪聲方形冷卻塔，通過2臺臥式離心冷卻水泵向冷水機組提供17.5/20.5℃的冷卻水。

辦公區(qū)域、職工食堂區(qū)域的顯熱負(fù)荷由干式風(fēng)機盤管負(fù)擔(dān)，且干式風(fēng)機盤管是溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)中主要的顯熱負(fù)荷處理設(shè)備；前庭的顯熱負(fù)荷由毛細(xì)管網(wǎng)輻射末端負(fù)擔(dān)。

辦公區(qū)域、職工食堂及前庭的潛熱負(fù)荷及新風(fēng)負(fù)荷由電驅(qū)動型熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機組負(fù)擔(dān)。在全熱回收單元中，室外新風(fēng)與室內(nèi)排風(fēng)以LiBr溶液為媒介進(jìn)行全熱交換，在夏季對新風(fēng)進(jìn)行降溫除濕，在冬季對新風(fēng)加熱加濕。熱泵循環(huán)產(chǎn)生的制冷量降低溶液溫度以提高除濕能力并對新風(fēng)降溫，冷凝器排熱量用于濃縮再生溶液。

一層檔案室采用熱泵式溶液全空氣處理機組處理室內(nèi)顯熱、潛熱負(fù)荷及新風(fēng)負(fù)荷。以LiBr溶液為媒介使得室外新風(fēng)與室內(nèi)排風(fēng)進(jìn)行全熱交換，處理后的新風(fēng)與回風(fēng)混合，由空氣處理機組處理至設(shè)計送風(fēng)狀態(tài)點后送至檔案室。熱泵式溶液空氣處理機組可進(jìn)行除濕降溫、加濕加熱等全工況處理。

圖2　溫濕度獨立空調(diào)空調(diào)系統(tǒng)圖

3　溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)場運行測試

3.1測試目的

（1）溫濕度獨立控制空調(diào)區(qū)域主要為辦公室和會議室，通過測試辦公室和會議室的室內(nèi)溫濕度及CO2濃度，檢驗溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)空調(diào)參數(shù)及空氣品質(zhì)；

（2）測試?yán)渌畽C組、空調(diào)水泵及冷卻塔輸入電功率，計算空調(diào)水系統(tǒng)的EER值、冷水機組的性能系數(shù)、冷凍水和冷卻水輸送系數(shù)。分析溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果；

（3）分析測試中發(fā)現(xiàn)問題，提出優(yōu)化措施建議。

3.2測試內(nèi)容

（1）典型辦公室及會議室的室內(nèi)干球溫度、相對濕度、露點溫度、CO2濃度；

（2）冷水機組進(jìn)出水溫度、水流量、輸入電功率；

（3）冷凍水泵的輸入電功率；

（4）冷卻水泵的輸入電功率；

（5）冷卻塔風(fēng)機的輸入電功率。

3.3測試儀器

（1）溫度、濕度及CO2濃度測量使用手持便攜式多功能溫濕度測量儀。測量范圍：溫度-20～+60℃；相對濕度10%～95%RH；CO2濃度0～6000ppm；

（2）空調(diào)水流量測試使用手持式超聲波流量計。測量精度±1%，流速范圍：0～30m/s，適用管徑DN50～700mm，工作溫度：-30～+90℃；

（3）空調(diào)設(shè)備輸入電功率測試工具使用數(shù)字式鉗形表。電壓范圍15～600V，電流范圍2～400A，測量精度±3%～8%。

3.4測試過程

（1）典型辦公室及會議室的空調(diào)室內(nèi)參數(shù)測試

測試時間為2012年8月22日，上午9點至下午17點，測試間隔為1個小時。

測試數(shù)據(jù)為：被測試房間內(nèi)的干球溫度、相對濕度、CO2濃度，計算露點溫度。

選取具有代表性的位于三層的典型辦公區(qū)及同層一間會議室作為空調(diào)測試對象。辦公室為開敞大空間，選取局部約20m×6m的區(qū)域，共選取二對角線上梅花布置的五個測點，測試后取算術(shù)平均值。會議室面積約6m×4m的區(qū)域，共選取對角線上3等分的二個測點，測試后取算術(shù)平均值。上述測點距離地面高度約1.2m，離開墻壁距離大于1.0m[3]。

