某冷凍站異常運(yùn)行原因診斷及改進(jìn)建議*

王寒棟

某冷凍站異常運(yùn)行原因診斷及改進(jìn)建議*

王寒棟

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 深圳 518055）

基于現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)某中央空調(diào)冷凍站長期采用一機(jī)多泵、停運(yùn)狀態(tài)冷水機(jī)組水閥常開旁通水流等的異常運(yùn)行策略進(jìn)行了調(diào)試和診斷分析．分析表明，該冷凍站采取異常運(yùn)行策略的主要原因在于冷水機(jī)組局部水管管阻異常．根據(jù)診斷結(jié)果提出了處理和改進(jìn)建議．

冷凍站；運(yùn)行策略；水管管阻；并聯(lián)冷水機(jī)組

中央空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能可概括為2個(gè)方面，即管理節(jié)能和技術(shù)節(jié)能．管理節(jié)能是指在不改變原有空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成及設(shè)備等條件下，通過改進(jìn)和加強(qiáng)管理措施等手段實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行節(jié)能．技術(shù)節(jié)能則是指通過采取新的技術(shù)措施（如新材料、新技術(shù)、新工藝等）對(duì)原有空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，或利用新技術(shù)等建設(shè)高效空調(diào)系統(tǒng)等來實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能降耗．在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方面已有較多研究，涉及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及設(shè)備選用、負(fù)荷預(yù)測、優(yōu)化控制等[1-5]．相對(duì)而言，空調(diào)系統(tǒng)的管理節(jié)能成本低、見效快，便于實(shí)施推廣，在既有空調(diào)系統(tǒng)中采用較為廣泛．但空調(diào)系統(tǒng)管理節(jié)能也會(huì)涉及技術(shù)層面的問題，如需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行技術(shù)分析，然后確定所采取的管理措施是否合理、是否滿足節(jié)能運(yùn)行需要等．現(xiàn)場管理中尤其需要對(duì)一線操作人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)所采取的運(yùn)行方式進(jìn)行深入分析，進(jìn)而提出合適的節(jié)能運(yùn)行管理措施．本文針對(duì)某中央空調(diào)系統(tǒng)冷凍站出現(xiàn)的非常規(guī)操作現(xiàn)象（異常運(yùn)行策略）進(jìn)行分析，探討其背后的技術(shù)影響因素，并提出相應(yīng)的處理和改進(jìn)建議．

1 系統(tǒng)概況

該中央空調(diào)系統(tǒng)冷凍站為某政府部門辦公樓提供空調(diào)冷源，建筑為地上7層，冷凍站設(shè)置在第一層，冷卻塔位于7樓屋面．冷凍站的冷凍水系統(tǒng)流程如圖1所示，冷卻水系統(tǒng)在冷凍站內(nèi)的流程與冷凍水基本相同（不再另外給出）．該冷凍站的主要設(shè)備包括3臺(tái)冷水機(jī)組，4臺(tái)冷凍泵，4臺(tái)冷卻泵，3臺(tái)冷卻塔，電氣控制系統(tǒng)等．3臺(tái)冷水機(jī)組中，1#和3#是制冷量分別為100 RT和125 RT螺桿式（制冷劑為R22），2#為節(jié)能改造后安裝的125RT變頻磁懸浮離心式（額定冷量125 RT即440 kW，性能系數(shù)為5.98，制冷劑為R134a；蒸發(fā)器與冷凝器的額定水流量分別為76 m3/h、95 m3/h）．冷凍泵和冷卻泵均為定速管道式離心泵，2～4#冷凍泵額定參數(shù)為：電機(jī)功率11 kW，轉(zhuǎn)速2900 r/min，流量89 m3/h，揚(yáng)程27 m；1#冷凍泵為新更換的低轉(zhuǎn)速泵，額定參數(shù)為：電機(jī)功率11 kW，轉(zhuǎn)速1480 r/min，流量90 m3/h，揚(yáng)程28 m．1～4#冷卻泵額定參數(shù)為：電機(jī)功率15 kW，轉(zhuǎn)速2900 r/min，流量95 m3/h，揚(yáng)程31 m．冷卻塔為雙側(cè)進(jìn)水的單風(fēng)機(jī)橫流式冷卻塔，每臺(tái)風(fēng)機(jī)額定功率3 kW（定速運(yùn)行）．

