广州某办公楼空调系统现状检测及节能改造建议

2013-09-13郭林文

制冷 2013年2期

郭林文

(广东省建筑设计研究院，广州510010)

1 概况

广州市某办公楼位于广州天河区体育东路，紧邻天河商圈，是一栋以办公为主的综合商业大楼，大楼地下两层，主要为车库和设备用房;1～7楼裙楼部分主要是餐饮、商业用房;塔楼分成东西两栋，主要作办公会议用，东塔楼36层，西塔楼26层，大楼总建筑面积约8.3万平方米。

为了解大楼空调系统运行现状，提高大楼空调系统的运行能效，大楼业主委托我院与某机电安装公司组成联合体 (下面简称联合检测组)对大楼空调系统进行了评估。联合检测组经过对大楼空调系统的检测和现场勘查，找出了大厦空调系统存在的一些问题，并提出了一些切实可行的改造方案。

2 大楼空调系统现状及存在问题分析

2.1 制冷主机

大楼目前共有4台同型号的水冷离心式冷水机组，联合检测组和主机厂家一起对其中的3#主机的能效进行了测试，主机额定参数及3#主机部分测试数据详见表1。

根据表1中数据，我们可计算3#机组在测试日的实际制冷量。制冷量的计算公式如下:

式中:

Q—制冷机产生的冷量，kW;

c—冷水比热容，4.19kJ/(kg·℃);

m—冷水流量，kg/s;

tin—制冷机冷水进口温度，℃;

tout—制冷机冷水出口温度，℃

由此可得3#机组的实际制冷量:

Q=4.19×524.9×1000× (14.2－10.6)/3600=2199.3kW

冷水机组的电耗可根据下式计算得到:

表1 大楼主机额定参数及测试主机数据表

式中:

P—制冷机的电耗，W;

U—交流电压，由配电柜上电压表测得，V;

I—交流电流，由配电柜上电流表测得，A;

cosφ—功率因数，由功率因数表测得

由此可得3#机组的实际电耗:

P=1.732×380×785×0.87=449503W=449.5kW

主机实测能效比:

COP实测=Q/P=2199.3/449.5=4.89

如果以此计算出的能效比与额定能效比来比较，则可得:

主机实测能效比/主机额定能效比

COP实测=4.89/5.21=93.8%

即主机能效仅有6.2%的降低，但从表1中我们看到，额定能效比是指主机在额定工况下的效率，主机额定工况是冷却水回水温度为32℃，冷冻水供水温度为7℃，但实际测试时，主机冷却水回水温度为30.5℃，冷冻水供水温度为10.6℃。根据主机特性的经验数据:冷却水进水温度每升高1℃，制冷机效率下降2% ～3%(计算取2.5%)，冷冻水温度每升高1℃，制冷机效率提高1% ～2%(计算取1.5%)，我们可以推算实际测试时，如果冷却水回水温度为32℃，冷冻水供水温度为7℃的工况下，主机的能效比约为:

COP修正=4.89× ［1－0.025× (32－30.5)］× ［1－0.015× (10.6－7)]=4.45

这样都在额定工况下来比较主机实测能效比和额定能效比:

COP修正/COP额定=4.45/5.21=85%。

表明目前主机能效比约为额定值的85%左右，运行了十几年之后主机制冷效率下降了15%左右。

在夏季最热时期，开启4台主机中的2台即可满足大楼的供冷需求，主机冷量配置超过建筑所需一倍。且在过渡季节、周末和晚上只有少部分区域需要空调的低负荷时段，由于没有相应匹配的小制冷机，只能开启一台制冷机，通过频繁启停来满足使用要求，这样影响制冷主机的使用寿命，增大了空调系统的运行能耗。

检测发现，主机停机后，冷冻水回水温度上升很快，在2012年9月1日记录的数据显示，11∶15主机停机，12∶10主机重新开启，10分钟后，冷冻水供、回水温度为16.5/18.4℃，冷冻水供、回水温度过高，室内末端除湿降温能力下降，引起室内温度、湿度偏高，从而影响室内人员的舒适度。

2.2 空调水泵

目前大楼共配备了6台冷冻水泵、6台冷却水泵，其额定参数如表2。

表2 大楼空调水泵额定参数

由于4台主机制冷量均为2461kW，因此实际运行时，5～6#备用泵只有在晚上或其他低负荷时段关闭制冷主机后，才能开启输送余冷。制冷量为2461kW的制冷主机冷冻水额定流量为425m3/h，冷却水额定流量为533m3/h，考虑到水泵是4台并联，对应配备的冷冻水泵的理想流量应为L冷冻泵=425×1.05(考虑并联时的流量附加系数)=446m3/h，冷却水泵的理想流量L冷却泵=533×1.05(考虑并联时的流量附加系数)=560m3/h。实际配备的冷冻水泵流量比设计理想值偏大了 (500－446)/446=12%;冷却水泵流量比设计理想值偏大了 (600－560)/446=7%。

