某展覽項目空調(diào)水系統(tǒng)現(xiàn)狀分析及解決措施

鄭麗娟 ZHENG Li-juan

（泉州市市政園林古建筑設(shè)計院有限公司，泉州 362000）

0 引言

現(xiàn)代展覽項目，空調(diào)水系統(tǒng)是不可或缺的重要組成部分，也是暖通空調(diào)工程建設(shè)中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。優(yōu)質(zhì)的空調(diào)水系統(tǒng)有助于提高空調(diào)系統(tǒng)的運行效率，全面提高工程性能，尤其是在節(jié)能方面，效果顯著，大大降低了建筑能耗，優(yōu)化了各種空調(diào)設(shè)備的運行方式，有效延長了設(shè)備的使用壽命。該展覽項目作為一個大型展廳，其建筑面積達到近50000m2，長期使用中存在多種問題，主要包括空調(diào)耗電量占比高、噪聲遠超規(guī)范要求，在高溫夏季，該展覽項目頂層即四層室內(nèi)環(huán)境溫度偏高，空調(diào)降溫速度較慢，而該展覽項目一層恰好相反，室內(nèi)環(huán)境溫度偏低，空調(diào)降溫速度很快。因此，本文重點解決降低能耗、降噪、高低空間上熱下冷問題，并對現(xiàn)有水系統(tǒng)進行深入分析和改進設(shè)計，以提高空調(diào)系統(tǒng)的使用效率。

1 工程概況

本項目位于福建省泉州市德化縣，總建筑面積約為47106.78m2，其中地下一層為汽車庫和設(shè)備用房，地上為商鋪、步行街和主力店等。集中式中央空調(diào)系統(tǒng)主要服務(wù)于地上四層的商鋪、步行街和主力店等區(qū)域，涉及的空調(diào)面積約為3.2萬m2。

制冷機房位于建筑物地下一層，冷水機房采用三臺冷水機組，其中兩臺離心機組單臺制冷量為1934kW，一臺螺桿式冷水機組制冷量為805kW，總制冷量為4673kW?？照{(diào)水系統(tǒng)采用高位膨脹水箱定壓，系統(tǒng)工作壓力為0.8MPa。冷卻塔位于商業(yè)街屋面。制冷主機與冷凍水、冷卻水循環(huán)泵采用一對一的連接方式，水泵分為兩用一備和一用一備，冷水供回水溫度為6℃/12℃，冷卻水溫度為32℃/37℃。冷凍水循環(huán)泵和冷卻水循環(huán)泵的流量按主機額定流量選取，不預(yù)留富裕流量。冷卻塔的選型按照冷水機組確定，包括冷卻水進出口溫度和循環(huán)水量，根據(jù)當?shù)厥彝庥嬎銤袂驕囟忍岣?度（不低于26℃）進行計算。

具體方面包括：

①冷水系統(tǒng)采用6℃大溫差（6℃/12℃）。

②冷卻水采用常規(guī)5℃溫差系統(tǒng)（32℃/37℃），冷卻塔風(fēng)機采用變頻運行。

③制冷主機與冷凍水、冷卻水循環(huán)泵一對一連接，空調(diào)冷凍水和冷卻水系統(tǒng)為一次泵變流量系統(tǒng)。

④主力店等大空間區(qū)域的空調(diào)采用全空氣一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)，氣流組織采用上送，集中上回風(fēng)方式。公共區(qū)域的末端采用吊頂式空氣處理機組。

⑤空調(diào)水系統(tǒng)采用一次泵變流量系統(tǒng)，冷凍泵和冷卻泵根據(jù)負荷變化自動變頻變流量運行。制冷主機和空調(diào)冷凍泵、冷卻泵采用一對一的連接方式。空調(diào)水系統(tǒng)采用兩管制，干管異程式布置?？照{(diào)水系統(tǒng)均采用開式膨脹水箱定壓。