為獲取冷凍站的運(yùn)行參數(shù)，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，配置了溫度、壓力和流量傳感器（冷凍水系統(tǒng)中加裝的部分傳感器如圖1中T、P、F所示）及控制系統(tǒng)，分別為2#冷水機(jī)組、每臺(tái)冷凍泵和冷卻泵、每臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)配置了獨(dú)立電能表，所有參數(shù)均通過監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集并存儲(chǔ)在云端服務(wù)器中．各傳感器的參數(shù)見表1，每分鐘自動(dòng)采集所有運(yùn)行參數(shù)并自動(dòng)上傳到云服務(wù)器存儲(chǔ)．當(dāng)用戶需要調(diào)用歷史數(shù)據(jù)時(shí)，可按需要設(shè)置時(shí)間周期加以導(dǎo)出，以進(jìn)行后續(xù)處理與分析．本文所用數(shù)據(jù)為按5 min時(shí)間間隔導(dǎo)出的數(shù)據(jù)．

圖1 冷凍站冷凍水系統(tǒng)流程示意圖

表1 冷凍站傳感器參數(shù)表

2 冷凍站日常運(yùn)行與非常規(guī)運(yùn)行策略

由于該建筑物實(shí)際空調(diào)負(fù)荷不大，平時(shí)只需運(yùn)行1臺(tái)2#冷水機(jī)組即可滿足空調(diào)供冷需求，1#和3#冷水機(jī)組基本閑置（均已過報(bào)廢年限，只在極特殊情況下應(yīng)急運(yùn)行）．因此，后續(xù)分析均主要圍繞2#冷水機(jī)組展開．

該空調(diào)冷凍站系統(tǒng)平時(shí)周一至周五運(yùn)行時(shí)間一般為7:20～21:00；周六周日及節(jié)假日一般不運(yùn)行，遇特殊情況另作臨時(shí)調(diào)整．由于該冷凍站空調(diào)運(yùn)行人員習(xí)慣了自身經(jīng)驗(yàn)及固有運(yùn)行模式，較為排斥自控操作，即使自控系統(tǒng)改造后也長期采取人工操作，這也導(dǎo)致該冷凍站系統(tǒng)長期存在一些非常規(guī)操作現(xiàn)象（即異常運(yùn)行策略），主要表現(xiàn)為：

1）僅運(yùn)行2#冷水機(jī)組時(shí)，同時(shí)分別運(yùn)行2臺(tái)以上冷凍泵、冷卻泵，且停運(yùn)的1#、3#冷水機(jī)組冷凍水和冷卻水閥門常開，或者只關(guān)閉3#冷水機(jī)組的冷凍水和冷卻水閥門，始終保持1#冷水機(jī)組的冷凍水和冷卻水閥門常開，形成冷凍水和冷卻水經(jīng)過不運(yùn)行冷水機(jī)組旁通的現(xiàn)象．

2）遇到有會(huì)議或較大型活動(dòng)時(shí)，只運(yùn)行2#冷水機(jī)組，但同時(shí)運(yùn)行多臺(tái)冷凍泵與冷卻泵，極端情況會(huì)同時(shí)運(yùn)行4臺(tái)冷卻泵、4臺(tái)冷凍泵、3臺(tái)冷卻塔，能源浪費(fèi)嚴(yán)重．

