空調系統檢測案例分析某潔凈廠房夏季濕度不達標原因及解決方案

蔡怡樺

目前，暖通空調工程檢測主要應用于公共建筑的節能工程驗收。根據《公共建筑節能驗收標準》GB 50411-2019中的規定，每當公共建筑工程驗收前，需要對項目所使用的空調機組的系統風量、各風口的風量、機組的水流量、室內平均溫度等參數進行抽查檢測，以保證空調系統投入運行時，既保證節能環保又保證空調環境讓人體感覺舒適。這當然是暖通空調工程檢測非常重要的使用領域，不過筆者認為，暖通空調工程檢測更應該應用于對一些使用狀況不佳的空調系統的原因分析，并為空調系統的改造或改進提供依據。

一、項目概況

本工程為某項目潔凈廠房工程，建設地點位于上海市浦東新區臨港地區，總建筑面積23069m2。廠房內主要工藝房間溫度要求為20℃±5℃，濕度要求為45%±15%，潔凈度等級為8～9級。

項目空調冷負荷為3580kW，熱負荷為2100kW。項目冷熱源選用4臺名義制冷量為913.7kW，名義制熱量為566.4kW的風冷螺桿熱泵機組，主機設置于屋面。空調水系統為兩管制系統，采用一級泵差壓旁通形式運行，冷、熱水泵分別設置。冷、熱水泵均為4用1備，與熱泵機組采用連管的形式連接，流量與熱泵機組一一對應。

潔凈空調風系統主要采用組合式空調機組+高效凈化機的形式。組合式空調機組安裝在空調機房內，主要滿足室內和新風的冷熱濕負荷，風系統主要采用一次回風+再熱的系統形式和二次回風系統，機組除濕主要采用表冷除濕；高效凈化機安裝在側面夾墻內主要滿足房間凈化所要求的換氣次數。其他空調區域風系統主要采用風機盤管（或吊頂式空氣處理機組）+新風的形式。

該項目空調系統于2018年安裝完畢，工藝設備尚未完全進場。2018年冬季進行了冬季工況的試運行，空調系統運行效果較為理想。但是該空調系統于2019年6月進行夏季工況試運行時，發現現場主要凈化間均處于低溫高濕狀況，房間內潔凈度滿足要求，溫度在18～20℃，相對濕度在62～74%，不能滿足工藝要求。

設計院、施工單位、設備廠家等多方進行現場勘察后，發現冷凍水出水總管上溫度計顯示水溫為9℃左右，而熱泵機組顯示出水溫度為6.5～7.0℃。設計單位認為風冷熱泵廠家冷水出水溫度無法達到7℃是造成室內濕度無法下降的主要原因，同時由于工藝設備未進場，缺少對末端空氣的“再熱”也是形成“低溫高濕”的主要原因。而設備廠家認為，自己設備的出水溫度是符合要求的。因此，總包單位委托我單位對整套空調系統進行檢測評估，找出問題原因，并提出改造建議。

二、圖紙審查及現場勘察

在進行檢測前，對整套空調水系統進行了圖紙審查以及現場勘察，同時與熱泵機組廠家、空調機組（包括自控）廠家技術人員溝通后，發現有以下幾個關鍵點：

（1）現場潔凈室處于空態，冷負荷較小，所以運行時僅開啟2套熱泵機組。

（2）1臺熱泵機組實際上為2臺機組拼接（成為一套熱泵機組），并且2臺機組獨立運行和加/卸載。

（3）圖紙上，熱泵機組進出口均設置電動閥，且自控說明中注明了連鎖聯動，而現場實際未安裝電動閥門。整套制冷系統未設置群控系統。

（4）熱泵機組根據回水溫度控制啟停和加/卸載，無法控制出水溫度恒定。

由以上幾點可以初步解釋設計院和熱泵機組廠家對于冷機出水溫度的分歧。空調冷源系統圖見圖1。

圖1 空調冷源系統圖

由圖1可以看出，當末端負荷較小時，回水溫度較低，部分機組會自動停止工作，但是由于水泵不會連鎖停止并且水路依然是流通的，部分冷凍回水未經過制冷就會直接和運行機組出口的低溫冷凍水混合形成“混水”。舉例來說，系統負荷較低，回水溫度為10℃，系統僅開啟了3#、4#機組。這時，3#、4#機組出水溫度為7℃，而1#、2#機組由于水路依然連通，10℃的回水經過機組未經冷卻，依然為10℃出水，經混合后，出水溫度可能為8.5℃甚至更高。

三、方案制定

委托方要求對系統進行全面排查，找出所有影響夏季空調除濕效果的問題；同時工期較為緊張，客戶要求一周內能得到檢測分析的結果。通常，筆者認為影響空調系統運行效果的原因，主要從四大方面去分析：冷源、輸配、末端、自控。

對于本項目，一方面由于該冷源系統未安裝群控系統，另一方面自控系統的檢測也相對復雜，因此在客戶提供檢測周期較短的情況下，檢測工作方針為“以冷源和末端為主，兼顧輸配系統”；至于自控方面，主要以和自控廠家溝通控制邏輯進行了解，并結合空調風、水系統的檢測結果進行綜合分析。