2 空調(diào)系統(tǒng)運行過程中存在的問題

該展覽項目于2021年10月正式投入使用，空調(diào)系統(tǒng)恰好運行了一個完整制冷季，室內(nèi)溫度、濕度基本達到設(shè)計要求。空調(diào)系統(tǒng)基本運行正常，但是也出現(xiàn)以下幾個問題：

2.1 該展覽項目的空調(diào)耗電量占比高，節(jié)能改造迫在眉睫

根據(jù)物業(yè)管理單位提供的2021年9月至2022年9月耗電量清單、該展覽項目的總耗電量柱狀圖（2021年9月至2022年9月）（見圖1）以及該展覽項目的空調(diào)耗電量圖（2021年9月至2022年9月）（見圖2）進行該項目的耗能分析，可發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

圖1 該展覽項目的總耗電量柱狀圖（2021年9月至2022年9月）

圖2 該展覽項目的空調(diào)耗電量柱狀圖（2021年9月至2022年9月）

①該展覽項目從開業(yè)以來，空調(diào)年運行的周期較長，除了2022.03及2022.04月未運行空調(diào)主機之外，其他時間均有運行了中央空調(diào)系統(tǒng)，中央空調(diào)年運行時間將近10個月之久。其中2022年04月未運行中央空調(diào)系統(tǒng)，可簡單化得出該月度為非空調(diào)系統(tǒng)用電設(shè)備每月基本耗電量。

②中央空調(diào)系統(tǒng)的耗電量基本在11000kWh（占了5個月，占比39%），每年夏季6、7、8月份運行中央空調(diào)系統(tǒng)的耗電量最高，最高月（為2022年7月）可達到253840kWh。

綜上所述，中央空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗占整個建筑耗電量的74%之高，中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運行迫在眉睫。

2.2 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

該展覽項目空調(diào)末端風(fēng)系統(tǒng)的噪音很大，遠超相關(guān)規(guī)范要求的噪聲值上限。

2.3 現(xiàn)場運營反饋

在高溫夏季，該展覽項目頂層即四層室內(nèi)環(huán)境溫度偏高，空調(diào)溫降較慢，而該展覽項目一層恰好相反，室內(nèi)環(huán)境溫度偏低，空調(diào)溫降很快。

3 空調(diào)系統(tǒng)運行問題分析

為徹底解決上述問題，在建設(shè)單位的組織下，各參建單位通過對該展覽項目空調(diào)運行現(xiàn)狀和存在問題進行系統(tǒng)全方位實地查看，并向現(xiàn)場從事空調(diào)系統(tǒng)運維管理人員等人詳細問詢、了解該展覽項目的空調(diào)系統(tǒng)當前運行具體情況和存在的問題，并對地下室制冷機房、屋面冷卻塔、屋面新風(fēng)機房、四層主力店空調(diào)機房、四層走廊吊式空調(diào)風(fēng)柜等空調(diào)系統(tǒng)核心部位的設(shè)備運行情況進行詳細查勘，分析了空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)上述問題的原因。

經(jīng)現(xiàn)場查勘發(fā)現(xiàn)，項目實際使用的空調(diào)設(shè)備參數(shù)與設(shè)計參數(shù)明顯不符，具體如下：