在自控系統(tǒng)改造前，系統(tǒng)原有的壓力表和溫度計(jì)由于年久失修、測量不準(zhǔn)，且缺乏水流量和設(shè)備電量等監(jiān)測，不能全面掌握系統(tǒng)的運(yùn)行性能．運(yùn)行人員只能根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)，按2#冷水機(jī)組的機(jī)顯參數(shù)，以冷水機(jī)組能維持運(yùn)行（不報(bào)警、不出現(xiàn)故障停機(jī)等）為目標(biāo)，對(duì)冷凍站相關(guān)設(shè)備進(jìn)行啟停操作．自控系統(tǒng)改造后，主要運(yùn)行參數(shù)均能自動(dòng)采集，為全面分析冷凍站系統(tǒng)的性能提供了條件．但由于運(yùn)行人員對(duì)自控系統(tǒng)的排斥，空調(diào)系統(tǒng)仍然維持之前的運(yùn)行方式、自控系統(tǒng)僅起到監(jiān)測和顯示運(yùn)行狀態(tài)的作用，非常規(guī)的運(yùn)行現(xiàn)象仍長期存在．

在冷凍站的運(yùn)行管理中，一般認(rèn)為所有不運(yùn)行冷水機(jī)組的冷凍水和冷卻水閥門均應(yīng)保持關(guān)閉，防止水流旁通而造成不必要的能量損耗與浪費(fèi)，否則會(huì)被認(rèn)為屬于誤操作或操作人員技術(shù)素質(zhì)低[6-10]．在正常情況下，這些觀點(diǎn)無疑是正確的、應(yīng)該在日常運(yùn)行管理中加強(qiáng)監(jiān)督落實(shí)．但實(shí)際冷凍站的運(yùn)行受眾多因素的影響，尤其是當(dāng)系統(tǒng)存在一些反常、但又不能實(shí)施停機(jī)處理或改造時(shí)，如何分析找出反常操作的根本原因，根據(jù)冷凍站的實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整運(yùn)行策略，達(dá)到運(yùn)行節(jié)能的目的，還是值得探討．因此，針對(duì)該冷凍站運(yùn)行人員始終堅(jiān)持上述非常規(guī)運(yùn)行方式，應(yīng)分析找出造成這些運(yùn)行方式的原因，探討合理的解決措施．

現(xiàn)場走訪了解到，運(yùn)行人員之所以堅(jiān)持那些非常規(guī)運(yùn)行策略，源于其發(fā)現(xiàn)如按常規(guī)操作，例如運(yùn)行2#冷水機(jī)組、其他1#和3#冷水機(jī)組水閥關(guān)閉，只運(yùn)行1臺(tái)冷凍泵、1臺(tái)冷卻泵（或者即使運(yùn)行2臺(tái)冷凍泵和2冷卻泵時(shí)），2#冷水機(jī)組很多時(shí)候不能正常運(yùn)行，經(jīng)常報(bào)警或停機(jī)．只有保持其他不運(yùn)行冷水機(jī)組的水閥在開啟狀態(tài)，才能基本確保2#冷水機(jī)組的正常運(yùn)行，從而免遭空調(diào)用戶的投訴和上級(jí)的責(zé)罰．由此可見，對(duì)于該冷凍站，首先需要分析找出導(dǎo)致單機(jī)單套泵（1臺(tái)冷水機(jī)組+1臺(tái)冷凍泵和1臺(tái)冷卻泵）運(yùn)行時(shí)冷水機(jī)組報(bào)警甚至故障停機(jī)的原因，對(duì)癥下藥，才能提出針對(duì)性運(yùn)行管理措施．

在取得運(yùn)行人員同意并在其配合下，筆者通過現(xiàn)場不同運(yùn)行模式的調(diào)試，結(jié)合自控系統(tǒng)采集的運(yùn)行參數(shù)記錄，對(duì)該冷凍站不同運(yùn)行策略下冷水機(jī)組管路壓差與流量、水管路阻力及其分布等進(jìn)行了對(duì)比分析，確定了問題原因，提出了改進(jìn)建議．

3 異常運(yùn)行策略的診斷分析及冷水機(jī)組的水管管阻特性

為全面分析該系統(tǒng)異常運(yùn)行策略的原因，獲取了自控改造之后所采集的全部歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)（2020.7-2021.8之間的數(shù)據(jù)）．