（2）冷凍水、冷卻水的供回水的流量及溫度測試測試時間：2012年8月23日上午9點至下午17點。測試數(shù)據(jù)：冷凍水流量測試、冷凍水供回水溫度測試、冷卻水流量測試、冷卻水供回水溫度測試；

在冷水機組冷凍水及冷卻水水平供水干管確定流量測點，測量點上游有不小于10倍管徑的直段，下游有不小于5倍管徑的直段。

為保證測試精度減小信號衰減，采用Z法測量水流量，測量時保持兩探頭水平對齊，其中心線與管道軸線水平一致。共測量2組數(shù)據(jù)后取算術(shù)平均值。

溫度測量采用直接讀取冷水機組冷凍水、冷卻水供回水管道上的溫度計數(shù)據(jù)。

（3）空調(diào)設(shè)備輸入電功率測試

測試時間：2012年8月23日上午9點至下午17點。

分別測試?yán)渌畽C組、冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔風(fēng)機的電動機輸入電功率值。

采用平衡法測試電動機三相導(dǎo)線的有功功率值。

3.5測試數(shù)據(jù)結(jié)果

現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)見表1～表6。

表1　開敞辦公室室內(nèi)空調(diào)參數(shù)

表2　會議室內(nèi)空調(diào)參數(shù)

表3　冷水機組測試數(shù)據(jù)

表4　冷凍水泵測試數(shù)據(jù)

表5　冷卻水泵測試數(shù)據(jù)

表6　冷卻塔測試數(shù)據(jù)

3.6測試結(jié)果分析

（1）開敞辦公室空調(diào)設(shè)計值：干球溫度25～27℃、相對濕度＜65%。實測值：干球溫度平均值25℃，相對濕度平均值53.4%；

（2）會議室空調(diào)設(shè)計值：干球溫度24～26℃、相對濕度＜65%。實測值：干球溫度平均值24.7℃，相對濕度平均值52.4%。

（2）開敞辦公室及會議室的CO2濃度日平均值：657、652ppm，符合“CO2濃度日平均值小于1000 ppm”[5]的要求。

（3）開敞辦公室的干式風(fēng)機盤管未接冷凝水排水管，會議室吊頂未觀察到水漬的現(xiàn)象。

經(jīng)現(xiàn)場測試及觀察，實測空調(diào)區(qū)域的溫度、濕度在設(shè)計值允許范圍內(nèi)，干式風(fēng)機盤管無凝結(jié)水，室內(nèi)空氣品質(zhì)高于規(guī)范要求，較好地實現(xiàn)溫濕分控的設(shè)計效果。

4　節(jié)能分析

4.1計算數(shù)據(jù)

（1）空調(diào)水系統(tǒng)EER值：

式中QC—空調(diào)供冷量，kW；

Psum—空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)備總輸入電功率，kW；

c—水的比熱容，取4.18 kJ/（kg·K）；

GC—冷凍水流量，kg/s；

tS，tR—冷凍水供水、回水平均溫度，℃；

PC—冷凍機組輸入功率，kW；

PChp—冷凍水泵輸入電功率，kW；

PCdp—冷卻水泵輸入電功率，kW；

PCt—冷卻塔輸入電功率，kW；

從表1～表6取相應(yīng)數(shù)據(jù)，經(jīng)計算后得到EER=4.85

（2）冷水機組的性能系數(shù)（COPC）：

經(jīng)計算后得到COPC=8.62

（3）冷凍水輸送系數(shù)（TCChw）：

經(jīng)計算后得到TCChw=20.2

（4）冷卻水輸送系數(shù)（TCCdp）：

式中Qd—冷卻水散熱量，kW；

Gd—冷卻水流量，kg/s；

tS′，tR′—冷卻水供水，回水平均溫度，℃；

經(jīng)計算后得到TCCdp=42.8

4.2數(shù)據(jù)分析

（1）空調(diào)水系統(tǒng)實測能效比EER平均值為4.85，高于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的水系統(tǒng)實測能效比（通常為3.5左右[1]）。體現(xiàn)了溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)有較好的整體節(jié)能效果。

（2）從表3可知，冷水機組的制冷量在412～526 kW范圍內(nèi)變化，機組COPC平均值為8.62，高于機組的額定COPC值，比常規(guī)離心式冷水機組的COPC（COPC=5.5，當(dāng)額定制冷量為528 kW≤額定制冷量≤526 kW時）[4]要求高約57%，節(jié)能效果良好。