3.1 冷卻水泵與冷凍水泵的流量、揚程以及功率現(xiàn)象

現(xiàn)場冷卻水泵的型號規(guī)格為：Q=315m3/h，H=28m，n=1450rpm，N=37kW（離心機用泵）；Q=139m3/h，H=28m，n=1450rpm，N=18.5kW（螺桿機用泵）；而設(shè)計的冷卻水泵的設(shè)計參數(shù)卻為：Q=393m3/h，H=30m，n=1450rpm，N=45kW（離心機用泵）；Q=164m3/h，H=30m，n=1450rpm，N=22kW（螺桿機用泵）；現(xiàn)場的冷凍水泵的型號規(guī)格為：Q=227m3/h，H=32m，n=1450rpm，N=37kW（離心機用泵）；Q=100m3/h，H=32m，n=1450rpm，N=15kW（螺桿機用泵）；而設(shè)計的冷凍水泵的設(shè)計參數(shù)卻為：Q=278m3/h，H=32m，n=1450rpm，N=55kW（離心機用泵）；Q=116m3/h，H=32m，n=1450rpm，N=30kW（螺桿機用泵）；從上述數(shù)據(jù)可以看出，冷卻水泵與冷凍水泵的流量、揚程以及功率與設(shè)計工況相差較大。

原因分析：從設(shè)備參數(shù)比較明顯能得出這樣的結(jié)果：

①冷卻水泵設(shè)備流量減少率△η離心機用=1-315/393=19.8%

△η螺桿機用=1-139/164=15.2%

②冷卻水泵設(shè)備揚程減少率△η離心機用=1-28/30=6.7%

③冷凍水泵設(shè)備流量減少率△η離心機用=1-227/278=18.3%

△η螺桿機用=1-139/164=15.2%

④部分設(shè)備配套電機功率存在較大功耗浪費，如，螺桿機冷卻水泵、螺桿機用冷凍水泵=227×32×{9.81/3600×0.8}×1.1=27.2kW，可選型30kW電機，耗電率即可節(jié)約的能耗比率為△η=1-30/37=18.9%。

3.2 冷卻泵及冷凍泵實際揚程耗能率現(xiàn)象

空調(diào)冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)實際需要揚程遠比設(shè)計揚程低，冷卻水泵和冷凍水泵存在28.6%和37.5%的明顯能耗浪費，冷卻泵及冷凍泵實際揚程耗能率分析見表1。

表1 冷卻泵及冷凍泵實際揚程耗能率分析表

3.3 機組進、出口壓力及集、分水器壓力現(xiàn)象

從機組進、出口壓力及集、分水器壓力分析表即表2得出結(jié)論：冷卻水系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)、以及集、分水器壓力表差值均為10m，也可以得出如下結(jié)論：冷凍水泵20m揚程符合實際運行需求，上述水泵能耗數(shù)據(jù)分析是可靠的（見表2）。

表2 機組進、出口壓力及集、分水器壓力分析表

3.4 冷卻塔設(shè)備參數(shù)與螺桿機顯示屏參數(shù)現(xiàn)象

冷卻塔設(shè)備參數(shù)與設(shè)計參數(shù)一致，但設(shè)備廠家設(shè)定的運行管理策略存在明顯弊端。現(xiàn)場查勘發(fā)現(xiàn)，冷卻塔設(shè)備參數(shù)（水量：175m3/h，功率：7.5kW，進水溫度：35℃，出水溫度：30℃，濕球溫度：28℃）與螺桿機顯示屏參數(shù)（冷凝器進水溫度：35.2℃，冷凝器出水溫度：38.4℃，冷凝器端溫差：3.2℃）對比，發(fā)現(xiàn)冷卻水系統(tǒng)存在如下幾個問題：

①運行中的冷卻塔積水盤水溫很高；

②冷水機組顯示屏所顯示參數(shù)存在異常，這與第①條存在的情況相一致；

③在運行的冷卻塔其風(fēng)機并未開啟。

經(jīng)現(xiàn)場管理人員反饋，存在上述問題的主要原因應(yīng)該是：冷卻塔的廠家在安裝時設(shè)定了如下運行管理策略：“即當冷卻水系統(tǒng)運行溫差≤2℃時，冷卻塔風(fēng)機停止運行”。

從上述情況來看，顯然：

①這是一個片面的邏輯控制策略，并未綜合考慮冷水機組運行“需求溫差”與冷卻塔的運行“任務(wù)溫差”的差異以及其內(nèi)在的邏輯關(guān)系，將冷卻塔本職工作凌駕在冷水機組核心工作之上。