3.1 異常運(yùn)行策略的診斷分析

從歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)看，當(dāng)停運(yùn)的冷水機(jī)組水閥關(guān)閉時(shí)，無論運(yùn)行的冷凍泵或冷卻泵臺(tái)數(shù)如何變化，運(yùn)行中的冷水機(jī)組（2#冷水機(jī)組）的蒸發(fā)器的水壓降均嚴(yán)重偏大，導(dǎo)致相應(yīng)的冷凍泵揚(yáng)程也嚴(yán)重偏大．例如，某天典型工況為2#冷水機(jī)組、2#3#冷凍泵、3#4#冷卻泵、2臺(tái)冷卻塔運(yùn)行，即冷凍站內(nèi)為1機(jī)2套泵運(yùn)行，1#3#冷水機(jī)組的水閥全部關(guān)閉．當(dāng)天2#冷水機(jī)組蒸發(fā)器與冷凝器的水壓降、冷凍泵與冷卻泵的揚(yáng)程與流量分別如圖2～4所示．圖中橫坐標(biāo)為按啟動(dòng)后的時(shí)間順序采樣周期序號(hào)，可供查詢相對(duì)時(shí)間（系統(tǒng)也記錄了具體時(shí)刻），如“1”表示系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行的第1個(gè)時(shí)間周期（即第1個(gè)5 min），其余依次類推．

圖2表明，在該運(yùn)行工況下，2#冷水機(jī)組蒸發(fā)器與冷凝器的水壓降分別達(dá)到2.3～2.4 bar、1.7～1.8 bar（分別約23～24 m、17～18 m水頭損失），均遠(yuǎn)大于該冷水機(jī)組蒸發(fā)器與冷凝器的額定水壓降值0.73 bar、0.82 bar．冷凍泵、冷卻泵的揚(yáng)程也均略大于其額定揚(yáng)程值28 m、31 m（圖3），且2#蒸發(fā)器的水壓降（水頭損失約23～24 m）約占冷凍泵揚(yáng)程的75%．結(jié)合圖4可進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，2臺(tái)冷卻泵提供的流量約在130～136 m3/h之間，相對(duì)較為正常，可判斷2#冷凝器的水壓降較大主要是由于流量過大引起．但2臺(tái)冷凍泵提供的流量僅為25～90 m3/h（均值約為64.2 m3/h），不但小于1臺(tái)冷凍泵的額定流量，流量波動(dòng)還非常劇烈．由此可推斷，2#冷水機(jī)組冷凝器的水阻基本正常，但蒸發(fā)器的水阻存在嚴(yán)重問題．

為驗(yàn)證這一點(diǎn)，在運(yùn)行人員配合下，選取空調(diào)暫時(shí)停運(yùn)時(shí)段對(duì)3臺(tái)冷水機(jī)組的水阻分別進(jìn)行了單獨(dú)測試．測試時(shí)，僅運(yùn)行1#冷卻泵、1#冷凍泵，除測試?yán)渌畽C(jī)組的水閥全開之外，其余冷水機(jī)組的水閥全關(guān)，這樣即可獲得每臺(tái)冷水機(jī)組蒸發(fā)器、冷凝器的各自水壓降．測試結(jié)果表明，2#和3#冷凝器的水壓降分別為0.77～0.85 bar、0.59～0.64 bar，屬基本正常，1#冷凝器則遠(yuǎn)超正常值而達(dá)到2.07～2.22 bar；雖然3臺(tái)蒸發(fā)器的水壓降均高于額定值，但由于1#和3#蒸發(fā)器的實(shí)際水流量均大于額定值（平均值分別為109.7、96.9 m3/h），按恒定管路阻抗系數(shù)折算到額定流量時(shí)對(duì)應(yīng)的水壓降分別對(duì)應(yīng)為0.81、0.83 bar，只略高于額定值0.73 bar，屬基本正常．然而2#蒸發(fā)器的實(shí)際水流量平均值只有50.4 m3/h，且其水壓降遠(yuǎn)大于額定值達(dá)到1.84 bar．根據(jù)管路的水力特性式（1），即管路阻抗確定時(shí)水壓降（作用水頭）與流量的平方成正比[11]：

