建筑中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行故障診斷及節(jié)能影響

張 璐 孫長富 鄒道忠 王小軍

（深圳市節(jié)能與資源綜合利用專家聯(lián)合會(huì) 廣東深圳 518000）

引言

隨著節(jié)能工作的深入，中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)如變頻節(jié)能、智能集中控制節(jié)能、冷凝器在線清洗等，具有多樣、成熟、效益顯著等特征，得到廣泛應(yīng)用，是各類型建筑節(jié)能改造的重點(diǎn)。在開展中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能評(píng)估、節(jié)能診斷、能源審計(jì)過程中，發(fā)現(xiàn)不僅僅是技術(shù)節(jié)能，管理節(jié)能也非常有效，通過系統(tǒng)運(yùn)行過程中的故障診斷和持續(xù)維護(hù)管理，低投入也會(huì)帶來較大的節(jié)能效益，現(xiàn)將某辦公大樓中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行故障診斷及節(jié)能影響作為案例分析。

1 工程概況

某辦公大樓，建筑面積約29000 m2，空調(diào)面積約16300m2，包括地上17層和地下3層，1至17層為辦公樓，地下1至3層為停車設(shè)備用房，大樓于2007年投入使用。

空調(diào)冷源系統(tǒng)共配置2臺(tái)離心式冷水機(jī)組，并聯(lián)運(yùn)行，配套3臺(tái)冷凍水泵、3臺(tái)冷卻水泵、3臺(tái)冷卻塔，冷凍水泵并聯(lián)運(yùn)行，兩用一備，冷卻水泵并聯(lián)運(yùn)行，兩用一備。設(shè)備參數(shù)配置如下。

表1 冷水機(jī)組參數(shù)表

表2 水泵及冷卻塔參數(shù)表

冷源系統(tǒng)原理圖如下：

圖1 冷源系統(tǒng)原理圖

空調(diào)系統(tǒng)末端采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，其中2層、3層樓采用新風(fēng)機(jī)和空調(diào)組合風(fēng)柜，其余樓層采用新風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)盤管。

2 空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能勘察遇到的問題

對(duì)該辦公大樓進(jìn)行節(jié)能評(píng)估時(shí)，業(yè)主工作人員和運(yùn)行人員均反饋，大樓空調(diào)系統(tǒng)存在諸多問題，所供冷量無法滿足需求，節(jié)能改造實(shí)施單位評(píng)估空調(diào)系統(tǒng)無節(jié)能空間。6月下旬對(duì)該辦公大樓進(jìn)行現(xiàn)場詳細(xì)的現(xiàn)場勘察工作，發(fā)現(xiàn)該辦公大樓空調(diào)系統(tǒng)確實(shí)存在大量問題，表現(xiàn)如下：

（1）兩臺(tái)冷水機(jī)組同時(shí)運(yùn)行一段時(shí)間，一臺(tái)冷水機(jī)組頻發(fā)報(bào)警停機(jī)，僅一臺(tái)冷水機(jī)組運(yùn)行，供冷效果差，時(shí)常需要強(qiáng)行運(yùn)行兩臺(tái)冷水機(jī)組；

（2）2樓所有新風(fēng)機(jī)和風(fēng)柜運(yùn)行，大廳室內(nèi)溫度高；

（3）部分辦公室風(fēng)機(jī)盤管運(yùn)行，但室內(nèi)溫度高；

（4）大樓室內(nèi)封閉，大部分樓道和公共區(qū)域悶熱。

3 現(xiàn)場勘察檢測問題診斷原因

3.1 空調(diào)供冷量理論分析

根據(jù)大樓暖通竣工圖，空調(diào)面積16300m2，夏季設(shè)計(jì)冷負(fù)荷2810kW（800RT），大樓實(shí)際配置兩臺(tái)冷水機(jī)組，每臺(tái)冷水機(jī)組冷量為400RT，即1406.8kW，則計(jì)算大樓單位面積理論供冷負(fù)荷為172W/m2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過深圳市要求的單位冷負(fù)荷低于120W/m2。因此大樓中央空調(diào)系統(tǒng)配置冷水機(jī)組供冷量應(yīng)能滿足空調(diào)冷負(fù)荷需求，不需要增加冷水機(jī)組。