另外，大楼2012年7月份的空调系统运行日志显示整个7月份冷冻水泵前后最大压力差是330kPa，冷却水泵前后最大压力差是320kPa，表明按目前最多开启2台主机运行的状况，冷冻水泵和冷却水泵额定扬程400kPa明显偏大。

在水泵的流量和扬程都偏大的情况下，空调系统运行时，经过主机的水流量大大超过额定流量，出现“大流量、小温差”的情况，大楼空调系统运行日志显示在开启2台制冷主机的情况下，冷冻水供回水温差≤3.6℃。

2.3 冷却塔

目前大楼配备了4台冷却塔，具体参数不详，原来设计时，冷却水系统采用了全变频的运行控制方式，即冷却水泵、冷却塔均通过变频及台数控制，同时充分利用冷却塔的自然冷却功能达到最节能的运行方式。但目前冷却塔变频功能无法实现，冷却塔供水管路上又没有安装与主机联锁启停的电动阀，且4台冷却塔填料损毁严重，导致主机只开启2台时，冷却塔需要4台全开才能使冷却水进水温度达到32℃以下，主机只开启1台时，需要开启2台以上冷却塔才能使冷却水进水温度达到32℃以下。

2.4 空调BA系统

目前大楼BA控制系统基本处于失灵瘫痪状态，原设计时空调系统要求的变频运行、控制功能均不能实现，如:部分楼层空调设备改造后没有接入大厦BA系统;冷却塔、空调器、平时用风机等设备均无法在控制室内进行启停控制，只能改为就地手动控制方式，有2台冷却塔运行状态甚至都不能在监控屏幕上显示;机房群控系统无法对制冷系统进行自动开机、卸载、停机控制，水泵、冷却塔无法实现变频控制，只能人工启停机组;部分空调器冷冻水管路上的比例积分阀已损坏，无法做到根据室内温度调节阀门的开度;甚至BA系统主机也经常死机。

2.5 空调末端

由于大楼目前配置的风柜、风机盘管数量众多，且各区域租户仍在办公，无法对空调风柜、风机盘管进行勘查、检测。暂时无法完全了解空调末端设备是否全部运行良好。

但是，通过查看大楼2011年和2012年前期的空调运行日志，发现在12月～次年3月的过渡季节，部分时段大楼仍需要开启制冷主机供冷，不能充分利用室外新风自然冷却。经过询问工程人员及现场勘查，了解到过渡季节有供冷需求的区域主要是因为新风百叶风口过小，还有部分区域因吊装的新风机组噪音太大，平时就关闭不开启，也使得空调区域无法充分利用室外新风冷却，增大了空调系统运行能耗，降低了室内人员的舒适度。

2.6 空调水管系统

根据大楼物业管理部门委托专业检测单位对大楼空调冷却水管腐蚀检测报告显示:检测的冷却水管路中，管壁最薄处只有3mm，最厚处8.6mm，11个检测点中有5个点有渗漏现象，而根据一般无缝钢管的规格，管径为DN500的钢管标准壁厚应为9～10mm。因此这三段冷却水管存在明显管壁过薄问题，由此导致冷却水管多处渗漏。表明冷却水管路目前腐蚀严重，而且由于冷却水系统每年仍需要加药清洗，管路会继续腐蚀，如果不采取有效措施防止管路状况继续恶化，很有可能会引起冷却水管路从小渗漏演变成大渗漏甚至有爆管的危险，这是大楼空调系统运行的一个较大的隐患。

3 改造建议

根据大楼空调系统现状，建议采取以下一些措施来优化大楼空调系统的运行，提高室内人员的舒适度，节约空调系统的的运行能耗。

3.1 增加1台制冷量为1231kW的水冷螺杆式冷水机组供低负荷时段用

考虑到大楼整个过渡季节的低负荷处于不断变化中，目前已有的备用冷冻水泵额定流量适合配备制冷量为1231kW的制冷主机(根据计算，制冷量为1231kW的主机额定冷冻水量为211m3/h，额定冷却水量为264m3/h。原来备用的5～6#冷冻水泵和5～6#冷却水泵基本可以满足要求)，而且1231kW的制冷量刚好是已有主机单台冷量的一半，适合与原有主机大小搭配使用。因此，建议新增1台制冷量为1231kW的制冷主机供低负荷时段供冷用。

新增制冷主机后，不需额外新增冷却塔，仍然沿用旧的冷却塔即可，开启制冷量为1231kW的制冷主机时，开启1台现有的冷却塔即可。同时也无需新增空调水泵，仅需要把新增的制冷机冷冻水管和冷却水管分别接入冷冻水总管和冷却水总管即可。新增制冷主机安装位置及管道接驳详图1。