圖2 2#冷水機(jī)組蒸發(fā)器與冷凝器的水壓降

圖3 冷凍泵與冷卻泵的揚(yáng)程

圖4 冷凍泵與冷卻泵的總流量

式中：l為水頭損失，mH2O；

γ為水的容重，N/m3；

為管路的阻抗系數(shù)，s2/m5；

為水流量，m3/s．

可以判斷2#蒸發(fā)器的水壓降或其管路阻抗系數(shù)已嚴(yán)重大于正常范圍，造成其管路水阻較大．正是由于2#蒸發(fā)器的水阻特別大，才造成了冷凍泵的揚(yáng)程大、流量小．且由于阻力大使得管路特性變得陡峭，即使增加并聯(lián)冷凍泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，對(duì)增大冷凍水流量的作用也很小，因此才有上述2臺(tái)冷凍泵運(yùn)行時(shí)流量還不及1臺(tái)泵額定流量的異常現(xiàn)象．這可由圖5所示泵的特性與管路特性曲線示意圖進(jìn)行解釋，圖5中單泵曲線為單臺(tái)泵（如冷凍泵）的特性曲線，1、2分別為阻力不同的管路特性曲線（2阻力大于1，管路阻力越大，曲線越陡峭），M1和M2分別為同一臺(tái)泵在不同阻力管路1、2中的工況點(diǎn)．可見管路阻力越大，同一臺(tái)泵的工作流量越小（2<1）、但揚(yáng)程則反之．假設(shè)1是設(shè)計(jì)條件下的正常管路阻抗系數(shù)，2為管阻增大后的非正常管路阻抗系數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)是按照1管路條件的工況M1（1，1）參數(shù)進(jìn)行選泵的，所選泵的額定流量應(yīng)略大于1．但由于實(shí)際管路出現(xiàn)了異常導(dǎo)致管路阻抗系數(shù)變?yōu)?，泵的工況點(diǎn)隨之偏移到M2，其實(shí)際流量2就會(huì)小于選泵對(duì)應(yīng)的額定流量，但揚(yáng)程會(huì)大于選泵工況的揚(yáng)程．如果考慮2臺(tái)同型號(hào)的泵并聯(lián)，其并聯(lián)特性曲線如圖中“2泵并聯(lián)”曲線，并聯(lián)后在不同管路1、2中的工況點(diǎn)分別為M3、M4．當(dāng)管路阻力小（如1）并聯(lián)后流量增大值（3～1）相對(duì)較為明顯，但在管路阻力大時(shí)（如2），并聯(lián)后流量增大值（4～2）并不明顯．該冷凍站2#蒸發(fā)器中冷凍水流嚴(yán)重偏小，就是由于2#蒸發(fā)器阻力嚴(yán)重偏大，使得其運(yùn)行時(shí)的管路特性曲線變得非常陡峭（如同圖5中2），從而引起泵的揚(yáng)程增大、流量減小，此時(shí)即使增加并聯(lián)泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)也不能有效增大冷凍水的流量；如果此時(shí)單臺(tái)冷凍泵的特性曲線也很陡峭，流量增大效果就更不明顯，而揚(yáng)程則會(huì)急劇增大．

圖5 冷凍水管路特性與冷凍泵工況點(diǎn)示意圖

據(jù)此可以認(rèn)為，該冷凍站中1#冷凝器、2#蒸發(fā)器管路的水阻嚴(yán)重偏大，已成為冷卻水或冷凍水系統(tǒng)中的主要水頭損失，不但會(huì)導(dǎo)致冷卻泵或冷凍泵揚(yáng)程過高、流量過小，還會(huì)誤導(dǎo)運(yùn)行人員盲目增加并聯(lián)冷卻泵或冷凍泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)以增大流量，從而造成冷凍泵及系統(tǒng)能耗的增加．對(duì)此應(yīng)及時(shí)加以診斷與處理，尤其是針對(duì)實(shí)際運(yùn)行的2#冷水機(jī)組要及時(shí)處理，以提高其運(yùn)行性能、減少系統(tǒng)的能耗．如運(yùn)行人員堅(jiān)持要開啟不運(yùn)行冷水機(jī)組水閥的異常行為也可得到解釋了：由于2#蒸發(fā)器存在極大阻力，關(guān)閉其他機(jī)組蒸發(fā)器水閥時(shí)，無論如何增加并聯(lián)冷凍泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)也不能有效增大流量，只能通過開啟并聯(lián)的水阻相對(duì)較小的其他蒸發(fā)器的水閥，借助并聯(lián)后的減阻效應(yīng)來增大系統(tǒng)總的冷凍水流量．當(dāng)然這會(huì)帶來其他負(fù)面影響，而且是否總能增大流過2#蒸發(fā)器的冷凍水流量也還需要具體分析（取決于管路的水阻分布）．

