深圳某办公建筑温湿度独立控制空调系统运行测试及效果分析

朱文杰，于　航，何　旸

（同济大学机械与能源工程学院，上海200092）

深圳某办公建筑温湿度独立控制空调系统运行测试及效果分析

朱文杰，于航，何旸

（同济大学机械与能源工程学院，上海200092）

对深圳某采用温湿度独立控制空调系统的项目进行现场运行测试。对空调系统运行效果和节能效果进行评价。提出优化措施建议。

温湿度独立控制；运行效果；节能效果；优化措施

0　引言

常规空调制冷通常采用热湿耦合的空气处理方法，即通过低温冷媒对室内空气同时进行冷却降温和冷凝除湿处理，去除室内的显热负荷和潜热负荷。这种空气处理方法存在下列缺点[1.2]：难适应室内热湿比经常变化、热湿联合处理后再热产生能量损失、低温冷源处理显热负荷造成能源品级利用浪费、空调冷表面潮湿引发卫生问题、蒸发温度低降低了冷冻机的COP值等。

目前，集中空调系统的能耗约占建筑总能耗的40%～60%。预计2020年，我国将有50%的人口居住在城市，到2050年这一比例将增至75%，中国建筑能耗将占社会总能耗的近1/3[2]。因此研究提高空调系统能源利用效率的技术和方法，对全社会节能具有重要的社会和经济意义。

近年来，国内兴起了温湿分控空调系统的研究。目前，国内已有数十个项目中采用了温湿度独立控制空调系统，并成功地投入运行。

笔者对国内某采用了温湿度独立控制空调系统的工程项目进行了现场运行测试，对运行效果和节能效果进行评价。对测试中发现的个别问题提出优化措施建议。

1　项目概况

项目位于深圳，属于典型的夏热冬暖地区，主要采用温湿度独立控制空调系统。业态主要为办公楼，共5层，整体呈现阶梯状。北部为办公和会议室，中部沿中轴线为挑空至5层的中庭，南部为前庭。建筑外观如图1所示。

图1　建筑外景图

项目总建筑面积约为22000m2，空调区域面积约为15600m2。温湿度独立控制空调系统主要服务于一层的档案室、前厅、食堂及二至四层的办公室及会议室，温湿度独立控制空调系统服务面积约为11300m2，占总空调面积的72.4%。

2　温湿度独立控制空调系统的工作流程

温湿度独立控制空调系统的系统图如图2所示。

一层冷冻机房设置1台磁悬浮变频离心式冷水机组提供17.5/20.5℃的冷冻水，通过2台卧式离心冷冻水泵输送至干式风机盘管及毛细管网辐射末端，用以处理室内的显热负荷。屋顶设置一台超低噪声方形冷却塔，通过2台卧式离心冷却水泵向冷水机组提供17.5/20.5℃的冷却水。

办公区域、职工食堂区域的显热负荷由干式风机盘管负担，且干式风机盘管是温湿度独立控制空调系统中主要的显热负荷处理设备；前庭的显热负荷由毛细管网辐射末端负担。

办公区域、职工食堂及前庭的潜热负荷及新风负荷由电驱动型热泵式溶液调湿新风机组负担。在全热回收单元中，室外新风与室内排风以LiBr溶液为媒介进行全热交换，在夏季对新风进行降温除湿，在冬季对新风加热加湿。热泵循环产生的制冷量降低溶液温度以提高除湿能力并对新风降温，冷凝器排热量用于浓缩再生溶液。

一层档案室采用热泵式溶液全空气处理机组处理室内显热、潜热负荷及新风负荷。以LiBr溶液为媒介使得室外新风与室内排风进行全热交换，处理后的新风与回风混合，由空气处理机组处理至设计送风状态点后送至档案室。热泵式溶液空气处理机组可进行除湿降温、加湿加热等全工况处理。