（3）冷凍水輸送系數(shù)TCChw平均值為20.20，低于《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[4]內(nèi)規(guī)定值41.5。

根據(jù)現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)分析：冷凍水平均供回水溫差為2.11℃，比設(shè)計值3℃溫差低了約30%，從而導(dǎo)致冷凍水流量較大，冷凍水泵電耗因此而增大；

（4）冷卻水輸送系數(shù)TCCdp平均值為42.8，符合《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[4]內(nèi)規(guī)定值41.5的要求。

5　優(yōu)化措施的建議

5.1冷凍水系統(tǒng)出現(xiàn)小溫差大流量的現(xiàn)象

空調(diào)冷凍水系統(tǒng)為一級泵定流量系統(tǒng)。當(dāng)室內(nèi)負(fù)荷變化時，系統(tǒng)為定流量運行，冷水機組的供回水溫差隨空調(diào)冷負(fù)荷的變小而變小，從而出現(xiàn)小溫差大流量的情況。

冷水機組為變頻離心式冷水機組，允許冷水機組的流量在一定范圍內(nèi)變化。如將空調(diào)冷凍水系統(tǒng)改為一次泵變頻變流量系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)最不利處設(shè)置的壓差傳感器數(shù)據(jù)對冷凍水泵采用變頻控制，并在冷水機組允許變化范圍內(nèi)控制流量，將改善小流量大溫差的現(xiàn)象。

5.2冷卻塔的改造

單臺冷卻塔風(fēng)機改造為變頻風(fēng)機或雙速風(fēng)機，根據(jù)冷卻塔出水溫度連鎖調(diào)節(jié)冷卻塔風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。既能保證冷卻水出水溫度又能節(jié)省風(fēng)機能耗。

5.3增設(shè)冷源設(shè)備群控系統(tǒng)

提高系統(tǒng)智能化控制程度，根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的變化，依據(jù)控制策略及時調(diào)整冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔的運行狀態(tài)，進(jìn)一步提高整個空調(diào)系統(tǒng)的效率。

5.4加強運行管理

現(xiàn)場做冷水機組參數(shù)測試時，發(fā)現(xiàn)冷凍水供回水管道有幾處保溫層破損裸露，局部冷凝水積水嚴(yán)重，造成保溫材料失去保溫效果，造成系統(tǒng)額外冷量損失。建議加強系統(tǒng)的日常維護(hù)和保養(yǎng)。

現(xiàn)場觀察到冷卻塔風(fēng)機噪聲較大，個別區(qū)域的填料因老化而塌陷，有積垢積污。建議定時對冷卻塔PVC填料進(jìn)行檢查和清洗更換，定時檢查風(fēng)機皮帶的張緊度。

6　結(jié)語

從項目的實際運行情況分析，溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)較好地避免熱濕耦合空氣處理方式的弊端，在夏熱冬暖地區(qū)運行情況良好，取得較好的節(jié)能效果。如果能在實際工程中，進(jìn)一步加強對系統(tǒng)的運行管理，采用各類節(jié)能措施，優(yōu)化溫濕度獨立控制空調(diào)設(shè)備的質(zhì)量并降低設(shè)備價格，溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)將會在國內(nèi)得到更好地推廣和應(yīng)用。

[1]陸耀慶.使用供熱空調(diào)設(shè)計手冊（下冊）[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[2]江億，劉曉華，張濤.溫濕度獨立控制空調(diào)系統(tǒng)[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[3]GB/T 18204.12-2000.公共場所空氣溫度測定方法[S].

[4]GB50189-2005.公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5]GB/T 18883-2004.室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

Operation Test and Effect Analysis for a Office Building with Temperature and Humidity Independent Control Air-conditioning System in Shenzhen

ZHU Wen-jie，YU Hang，HE Yang

（College of mechanical and energy engineering，Tongji University，Shanghai 200092）

operation tests in the Project cite of the temperature-humidity independent control air conditioning system in Shenzhen.Evaluation of the operation effect and energy saving effect.Proposed optimization measures.

temperature-humidity independent control；operation effect；energy saving effect；optimization measure

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.05.015

TU83

B

2095-3429（2015）05-0065-05

朱文杰（1974-），男，上海人，工程師，碩士研究生，從事暖通空調(diào)技術(shù)管理工作。

2015-10-12

2015-10-23