1#冷水機(jī)組冷凝器的水管路阻力同樣異常，導(dǎo)致1#冷水機(jī)組應(yīng)急運(yùn)行時(shí)（如極個(gè)別時(shí)段由于有重大活動(dòng)出現(xiàn)短時(shí)間的大負(fù)荷，需要臨時(shí)開啟1#冷水機(jī)組，待負(fù)荷下降并穩(wěn)定后再停運(yùn)1#冷水機(jī)組）其冷卻水流量小、冷卻水出水溫度偏高（通常會(huì)達(dá)超過41℃，而正常的上限為37℃）．甚至由于1#冷水機(jī)組冷卻水的高水溫引起系統(tǒng)冷卻水溫持續(xù)升高，導(dǎo)致2#冷水機(jī)組的冷卻水溫跟隨升高而產(chǎn)生高溫告警、甚至保護(hù)性停機(jī)，嚴(yán)重影響冷凍站的供冷效果與運(yùn)行穩(wěn)定性．

3.2 冷水機(jī)組水管管阻特性

實(shí)測數(shù)據(jù)和進(jìn)一步分析表明，該冷凍站中水阻異常主要存在于并聯(lián)的冷水機(jī)組支管中，即2#冷水機(jī)組蒸發(fā)器冷凍水支管、1#冷水機(jī)組冷凝器冷卻水支管等局部管路水阻異常．

多工況下實(shí)測數(shù)據(jù)及分析表明，2#冷水機(jī)組蒸發(fā)器水側(cè)支管阻抗系數(shù)并不能保持為定值，而是隨流量和壓差變化而變化，因此不能按照文獻(xiàn)[12]所提供的方法，通過單獨(dú)測試?yán)渌畽C(jī)組所獲得的值及實(shí)測水壓降來分別確定新運(yùn)行工況下的冷發(fā)器和冷凝器的水流量．對(duì)于冷凍水，可利用總管制冷量與2#冷水機(jī)組制冷量相等，結(jié)合2#蒸發(fā)器冷凍水進(jìn)出水溫度（即圖1中T3、T4），或利用冷凍水在總管中混合前后的質(zhì)量和能量守恒規(guī)律，獲得2#蒸發(fā)器中的冷凍水流量．

根據(jù)各運(yùn)行工況下測得的水側(cè)壓力和流量，利用式（1）可獲得各工況下2#冷水機(jī)組蒸發(fā)器支路的管路阻抗系數(shù)隨流量變化的特點(diǎn)，如圖6．

圖6表明，在運(yùn)行期間，2#冷水機(jī)組蒸發(fā)器支路的管路阻抗系數(shù)并不為定值，而是隨流量變化而變化．且進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)其還與相應(yīng)工況下的水壓大小有關(guān)（如泵的運(yùn)行揚(yáng)程），圖6中各條分離的趨勢線分布就是由于各工況下水壓不同而引起的．這一特點(diǎn)說明2#冷水機(jī)組蒸發(fā)器支路的管路阻抗系數(shù)隨水壓和流量同時(shí)變化．

