建筑中央空調系統運行故障診斷及節能影響

張 璐 孫長富 鄒道忠 王小軍

（深圳市節能與資源綜合利用專家聯合會 廣東深圳 518000）

引言

隨著節能工作的深入，中央空調系統節能技術如變頻節能、智能集中控制節能、冷凝器在線清洗等，具有多樣、成熟、效益顯著等特征，得到廣泛應用，是各類型建筑節能改造的重點。在開展中央空調系統節能評估、節能診斷、能源審計過程中，發現不僅僅是技術節能，管理節能也非常有效，通過系統運行過程中的故障診斷和持續維護管理，低投入也會帶來較大的節能效益，現將某辦公大樓中央空調系統運行故障診斷及節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層為停車設備用房，大樓于2007年投入使用。

空調冷源系統共配置2臺離心式冷水機組，并聯運行，配套3臺冷凍水泵、3臺冷卻水泵、3臺冷卻塔，冷凍水泵并聯運行，兩用一備，冷卻水泵并聯運行，兩用一備。設備參數配置如下。

表1 冷水機組參數表

表2 水泵及冷卻塔參數表

冷源系統原理圖如下：

圖1 冷源系統原理圖

空調系統末端采用風機盤管加新風系統，其中2層、3層樓采用新風機和空調組合風柜，其余樓層采用新風機和風機盤管。

2 空調系統節能勘察遇到的問題

對該辦公大樓進行節能評估時，業主工作人員和運行人員均反饋，大樓空調系統存在諸多問題，所供冷量無法滿足需求，節能改造實施單位評估空調系統無節能空間。6月下旬對該辦公大樓進行現場詳細的現場勘察工作，發現該辦公大樓空調系統確實存在大量問題，表現如下：

（1）兩臺冷水機組同時運行一段時間，一臺冷水機組頻發報警停機，僅一臺冷水機組運行，供冷效果差，時常需要強行運行兩臺冷水機組；

（2）2樓所有新風機和風柜運行，大廳室內溫度高；

（3）部分辦公室風機盤管運行，但室內溫度高；

（4）大樓室內封閉，大部分樓道和公共區域悶熱。

3 現場勘察檢測問題診斷原因

3.1 空調供冷量理論分析

根據大樓暖通竣工圖，空調面積16300m2，夏季設計冷負荷2810kW（800RT），大樓實際配置兩臺冷水機組，每臺冷水機組冷量為400RT，即1406.8kW，則計算大樓單位面積理論供冷負荷為172W/m2，遠遠超過深圳市要求的單位冷負荷低于120W/m2。因此大樓中央空調系統配置冷水機組供冷量應能滿足空調冷負荷需求，不需要增加冷水機組。

3.2 冷水機組同時運行報警停機原因分析

冷水機組在2臺同時運行時，其中1臺主機經常報警，冷凍水流量不足，導致該主機停機。由于兩臺冷水機組無法長期同時運行，大樓內辦公區域經常投訴悶熱，每天強行開機數次，冷水機組運行能耗高，但無法解決問題

現場勘查2臺主機同時運行時，已開3臺冷凍水泵，每臺主機的冷凍水設計流量為242m3/h，每臺冷凍水的額定流量300m3/h，測量冷凍水泵電參數發現其已過載運行，流量可能超過額定流量，那么3臺冷凍水泵所供冷凍水遠遠超過2臺主機所需流量，并且主機通過冷凍水量低于設計流量50%以上才會報警，根據此情況，推測2臺冷水機組之間存在嚴重的水力不平衡，方才導致該問題。

在詳細勘查發現，2臺冷水機組的冷凍水回水管入水口安裝有手刷強磁過濾器，但手刷已經銹死，無法清潔冷凍水中雜質。現場開啟2臺冷水機組同時運行，將其中1臺冷水機組冷凍水進出口閥門關小50%，能改善報警缺水現象。也驗證了2臺主機之間存在嚴重的水力不平衡。再詢問業主單位和運行人員，2臺冷水機組已2年未進行人工通炮等維護保養。

分析極可能其中1臺冷水機組的冷凍水回水管過濾器已堵塞，同時2臺冷水機組之間存在嚴重的水力不平衡，導致了該臺冷水機組長期缺水報警并停機。

3.3 冷凍水旁通導致冷水機組COP嚴重偏低

現場勘查冷水機組缺水報警問題時，發現冷水機組冷凍水出水溫度偏高，對冷源系統進行全面勘查和檢測。

對分水器與集水器之間的壓差旁通進行詳細勘察，發現電動壓差旁通閥兩側的手動閥均打開，而電動旁通閥并聯管段配置的手動蝶閥打開，冷凍水從分水器持續回流到集水器。

通過改變各樓層新風機和風機盤管運行情況，確定部分風柜和風機盤管冷水閥由全開變為關閉，即模擬空調末端需求未達到滿負荷狀態，技術人員手動將旁通管并聯管的手動閥關閉，觀察二十分鐘，冷凍水泵出水口壓力表顯示壓力變化，正在運行的1#冷水機組顯示參數變化，其中冷凍水進出水溫差從2℃升高到3℃，冷凍水干管流量也發生變化，但是電動壓差旁通閥指針無變化，電動閥無動作，基本可判斷電動壓差旁通閥故障，為運行安全，運行人員將壓差旁通閥并聯管手動閥長期開啟，該空調系統一直存在冷凍水旁通現象。

依據《公共建筑節能檢驗標準》，在運行人員配合下，在廠商對冷水機組進行維護保養，并加雪種后，對2臺冷水機組進行檢測，每臺冷水機組檢測時，將另一臺冷水機組進出水手動蝶閥關閉，確保兩臺冷水機組之間無旁通現象。