②同時，這樣的運行策略將出現(xiàn)冷水機組因散熱不良而導(dǎo)致制冷出力降效，并顯著增加冷水機組中壓縮機的無效能耗。

3.5 空調(diào)末端風(fēng)系統(tǒng)噪音現(xiàn)象

經(jīng)現(xiàn)場查勘，屋面新風(fēng)機組（風(fēng)量：15000m3/h，制冷量：187kW，機外余壓：400Pa，功率：5.5kW），除機組余壓（400Pa）較設(shè)計風(fēng)壓（500Pa）偏小之外，其他參數(shù)基本符合設(shè)計要求。

經(jīng)比對，設(shè)計圖紙與現(xiàn)場實際情況，空調(diào)風(fēng)管管路布置均整體較簡潔、風(fēng)管管路長度基本控制在40m左右。因此，可以初步得出空調(diào)末端風(fēng)系統(tǒng)噪音較大的主要原因有如下幾點：

①本項目全空氣系統(tǒng)中各組合式風(fēng)柜的設(shè)計風(fēng)壓基本為400Pa～450Pa的風(fēng)壓，風(fēng)壓設(shè)計冗余過大。例如，從步行街280Pa風(fēng)壓吊柜回風(fēng)口能快速負壓吸入頭發(fā)情況也可以明顯得出結(jié)論。

②風(fēng)口有效截面明顯偏小。例如，四層新風(fēng)機房防雨百葉新風(fēng)口安裝規(guī)格為1000X400，理論風(fēng)速=10.42m/s，遠超規(guī)范要求的限值。

3.6 現(xiàn)場運營反饋，在高溫夏季，四層很熱降溫很慢，一層很冷降溫很快。顯然，空調(diào)末端負荷分布及氣流組織布置均不合理是具有中庭挑空的建筑出現(xiàn)夏季上熱下冷的根本原因。

4 空調(diào)系統(tǒng)運行解決思路

結(jié)合現(xiàn)場情況，參建各方確定了具體解決措施（見表3）。

表3 空調(diào)系統(tǒng)運行問題解決思路

運維單位按表3中的各項解決措施進行逐步整改完畢后，整個項目的空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)運行能耗有了較大的改善，運行噪音有了很大的降低，中庭區(qū)域的上熱下冷的現(xiàn)象得到了很大的緩解。

5 建議

①設(shè)計階段：制冷機房作為整個空調(diào)系統(tǒng)的核心部位，也是整個空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能重點部位。為了提高制冷機房的節(jié)能效果，可以采用適應(yīng)項目需求的高效節(jié)能泵組，并引入高效機房理念，從設(shè)備、智能控制方面以及運行邏輯方面來實現(xiàn)節(jié)能運行。另外，在設(shè)計過程中也要考慮噪音問題，采取隔聲、吸聲、消聲、隔振等措施，確保空調(diào)末端設(shè)備和風(fēng)口的噪音對人們的生活造成最小干擾。特別對于展覽類項目中的大空間區(qū)域如中庭，要合理考慮氣流組織，以達到舒適狀態(tài)。

②施工階段：施工單位應(yīng)按照設(shè)計圖紙以及相關(guān)施工規(guī)范的要求，嚴格進行施工，加強技術(shù)管理，規(guī)范施工工藝，并進行施工安裝過程的控制，以保證工程的質(zhì)量和安全。監(jiān)理單位則應(yīng)按照規(guī)范進行監(jiān)督和驗收，確保施工質(zhì)量。

③運維階段：運維單位應(yīng)遵循相關(guān)規(guī)范，制定空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的運維管理策略，提高運維人員的管理水平，最大限度地開發(fā)設(shè)備的潛能，實現(xiàn)節(jié)能發(fā)展的目標，在滿足舒適度的條件下運行空調(diào)系統(tǒng)。