3.2 冷水機(jī)組同時(shí)運(yùn)行報(bào)警停機(jī)原因分析

冷水機(jī)組在2臺(tái)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，其中1臺(tái)主機(jī)經(jīng)常報(bào)警，冷凍水流量不足，導(dǎo)致該主機(jī)停機(jī)。由于兩臺(tái)冷水機(jī)組無法長期同時(shí)運(yùn)行，大樓內(nèi)辦公區(qū)域經(jīng)常投訴悶熱，每天強(qiáng)行開機(jī)數(shù)次，冷水機(jī)組運(yùn)行能耗高，但無法解決問題

現(xiàn)場勘查2臺(tái)主機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，已開3臺(tái)冷凍水泵，每臺(tái)主機(jī)的冷凍水設(shè)計(jì)流量為242m3/h，每臺(tái)冷凍水的額定流量300m3/h，測量冷凍水泵電參數(shù)發(fā)現(xiàn)其已過載運(yùn)行，流量可能超過額定流量，那么3臺(tái)冷凍水泵所供冷凍水遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過2臺(tái)主機(jī)所需流量，并且主機(jī)通過冷凍水量低于設(shè)計(jì)流量50%以上才會(huì)報(bào)警，根據(jù)此情況，推測2臺(tái)冷水機(jī)組之間存在嚴(yán)重的水力不平衡，方才導(dǎo)致該問題。

在詳細(xì)勘查發(fā)現(xiàn)，2臺(tái)冷水機(jī)組的冷凍水回水管入水口安裝有手刷強(qiáng)磁過濾器，但手刷已經(jīng)銹死，無法清潔冷凍水中雜質(zhì)?，F(xiàn)場開啟2臺(tái)冷水機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，將其中1臺(tái)冷水機(jī)組冷凍水進(jìn)出口閥門關(guān)小50%，能改善報(bào)警缺水現(xiàn)象。也驗(yàn)證了2臺(tái)主機(jī)之間存在嚴(yán)重的水力不平衡。再詢問業(yè)主單位和運(yùn)行人員，2臺(tái)冷水機(jī)組已2年未進(jìn)行人工通炮等維護(hù)保養(yǎng)。

分析極可能其中1臺(tái)冷水機(jī)組的冷凍水回水管過濾器已堵塞，同時(shí)2臺(tái)冷水機(jī)組之間存在嚴(yán)重的水力不平衡，導(dǎo)致了該臺(tái)冷水機(jī)組長期缺水報(bào)警并停機(jī)。

3.3 冷凍水旁通導(dǎo)致冷水機(jī)組COP嚴(yán)重偏低

現(xiàn)場勘查冷水機(jī)組缺水報(bào)警問題時(shí)，發(fā)現(xiàn)冷水機(jī)組冷凍水出水溫度偏高，對(duì)冷源系統(tǒng)進(jìn)行全面勘查和檢測。

對(duì)分水器與集水器之間的壓差旁通進(jìn)行詳細(xì)勘察，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)壓差旁通閥兩側(cè)的手動(dòng)閥均打開，而電動(dòng)旁通閥并聯(lián)管段配置的手動(dòng)蝶閥打開，冷凍水從分水器持續(xù)回流到集水器。

通過改變各樓層新風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)盤管運(yùn)行情況，確定部分風(fēng)柜和風(fēng)機(jī)盤管冷水閥由全開變?yōu)殛P(guān)閉，即模擬空調(diào)末端需求未達(dá)到滿負(fù)荷狀態(tài)，技術(shù)人員手動(dòng)將旁通管并聯(lián)管的手動(dòng)閥關(guān)閉，觀察二十分鐘，冷凍水泵出水口壓力表顯示壓力變化，正在運(yùn)行的1#冷水機(jī)組顯示參數(shù)變化，其中冷凍水進(jìn)出水溫差從2℃升高到3℃，冷凍水干管流量也發(fā)生變化，但是電動(dòng)壓差旁通閥指針無變化，電動(dòng)閥無動(dòng)作，基本可判斷電動(dòng)壓差旁通閥故障，為運(yùn)行安全，運(yùn)行人員將壓差旁通閥并聯(lián)管手動(dòng)閥長期開啟，該空調(diào)系統(tǒng)一直存在冷凍水旁通現(xiàn)象。

依據(jù)《公共建筑節(jié)能檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》，在運(yùn)行人員配合下，在廠商對(duì)冷水機(jī)組進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，并加雪種后，對(duì)2臺(tái)冷水機(jī)組進(jìn)行檢測，每臺(tái)冷水機(jī)組檢測時(shí)，將另一臺(tái)冷水機(jī)組進(jìn)出水手動(dòng)蝶閥關(guān)閉，確保兩臺(tái)冷水機(jī)組之間無旁通現(xiàn)象。

