某展覽項目空調水系統現狀分析及解決措施

鄭麗娟 ZHENG Li-juan

（泉州市市政園林古建筑設計院有限公司，泉州 362000）

0 引言

現代展覽項目，空調水系統是不可或缺的重要組成部分，也是暖通空調工程建設中的一個關鍵環節。優質的空調水系統有助于提高空調系統的運行效率，全面提高工程性能，尤其是在節能方面，效果顯著，大大降低了建筑能耗，優化了各種空調設備的運行方式，有效延長了設備的使用壽命。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，主要包括空調耗電量占比高、噪聲遠超規范要求，在高溫夏季，該展覽項目頂層即四層室內環境溫度偏高，空調降溫速度較慢，而該展覽項目一層恰好相反，室內環境溫度偏低，空調降溫速度很快。因此，本文重點解決降低能耗、降噪、高低空間上熱下冷問題，并對現有水系統進行深入分析和改進設計，以提高空調系統的使用效率。

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備用房，地上為商鋪、步行街和主力店等。集中式中央空調系統主要服務于地上四層的商鋪、步行街和主力店等區域，涉及的空調面積約為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。空調水系統采用高位膨脹水箱定壓，系統工作壓力為0.8MPa。冷卻塔位于商業街屋面。制冷主機與冷凍水、冷卻水循環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℃。冷凍水循環泵和冷卻水循環泵的流量按主機額定流量選取，不預留富裕流量。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水量，根據當地室外計算濕球溫度提高1度（不低于26℃）進行計算。

具體方面包括：

①冷水系統采用6℃大溫差（6℃/12℃）。

②冷卻水采用常規5℃溫差系統（32℃/37℃），冷卻塔風機采用變頻運行。

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

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

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

2 空調系統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，空調系統恰好運行了一個完整制冷季，室內溫度、濕度基本達到設計要求。空調系統基本運行正常，但是也出現以下幾個問題：

2.1 該展覽項目的空調耗電量占比高，節能改造迫在眉睫

根據物業管理單位提供的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，可發現存在如下問題：

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 該展覽項目的空調耗電量柱狀圖（2021年9月至2022年9月）

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

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

綜上所述，中央空調系統的運行能耗占整個建筑耗電量的74%之高，中央空調系統的節能運行迫在眉睫。

2.2 空調風系統

該展覽項目空調末端風系統的噪音很大，遠超相關規范要求的噪聲值上限。

2.3 現場運營反饋

在高溫夏季，該展覽項目頂層即四層室內環境溫度偏高，空調溫降較慢，而該展覽項目一層恰好相反，室內環境溫度偏低，空調溫降很快。

3 空調系統運行問題分析

為徹底解決上述問題，在建設單位的組織下，各參建單位通過對該展覽項目空調運行現狀和存在問題進行系統全方位實地查看，并向現場從事空調系統運維管理人員等人詳細問詢、了解該展覽項目的空調系統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、屋面新風機房、四層主力店空調機房、四層走廊吊式空調風柜等空調系統核心部位的設備運行情況進行詳細查勘，分析了空調系統出現上述問題的原因。

經現場查勘發現，項目實際使用的空調設備參數與設計參數明顯不符，具體如下：

3.1 冷卻水泵與冷凍水泵的流量、揚程以及功率現象

現場冷卻水泵的型號規格為：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）；而設計的冷卻水泵的設計參數卻為：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）；現場的冷凍水泵的型號規格為：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）；而設計的冷凍水泵的設計參數卻為：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）；從上述數據可以看出，冷卻水泵與冷凍水泵的流量、揚程以及功率與設計工況相差較大。

原因分析：從設備參數比較明顯能得出這樣的結果：

①冷卻水泵設備流量減少率△η離心機用=1-315/393=19.8%

△η螺桿機用=1-139/164=15.2%

②冷卻水泵設備揚程減少率△η離心機用=1-28/30=6.7%

③冷凍水泵設備流量減少率△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象

空調冷凍水系統和冷卻水系統實際需要揚程遠比設計揚程低，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得出結論：冷卻水系統、冷凍水系統、以及集、分水器壓力表差值均為10m，也可以得出如下結論：冷凍水泵20m揚程符合實際運行需求，上述水泵能耗數據分析是可靠的（見表2）。

表2 機組進、出口壓力及集、分水器壓力分析表

3.4 冷卻塔設備參數與螺桿機顯示屏參數現象

冷卻塔設備參數與設計參數一致，但設備廠家設定的運行管理策略存在明顯弊端。現場查勘發現，冷卻塔設備參數（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（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，發現冷卻水系統存在如下幾個問題：

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機并未開啟。

經現場管理人員反饋，存在上述問題的主要原因應該是：冷卻塔的廠家在安裝時設定了如下運行管理策略：“即當冷卻水系統運行溫差≤2℃時，冷卻塔風機停止運行”。

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“任務溫差”的差異以及其內在的邏輯關系，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冷水機組因散熱不良而導致制冷出力降效，并顯著增加冷水機組中壓縮機的無效能耗。

3.5 空調末端風系統噪音現象

經現場查勘，屋面新風機組（風量：15000m3/h，制冷量：187kW，機外余壓：400Pa，功率：5.5kW），除機組余壓（400Pa）較設計風壓（500Pa）偏小之外，其他參數基本符合設計要求。

經比對，設計圖紙與現場實際情況，空調風管管路布置均整體較簡潔、風管管路長度基本控制在40m左右。因此，可以初步得出空調末端風系統噪音較大的主要原因有如下幾點：

①本項目全空氣系統中各組合式風柜的設計風壓基本為400Pa～450Pa的風壓，風壓設計冗余過大。例如，從步行街280Pa風壓吊柜回風口能快速負壓吸入頭發情況也可以明顯得出結論。

②風口有效截面明顯偏小。例如，四層新風機房防雨百葉新風口安裝規格為1000X400，理論風速=10.42m/s，遠超規范要求的限值。

3.6 現場運營反饋，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夏季上熱下冷的根本原因。

4 空調系統運行解決思路

結合現場情況，參建各方確定了具體解決措施（見表3）。

表3 空調系統運行問題解決思路

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

5 建議

①設計階段：制冷機房作為整個空調系統的核心部位，也是整個空調系統的節能重點部位。為了提高制冷機房的節能效果，可以采用適應項目需求的高效節能泵組，并引入高效機房理念，從設備、智能控制方面以及運行邏輯方面來實現節能運行。另外，在設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，確保空調末端設備和風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域如中庭，要合理考慮氣流組織，以達到舒適狀態。

②施工階段：施工單位應按照設計圖紙以及相關施工規范的要求，嚴格進行施工，加強技術管理，規范施工工藝，并進行施工安裝過程的控制，以保證工程的質量和安全。監理單位則應按照規范進行監督和驗收，確保施工質量。

③運維階段：運維單位應遵循相關規范，制定空調通風系統的運維管理策略，提高運維人員的管理水平，最大限度地開發設備的潛能，實現節能發展的目標，在滿足舒適度的條件下運行空調系統。