（1）冷源：由于項目起初的主要矛盾點就在于熱泵機組的出水溫度，因此首先需要對熱泵機組出水溫度進行檢測。同時，對冷凍水的干管總流量和熱泵機組的運行功率（包括COP）進行檢測。這里必須要注意的是，由于上述提到的“混水”會影響整個系統的出水溫度，要確定機組是否真正達到要求，就必須消除“混水”造成的影響。因此測試時，要求施工方配合，對熱泵機組進行逐臺檢測。同時，關閉不開啟的熱泵機組所對應的水泵和熱泵機組進出口的蝶閥。同時，末端也僅開啟必要的機組，使末端的負荷比配一臺熱泵機組的冷量。

（2）末端：末端主要檢測對象是組合式空氣處理機組。組合式空氣處理機組的性能主要就是空氣動力性能和換熱性能，因此本次檢測的主要參數是空調機組的風量（包括送風量、新風量、回風量）、機外余壓、供冷量、除濕量、再熱量。其中，空調機組風量和機外余壓為直接測量獲得；供冷量、除濕量和再熱量，均通過空調各功能段內空氣的焓差計算求得。典型的空調機組內溫濕度測點布置見圖2。委托方指定了8臺機組進行以上參數的檢測。檢測空調機組的同時，也對8臺空調機組所服務的房間的溫度濕度進行檢測。

圖2 空調機組溫濕度測點布置圖

（3）輸配：輸配系統主要檢測空調水流量到末端后是否分配均勻，同時也檢測空調水流到末端后水溫是否達到要求。

四、檢測結論及建議

1.空調冷源

關于空調冷源的檢測結論及建議如下：

（1）結論：當沒有“混水”的不利因素時，熱泵機組出水溫度可達到7℃甚至更低，但是出水溫度不恒定，在6.5～8.0℃范圍內波動。

（2）建議：由于工藝空調對于空調供水水溫要求較為嚴格，原則上不應有太大波動，可更換熱泵機組，使其出水溫度恒定。同時，群控系統對于多臺冷機組成的制冷系統至關重要，必須增設群控系統。

2.空調機組

關于空調機組的檢測結論及建議如下：

（1）結論：被檢測的8臺空調機組中，除K1-19外，風量基本滿足設計要求；由于室內負荷較低，供冷量和除濕量均小于設計值，但機組表冷后干球溫度基本在11.6～12.8℃內，絕對濕度在7.45～8.14g/kg干空氣范圍內，這幾乎是供回水為7/12℃的空調機組冷凍除濕后空氣的極限數值了，若室內取23℃，55%，室內絕對濕度大約為9.63g/kg干空氣，據了解正常工況下室內濕負荷不高，因此認為送風濕度是符合要求的，空調機組換熱性能也是正常的。

（2）檢測K1-19機組后發現，該機組送風量遠遠小于回風與新風量的和，且送風靜壓遠高于設計值，同時該空調所服務的房間負壓較高。初步判定為該空調機組送風段有堵塞或閥門異常關閉。對此建議為，對K1-19機組送風機和送風管段進行排查。

3.房間溫濕度

關于房間溫濕度的檢測結論及建議如下：

（1）結論：被檢測的8個潔凈室中，室內溫度17.5～19.3℃，相對濕度65.8～75.3%，查焓濕圖可以發現，絕對濕度為8.73～10.26g/kg干空氣。部分房間絕對濕度達到要求，可以通過提高再熱量使室內溫濕度達標，部分房間絕對濕度依然偏大。

（2）拓展結論：綜合分析空調機組送風溫濕度和房間室內溫濕度后發現，有部分房間送風的絕對濕度要低于房間的室內絕對濕度。例如K1-13，服務于某實驗大廳，將送風點O和室內點N在焓濕圖上畫出，見圖3。

圖3 K1-13送風與室內溫濕度實測圖（h-d）

從圖3中可以看出，該房間的實際熱濕比線傾斜，即該房間內有散濕源。然而，檢測時室內不應有人或設備形成的大量濕負荷，因此造成這個結果的原因可能還需進一步判斷。根據現場了解及判斷，可能造成的原因有：①吊頂上方風管保溫不嚴導致結露，冷凝水透過吊頂滲入室內；②測試時，房間未控制正壓，走廊內熱濕空氣滲入室內。

4.輸配系統

關于輸配系統的檢測結論及建議如下：

（1）結論：當僅開啟一套冷源系統（一臺熱泵機組+一臺水泵）和對應的末端（9臺潔凈空調機組，負荷與主機對應）時，空調末端水流量均低于設計值較多。同時，抽測了數臺未開啟的空調箱，和未開啟末端的支干管，發現依然有較高的水流量。末端設備供水溫度基本在6.5～8.2℃。

（2）根據以上可以判定，空調水管保溫質量良好，空調水熱損失較小。但是空調存在電動水閥未關閉或關閉不嚴的情況，導致空調冷凍水流入未運行的設備后又流回到主機，造成浪費以及運行的空調水流量不夠。因此建議為，核查水路閥門，并進行水系統平衡調整。

五、總結

綜上所述，當空調系統可能存在多種問題并存時，應該采用“控制變量”的思維模式，消除其他可能影響檢測對象結果的因素。例如，在這個項目中，當主機缺少群控而產生“混水”，影響出水溫度時，通過手動調節的辦法，是主機單臺運行，測定其供水溫度；當空調機組由于輸配的原因，導致水流量不夠時，通過手動調節的方式，使水流量達到設計值的80～120%，再分析空調機組的換熱性能。