合肥移動通信樞紐樓空調系統的兩個問題

尹貞勤 （煤炭工業合肥設計研究院，安徽 合肥 230041）

1 工程概況及其問題描述

由中國移動安徽分公司投資建設的合肥移動通信樞紐樓工程，（以下簡稱樞紐樓），建筑面積27990m2，地下1層，地上20層，建筑高度為88m，施工圖設計由北京某設計院完成。樞紐樓空調含舒適性空調系統及通訊設備房的工藝性空調兩部分。舒適性空調的冷熱源為空氣源熱泵冷熱水機組，冷熱水循環泵布置于地下一層的設備房內；通訊設備房的工藝性空調為全年供冷，冷源為水冷型螺桿式冷水機組，冷水機組及冷水循環泵、冷卻水循環泵均布置在地下一層的設備房內，冷卻塔布置在附房二層屋面。

空調系統安裝完成后，在調試和試運轉過程中出現以下兩個問題：

問題1：舒適性空調循環水泵在試運轉時發生滑移，最大位移量達6cm；

問題2：工藝性空調系統的制冷機組在冬季出現停機或無法啟動；

施工單位及設計單位的有關專業技術人員針對出現的問題，采取了一些整改措施，歷時數月均未能解決，導致工程無法驗收。2005年底，業主單位組織召開專家論證會，筆者等3人到現場察看、調閱暖通空調專業施工圖，并詳細詢問施工單位安裝過程情況，對照設備參數，對有關數據進行復算和分析。最終查出造成問題的原因，并提出相應的解決辦法，使空調系統能夠正常運行。

2 問題1的成因

循環水泵滑移現象剛發現時，業主單位和施工單位、設計單位均認為是循環水泵產品質量存在問題，懷疑水泵滑移是由于水泵動平衡不合格造成。但是，經過計算發現水泵滑移是由于空調水系統壓力在局部造成循環水泵受力不平衡而引起的。

圖1 臥式離心水泵隔振安裝示意圖

圖2 水泵內腔水平方向受力分布

空調水系統定壓膨脹水箱20層屋面水箱間，膨脹水箱正常液面與循環水泵入口（系統定壓點）高差約為94.5m。則循環水泵入口處靜壓值為：

式中:Pj——循環水泵入口處靜壓（Pa）

ρ——水的密度（kg/m3）

g——重力加速度（m/s2）

H——膨脹水箱的液面與循環水泵入口高差(m)按式（1）計算:

臥式離心水泵隔振安裝示意圖見圖1，水泵內腔水平方向受力分析見圖2。

由靜壓對水泵產生的軸向推力為：

式中：Fj——由靜壓對水泵產生的軸向推力（N）

Pj——循環水泵入口處靜壓（Pa）

S——水泵內腔在鉛垂面的投影面積（m2）

由于水泵內腔前后兩面有部分內表面受力互相抵消，計算軸向推力的面積簡化為入口橫斷面積，則：

圖3 原設計冷卻水流程

圖4 改造后冷卻水流程

式中：D——水泵入口直徑（m）

本項目的水泵入口直徑為200mm，由（3）式計算S=0.0314 m2；

按式（2）計算得：

Fj=926100×0.0314=29079.5N

可見所受到的水平推力很大。

由于基礎對泵及減振臺座的支撐力，是隨著水泵及減振臺座對基礎的壓力而變化的，豎向受力始終平衡。

水泵及減振臺座整體在水平推力作用下即產生運動趨勢，由此水泵及減振臺座整體與基礎之間就產生一個反向的摩擦力。

由以上分析可知，水泵的軸向推力主要取決于Fj。當建筑物不高時，泵體所受水平推力也就較小，此時水泵及減振臺座所受的靜摩擦力與推力相平衡，水泵可以正常工作。當建筑物較高時，靜摩擦力會小于水平推力，則發生滑移。

3 解決問題1的措施

針對該工程的循環水泵滑移問題，我們提出的解決辦法：在每臺水泵減振臺座周邊增設槽鋼限制水泵的減振臺座水平方向運動，防止減振臺座傾覆和側向滑移，從而保障水泵能夠穩定運行。

4 問題2的成因

移動通訊設備發熱量較大，有些機房須全年送冷風，對設備進行冷卻。受氣溫影響冬季制冷機制冷時的冷卻水進水溫度就會很低，而水冷螺桿式制冷機要求冷卻水進水溫度不能低于最低溫度t，冷卻水進水溫度低于t 時，制冷劑冷凝壓力降低，高、低壓壓差過小導致回油不暢，嚴重時會燒毀壓縮機，所以制冷機會自動保護（停機）。各制造廠水冷螺桿式冷水機組冷卻水進水溫度最低值t 稍有差異，但一般都要求高于12.8℃，見表1。

主要制造商水冷螺桿式冷水機組冷卻水進水溫度最低值t 表1

暖通空調專業設計人員在進行工程設計時，如項目中冷水機組須常年制冷，則需要了解機組冷卻水最低進水溫度，采取有效的保障措施（誠然，也有些建筑在冬季采用冷卻塔直接供冷的，然而在某些季節段由冷卻塔直接供冷水滿足不了工藝要求，須根據工藝要求及工程所在地的氣候條件仔細研究方案，作出合理的選擇，本文不再展開討論）。原設計冷卻水系統如圖3所示。

標準工況下，水冷螺桿式冷水機組冷凝器進出水溫度為32/37℃，進入冬季當室外空氣溫度較低，同時制冷機排熱量不太大時，即使冷卻塔風機不運行，僅自然通風冷卻塔出水溫度會隨之降低，直至低于12.8℃，導致冷水機組自動保護、停機，影響工藝系統正常運行。

5 解決問題2的措施

針對本工程我們提出在冷凝器出水管路上增設三通調節閥、旁通管路，如圖4所示。隨著室外氣溫下降，冷卻塔風機停止運行，冷凝器進水溫度低于T 時(T=t+2℃)，三通調節閥增加旁通流量，同時減小進冷卻塔水量，使旁通管路熱水與冷卻塔出水混合后溫度不低于T，從而保障冷水機組能夠正常運行。

如在冬季啟動機組時，管路中水溫低于T，控制三通調節閥，使水流全部從旁通管路不進冷卻塔，當冷凝器進水溫度高于32℃時，再減少旁通流量，增加冷卻塔進水量。

陸耀慶.實用供熱空調設計手冊(第二版)[M].北京：中國建筑工業出版社出版，2008.