表3 1#冷水機(jī)組運(yùn)行參數(shù)測量

表4 1#冷水機(jī)組測量數(shù)值分析表

根據(jù)冷水機(jī)組的制冷量和性能系數(shù)（COP）公式計(jì)算。

參考《公共建筑節(jié)能檢測標(biāo)準(zhǔn)》（JGJT177-2009）標(biāo)準(zhǔn)，取冷凍水進(jìn)出水總管測量溫度平均值（不包含測量時(shí)間3數(shù)據(jù)）計(jì)算1#冷水機(jī)組COP值，

Q0=237.78×1000×4.2×（10.954-8.850）/3600=583.67kW

Ni=300.13kW

COP=583.671/300.13=1.94

1#冷水機(jī)組COP為1.94。

根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》4.2.10條規(guī)定：采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的蒸氣壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機(jī)組，其在名義制冷工況和規(guī)定條件下的性能系數(shù)（COP），水冷離心式冷水機(jī)組名義制冷量大于1163kW小于2110kW，夏熱冬暖地區(qū)（深圳屬于該區(qū)域）COP應(yīng)達(dá)到5.70。而實(shí)測COP僅1.94。

按照測量時(shí)間3的數(shù)據(jù)進(jìn)行測算，冷凍水進(jìn)出水管旁通閥手動(dòng)全部關(guān)閉，冷水機(jī)組COP明顯提高。

Q0=403.87*1000*4.2*（13.16-10.207）/3600=1391.399kW

Ni=313.902kW

COP=1391.399/313.902=4.43

旁通閥關(guān)閉后，1#冷水機(jī)組制冷量可達(dá)到1391kW，COP可達(dá)到4.43，盡管比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的5.70要低，但制冷性能系數(shù)已大幅提升，供應(yīng)同樣冷量所消耗電能大幅降低。

由此可見冷凍水長期旁通的嚴(yán)重性：大量冷凍水供水直接通過旁通閥到回水管，冷凍水短路，冷量浪費(fèi)嚴(yán)重，冷水機(jī)組能耗大效率低。

3.4 空調(diào)末端悶熱原因分析

根據(jù)物業(yè)管理人員反映，空調(diào)機(jī)組和新風(fēng)機(jī)組存在不少故障和噪音大的問題。本次現(xiàn)場勘察，向物業(yè)管理人員了解是否存在部分區(qū)域較熱區(qū)域，物業(yè)反饋17樓、12樓、2樓公共區(qū)域較熱，進(jìn)行現(xiàn)場測量，測量數(shù)據(jù)如下表所示。

現(xiàn)場測量室外溫度30.7℃。

其中17樓新風(fēng)機(jī)出風(fēng)口溫度18.4℃，屬于正常范圍，新風(fēng)機(jī)供走廊和房間新風(fēng)，測量走廊和辦公室內(nèi)溫度較低，空調(diào)供冷效果良好。

12樓新風(fēng)機(jī)出風(fēng)口溫度24.0℃，說明新風(fēng)送風(fēng)溫度高，可能引入的室外空氣未有效冷卻，由于新風(fēng)機(jī)冷水閥在封閉的石膏板內(nèi)，無法檢測，測量新風(fēng)機(jī)冷凍水進(jìn)出水壁溫，進(jìn)水管壁溫12.2℃，出水管壁溫23.5℃，說明冷凍水未流經(jīng)新風(fēng)機(jī)表冷段，推測冷水閥存在異常，或新風(fēng)機(jī)的冷凍水進(jìn)出水管之間存在堵塞，需人員拆除石膏板，檢查冷水閥或檢修該段水管。

12樓圖書館內(nèi)出風(fēng)口溫度均較高，風(fēng)機(jī)盤管開關(guān)已全部打開，結(jié)合初次勘察發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)盤管電動(dòng)二通閥存在問題，推測圖書館內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管僅風(fēng)機(jī)運(yùn)行，有風(fēng)速，但電動(dòng)二通閥一直關(guān)閉，表冷段未有效冷卻導(dǎo)致出風(fēng)口溫度高。

11樓新風(fēng)機(jī)在走廊的出風(fēng)口溫度15.5℃，新風(fēng)送風(fēng)溫度較低，11樓走廊溫度明顯較低，空調(diào)供冷效果良好。