表3 1#冷水機組運行參數測量

表4 1#冷水機組測量數值分析表

根據冷水機組的制冷量和性能系數（COP）公式計算。

參考《公共建筑節能檢測標準》（JGJT177-2009）標準，取冷凍水進出水總管測量溫度平均值（不包含測量時間3數據）計算1#冷水機組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#冷水機組COP為1.94。

根據《公共建筑節能設計標準》4.2.10條規定：采用電機驅動的蒸氣壓縮循環冷水（熱泵）機組，其在名義制冷工況和規定條件下的性能系數（COP），水冷離心式冷水機組名義制冷量大于1163kW小于2110kW，夏熱冬暖地區（深圳屬于該區域）COP應達到5.70。而實測COP僅1.94。

按照測量時間3的數據進行測算，冷凍水進出水管旁通閥手動全部關閉，冷水機組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

旁通閥關閉后，1#冷水機組制冷量可達到1391kW，COP可達到4.43，盡管比設計標準的5.70要低，但制冷性能系數已大幅提升，供應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，冷量浪費嚴重，冷水機組能耗大效率低。

3.4 空調末端悶熱原因分析

根據物業管理人員反映，空調機組和新風機組存在不少故障和噪音大的問題。本次現場勘察，向物業管理人員了解是否存在部分區域較熱區域，物業反饋17樓、12樓、2樓公共區域較熱，進行現場測量，測量數據如下表所示。

現場測量室外溫度30.7℃。

其中17樓新風機出風口溫度18.4℃，屬于正常范圍，新風機供走廊和房間新風，測量走廊和辦公室內溫度較低，空調供冷效果良好。

12樓新風機出風口溫度24.0℃，說明新風送風溫度高，可能引入的室外空氣未有效冷卻，由于新風機冷水閥在封閉的石膏板內，無法檢測，測量新風機冷凍水進出水壁溫，進水管壁溫12.2℃，出水管壁溫23.5℃，說明冷凍水未流經新風機表冷段，推測冷水閥存在異常，或新風機的冷凍水進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樓圖書館內出風口溫度均較高，風機盤管開關已全部打開，結合初次勘察發現風機盤管電動二通閥存在問題，推測圖書館內風機盤管僅風機運行，有風速，但電動二通閥一直關閉，表冷段未有效冷卻導致出風口溫度高。

11樓新風機在走廊的出風口溫度15.5℃，新風送風溫度較低，11樓走廊溫度明顯較低，空調供冷效果良好。

2樓空調風柜為大廳供冷，大廳內溫度在26～27℃，說明大廳冷卻效果不佳，進一步測量空調風柜表冷段溫度25℃左右，說明表冷段未有效冷卻，無冷水進入表冷段，空調風柜僅送風，無冷風導致大廳冷卻效果不佳。測量風柜冷凍水供水管溫度10.3℃，最低溫度9.7℃，出水管溫度22.0℃，再檢查空調風柜的冷水閥，拆下后發現控制信號線未接，物業人員現場將信號線連接上，冷水閥閥桿動作，一段時間后，再次測量冷凍水進出水管壁溫，溫度不變，空調風柜表冷段溫度也未變化，說明冷凍水依然未流經空調風柜表冷段，需要關閉空調風柜冷凍水進出水管手動閥，進行逐段拆除檢查是否存在堵塞點，并檢查冷水閥閥芯是否打開，具體工作需要物業或空調維修公司開展工作。

4 故障處理和節能影響

該大樓中央空調系統運行過程中故障點較多，導致空調系統未能有效供冷，目前空調系統節能改造無法實施；

通過現場故障診斷，分析空調系統故障原因：（1）空調系統冷凍水管的清洗和過濾網維護工作未有效進行，導致末端系統部分新風機冷水閥入口管道堵塞，冷凍水未能供至新風機，即新風機未將冷量供至辦公區域；（2）末端部分風機盤管電動二通閥失效，保持關閉狀況，未將冷量供至辦公區域；（3）兩臺冷水機組之間冷凍水管未進行水力平衡調試，或水管內有大量堵塞，導致一臺冷水機組冷凍水供水不足，頻繁缺水報警；（4）由于末端系統冷凍水管堵塞和風機盤管電動二通閥失效，末端系統冷凍水進出水管壓差大，需要進行冷凍水管的旁通調節，而電動壓差旁通閥失效，手動旁通閥一直運行，大量冷凍水供水直接通過旁通閥到回水管，冷凍水短路，冷量浪費嚴重，冷水機組能耗大效率低。

根據故障診斷分析，運行人員進行全面的空調系統運行維護工作，尤其是水管和過濾網清洗，并更換電動二通閥和部分風機冷水閥，更換電動壓差旁通閥和手動蝶閥，第二年夏季空調系統一般僅運行一臺冷水機組，即可保證辦公大樓空調區域供冷，辦公人員反饋供冷效果良好，在減少冷水機組運行數量和時間的情況下，供冷得到保證，即室內環境溫度達到設計標準，空調系統能耗降低。

結語

通過現場勘查和檢測該大樓空調系統運行參數，發現諸多運行維護問題，由于這些運行維護問題，影響了空調系統運行性能，能耗高但供冷效果差。

實地檢測找到問題所在后，進行冷凍水管網和過濾器的清洗，更換失效電動閥等，有針對性地解決運行故障后，該大樓空調系統運行穩定，供冷效果良好，同時，同時空調系統能耗降低，有效節能。