結(jié)合現(xiàn)場管路及其附件布置和冷水機(jī)組維護(hù)保養(yǎng)情況（年度保養(yǎng)均有清洗蒸發(fā)器與冷凝器的水管）分析，可以初步判斷：造成2#冷水機(jī)組蒸發(fā)器支路的水阻過大的原因可能是該支路水管中存在可局部活動(dòng)的堵塞物，如可隨水流局部擺動(dòng)的異物，該異物可活動(dòng)部分的活動(dòng)幅度隨流量和水壓而變化，由此導(dǎo)致了2#冷水機(jī)組蒸發(fā)器支路水阻的變化特性，也是造成冷凍水流量波動(dòng)劇烈的主要原因．

圖6 2#冷水機(jī)組蒸發(fā)器支路的管路阻抗系數(shù)S與流量Q的關(guān)系

4 異常運(yùn)行策略的影響與建議

如果考慮同樣運(yùn)行2#冷水機(jī)組、2臺(tái)冷凍泵、2臺(tái)冷卻泵、2臺(tái)冷卻塔，但同時(shí)開啟1#、3#冷水機(jī)組的冷凍水閥和冷卻水閥時(shí)的情況，可進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)這一異常運(yùn)行策略所帶來的影響．對(duì)于冷凍水，利用總管制冷量與2#冷水機(jī)組制冷量相等，結(jié)合2#蒸發(fā)器冷凍水進(jìn)出水溫度（即圖1中T3、T4），即可獲得2#蒸發(fā)器中的冷凍水流量．以某天運(yùn)行工況為例，當(dāng)天穩(wěn)定運(yùn)行期間2#蒸發(fā)器中的冷凍水流量均值為76.8 m3/h，在其額定值附近，且冷凍水流量相對(duì)較為穩(wěn)定、沒有出現(xiàn)大幅度波動(dòng)．即開啟并聯(lián)機(jī)組1#、3#水閥后總冷凍水流量增大明顯，2#蒸發(fā)器中的冷凍水流量也有所增大．但大部分冷凍水由不運(yùn)行的1#、3#冷水機(jī)組旁通而過，流經(jīng)實(shí)際運(yùn)行的2#蒸發(fā)器的冷凍水量僅為總水量的35.7%．這使得冷凍站向空調(diào)末端供水的溫度也明顯升高，如當(dāng)天2#冷水機(jī)組供冷溫度（T3）為7.3℃時(shí)，經(jīng)1#、3#冷水機(jī)組旁通混合后的總管供水溫度（T13）升高到9.8℃．導(dǎo)致的后果是，雖然2#冷水機(jī)組的冷凍水供水溫度正常，但冷凍站的供水溫度偏高，可能會(huì)影響空調(diào)使用效果．如果該偏高的供水溫度不影響空調(diào)效果，則說明正常情況下（水阻正常、不需要開啟并聯(lián)冷水機(jī)組的水閥）可以通過把2#冷水機(jī)組的設(shè)定冷凍水出水溫度由為7℃提高到9℃，達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的效果，按文獻(xiàn)[7]的方法估算約可節(jié)能4%．但由于水阻異常，只能采取非常規(guī)的運(yùn)行方式來保證冷凍站的運(yùn)行，而不能采取這種節(jié)能運(yùn)行方式．

進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，1#冷水機(jī)組水閥開啟與關(guān)閉時(shí)，同樣設(shè)備運(yùn)行條件下（室外氣溫有所不同），2#冷水機(jī)組的運(yùn)行能效有明顯提升（典型工況下2#冷水機(jī)組提升了約85%），說明采取開閥旁通的非常規(guī)方式會(huì)間接影響2#冷水機(jī)組的運(yùn)行性能．非常規(guī)運(yùn)行策略對(duì)設(shè)備及冷凍站運(yùn)行能耗的影響，探討是否存在合適的節(jié)能運(yùn)行策略將另文探討．

針對(duì)診斷分析發(fā)現(xiàn)的問題，提出了如下核查和處理建議：

1）及時(shí)對(duì)存在局部水阻過大的2#冷水機(jī)組蒸發(fā)器冷凍水支管、1#冷水機(jī)組冷凝器冷卻水支管進(jìn)行拆開檢查（建議重點(diǎn)檢查相應(yīng)管段的閥門、軟接頭和彎頭等處，排查是否有異物卡堵），清理管段中的污垢與可能存在的雜物、或更換必要的管路附件（如軟接頭、過濾器等），清洗管路使其水阻恢復(fù)到正常值附近．