2樓空調(diào)風(fēng)柜為大廳供冷，大廳內(nèi)溫度在26～27℃，說明大廳冷卻效果不佳，進(jìn)一步測量空調(diào)風(fēng)柜表冷段溫度25℃左右，說明表冷段未有效冷卻，無冷水進(jìn)入表冷段，空調(diào)風(fēng)柜僅送風(fēng)，無冷風(fēng)導(dǎo)致大廳冷卻效果不佳。測量風(fēng)柜冷凍水供水管溫度10.3℃，最低溫度9.7℃，出水管溫度22.0℃，再檢查空調(diào)風(fēng)柜的冷水閥，拆下后發(fā)現(xiàn)控制信號(hào)線未接，物業(yè)人員現(xiàn)場將信號(hào)線連接上，冷水閥閥桿動(dòng)作，一段時(shí)間后，再次測量冷凍水進(jìn)出水管壁溫，溫度不變，空調(diào)風(fēng)柜表冷段溫度也未變化，說明冷凍水依然未流經(jīng)空調(diào)風(fēng)柜表冷段，需要關(guān)閉空調(diào)風(fēng)柜冷凍水進(jìn)出水管手動(dòng)閥，進(jìn)行逐段拆除檢查是否存在堵塞點(diǎn)，并檢查冷水閥閥芯是否打開，具體工作需要物業(yè)或空調(diào)維修公司開展工作。

4 故障處理和節(jié)能影響

該大樓中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程中故障點(diǎn)較多，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)未能有效供冷，目前空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造無法實(shí)施；

通過現(xiàn)場故障診斷，分析空調(diào)系統(tǒng)故障原因：（1）空調(diào)系統(tǒng)冷凍水管的清洗和過濾網(wǎng)維護(hù)工作未有效進(jìn)行，導(dǎo)致末端系統(tǒng)部分新風(fēng)機(jī)冷水閥入口管道堵塞，冷凍水未能供至新風(fēng)機(jī)，即新風(fēng)機(jī)未將冷量供至辦公區(qū)域；（2）末端部分風(fēng)機(jī)盤管電動(dòng)二通閥失效，保持關(guān)閉狀況，未將冷量供至辦公區(qū)域；（3）兩臺(tái)冷水機(jī)組之間冷凍水管未進(jìn)行水力平衡調(diào)試，或水管內(nèi)有大量堵塞，導(dǎo)致一臺(tái)冷水機(jī)組冷凍水供水不足，頻繁缺水報(bào)警；（4）由于末端系統(tǒng)冷凍水管堵塞和風(fēng)機(jī)盤管電動(dòng)二通閥失效，末端系統(tǒng)冷凍水進(jìn)出水管壓差大，需要進(jìn)行冷凍水管的旁通調(diào)節(jié)，而電動(dòng)壓差旁通閥失效，手動(dòng)旁通閥一直運(yùn)行，大量冷凍水供水直接通過旁通閥到回水管，冷凍水短路，冷量浪費(fèi)嚴(yán)重，冷水機(jī)組能耗大效率低。

根據(jù)故障診斷分析，運(yùn)行人員進(jìn)行全面的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)工作，尤其是水管和過濾網(wǎng)清洗，并更換電動(dòng)二通閥和部分風(fēng)機(jī)冷水閥，更換電動(dòng)壓差旁通閥和手動(dòng)蝶閥，第二年夏季空調(diào)系統(tǒng)一般僅運(yùn)行一臺(tái)冷水機(jī)組，即可保證辦公大樓空調(diào)區(qū)域供冷，辦公人員反饋供冷效果良好，在減少冷水機(jī)組運(yùn)行數(shù)量和時(shí)間的情況下，供冷得到保證，即室內(nèi)環(huán)境溫度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，空調(diào)系統(tǒng)能耗降低。

結(jié)語

通過現(xiàn)場勘查和檢測該大樓空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，發(fā)現(xiàn)諸多運(yùn)行維護(hù)問題，由于這些運(yùn)行維護(hù)問題，影響了空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行性能，能耗高但供冷效果差。

實(shí)地檢測找到問題所在后，進(jìn)行冷凍水管網(wǎng)和過濾器的清洗，更換失效電動(dòng)閥等，有針對(duì)性地解決運(yùn)行故障后，該大樓空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，供冷效果良好，同時(shí)，同時(shí)空調(diào)系統(tǒng)能耗降低，有效節(jié)能。