2）處理水阻后再重新調(diào)試，測試分析運(yùn)行數(shù)據(jù)，確定合適的運(yùn)行策略．

3）恢復(fù)正常后應(yīng)盡可能采用自動(dòng)控制，由自控系統(tǒng)監(jiān)控冷凍站的運(yùn)行，減少運(yùn)行人員過于依賴經(jīng)驗(yàn)的、粗放式操作等的主觀干預(yù)，提高系統(tǒng)的運(yùn)行能效．

針對(duì)提出的建議，由于某些原因，甲方及物業(yè)管理方認(rèn)為要等到合適時(shí)機(jī)才能考慮是否拆解局部管件等進(jìn)行處理．因此該冷凍站目前仍只能“帶病”運(yùn)行．

需要注意的是，文獻(xiàn)[6-10]中所提及的非正常操作針對(duì)的是正常阻力情況下的壓差增大（與流量增大是正相關(guān)的），可以通過調(diào)小冷凍泵或冷卻泵流量的方式加以解決．但在本事例中，導(dǎo)致壓差大于正常值的原因在于管路阻力異常增大、流量減小，因此不應(yīng)簡單采取文獻(xiàn)中所提及的方法應(yīng)對(duì)，而應(yīng)根據(jù)實(shí)際問題分析原因，再加以針對(duì)性解決．

致謝：感謝深圳嘉力達(dá)節(jié)能科技有限公司提供現(xiàn)場調(diào)試與檢測等工程條件．

[1] 童瑞祺，丁強(qiáng)，江愛朋．基于改進(jìn)布谷鳥搜索算法的冷水機(jī)組負(fù)荷分配優(yōu)化[J]．計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2019，36（4）：397-403．

[2] 姜?jiǎng)P迪．磁懸浮冷水機(jī)組在公建項(xiàng)目中的應(yīng)用及研究[D]．青島理工大學(xué)，2019．

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[4] 嚴(yán)茜公，胡映寧，羅多，等．基于建筑負(fù)荷變化的冷水機(jī)組節(jié)能運(yùn)行研究[J]．墻材革新與建筑節(jié)能，2019（3）：41-47．

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[8] 曾昭向，盧清華．中央空調(diào)節(jié)能技術(shù)分析與探討[J]．制冷與空調(diào)，2013，27（1）：45-48．

[9] 王志．集中空調(diào)冷凍站若干節(jié)能優(yōu)化控制方法分析[J]．智能建筑與城市信息，2009（7）：49-51．

[10]周四俚．我國中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行管理人員的技術(shù)素質(zhì)亟待提高[J]．制冷，2003（3）：35-37．

[11]白樺主編．流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)（第二版）[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016．

[12] WANG Handong. Water flow rate models based on the pipe resistance and pressure difference in multiple parallel chiller systems[J]., 2014，75：181-188．

Analysis and Suggestions on Abnormal Operation Strategies of a Chiller Plant

WANG Handong

（）

Based on the on-field operation data, commissioning and analysis are performed to diagnose the abnormal operation strategies of a chiller plant in which some practices were frequently carried out, such as operating one chiller with several chilled and cooling water pumps, keeping the water valves on the pipes of stopped chillers at ON status, etc.. The results show that the abnormal operation strategies are mainly caused by the abnormal hydraulic resistance of local water pipes of the chillers. Thereby, suggestions are proposed to improve operation performance of the chiller plant.

chiller plant; operation strategy; water-pipe resistance; parallel chillers

TB69

A

1672-0318（2022）03-0014-07

10.13899/j.cnki.szptxb.2022.03.002

2021-11-08

廣東省教育廳“智慧能源管控技術(shù)”團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目資助（2020KCXTD060）；深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研資助項(xiàng)目（6020210007T）部分成果．

王寒棟，男，湖南岳陽人，碩士，教授，主要研究方向：制冷空調(diào)、建筑節(jié)能、太陽能和余熱利用等．

（責(zé)任編輯：王璐）