图2　温湿度独立空调空调系统图

3　温湿度独立控制空调系统现场运行测试

3.1测试目的

（1）温湿度独立控制空调区域主要为办公室和会议室，通过测试办公室和会议室的室内温湿度及CO2浓度，检验温湿度独立控制空调系统室内空调参数及空气品质；

（2）测试冷水机组、空调水泵及冷却塔输入电功率，计算空调水系统的EER值、冷水机组的性能系数、冷冻水和冷却水输送系数。分析温湿度独立控制空调系统的节能效果；

（3）分析测试中发现问题，提出优化措施建议。

3.2测试内容

（1）典型办公室及会议室的室内干球温度、相对湿度、露点温度、CO2浓度；

（2）冷水机组进出水温度、水流量、输入电功率；

（3）冷冻水泵的输入电功率；

（4）冷却水泵的输入电功率；

（5）冷却塔风机的输入电功率。

3.3测试仪器

（1）温度、湿度及CO2浓度测量使用手持便携式多功能温湿度测量仪。测量范围：温度-20～+60℃；相对湿度10%～95%RH；CO2浓度0～6000ppm；

（2）空调水流量测试使用手持式超声波流量计。测量精度±1%，流速范围：0～30m/s，适用管径DN50～700mm，工作温度：-30～+90℃；

（3）空调设备输入电功率测试工具使用数字式钳形表。电压范围15～600V，电流范围2～400A，测量精度±3%～8%。

3.4测试过程

（1）典型办公室及会议室的空调室内参数测试

测试时间为2012年8月22日，上午9点至下午17点，测试间隔为1个小时。

测试数据为：被测试房间内的干球温度、相对湿度、CO2浓度，计算露点温度。

选取具有代表性的位于三层的典型办公区及同层一间会议室作为空调测试对象。办公室为开敞大空间，选取局部约20m×6m的区域，共选取二对角线上梅花布置的五个测点，测试后取算术平均值。会议室面积约6m×4m的区域，共选取对角线上3等分的二个测点，测试后取算术平均值。上述测点距离地面高度约1.2m，离开墙壁距离大于1.0m[3]。

（2）冷冻水、冷却水的供回水的流量及温度测试测试时间：2012年8月23日上午9点至下午17点。测试数据：冷冻水流量测试、冷冻水供回水温度测试、冷却水流量测试、冷却水供回水温度测试；

在冷水机组冷冻水及冷却水水平供水干管确定流量测点，测量点上游有不小于10倍管径的直段，下游有不小于5倍管径的直段。

为保证测试精度减小信号衰减，采用Z法测量水流量，测量时保持两探头水平对齐，其中心线与管道轴线水平一致。共测量2组数据后取算术平均值。

温度测量采用直接读取冷水机组冷冻水、冷却水供回水管道上的温度计数据。

（3）空调设备输入电功率测试

测试时间：2012年8月23日上午9点至下午17点。

分别测试冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔风机的电动机输入电功率值。

采用平衡法测试电动机三相导线的有功功率值。

3.5测试数据结果

现场测试数据见表1～表6。

表1　开敞办公室室内空调参数

表2　会议室内空调参数

表3　冷水机组测试数据

表4　冷冻水泵测试数据

表5　冷却水泵测试数据

表6　冷却塔测试数据

3.6测试结果分析

（1）开敞办公室空调设计值：干球温度25～27℃、相对湿度＜65%。实测值：干球温度平均值25℃，相对湿度平均值53.4%；

（2）会议室空调设计值：干球温度24～26℃、相对湿度＜65%。实测值：干球温度平均值24.7℃，相对湿度平均值52.4%。

（2）开敞办公室及会议室的CO2浓度日平均值：657、652ppm，符合“CO2浓度日平均值小于1000 ppm”[5]的要求。

（3）开敞办公室的干式风机盘管未接冷凝水排水管，会议室吊顶未观察到水渍的现象。

经现场测试及观察，实测空调区域的温度、湿度在设计值允许范围内，干式风机盘管无凝结水，室内空气品质高于规范要求，较好地实现温湿分控的设计效果。

4　节能分析

4.1计算数据

（1）空调水系统EER值：

式中QC—空调供冷量，kW；

Psum—空调水系统设备总输入电功率，kW；

c—水的比热容，取4.18 kJ/（kg·K）；

GC—冷冻水流量，kg/s；

tS，tR—冷冻水供水、回水平均温度，℃；

PC—冷冻机组输入功率，kW；

PChp—冷冻水泵输入电功率，kW；

PCdp—冷却水泵输入电功率，kW；

PCt—冷却塔输入电功率，kW；

从表1～表6取相应数据，经计算后得到EER=4.85

（2）冷水机组的性能系数（COPC）：

经计算后得到COPC=8.62

（3）冷冻水输送系数（TCChw）：

经计算后得到TCChw=20.2

（4）冷却水输送系数（TCCdp）：

式中Qd—冷却水散热量，kW；

Gd—冷却水流量，kg/s；

tS′，tR′—冷却水供水，回水平均温度，℃；

经计算后得到TCCdp=42.8

4.2数据分析

（1）空调水系统实测能效比EER平均值为4.85，高于常规空调系统的水系统实测能效比（通常为3.5左右[1]）。体现了温湿度独立控制空调系统有较好的整体节能效果。

（2）从表3可知，冷水机组的制冷量在412～526 kW范围内变化，机组COPC平均值为8.62，高于机组的额定COPC值，比常规离心式冷水机组的COPC（COPC=5.5，当额定制冷量为528 kW≤额定制冷量≤526 kW时）[4]要求高约57%，节能效果良好。

（3）冷冻水输送系数TCChw平均值为20.20，低于《公共建筑节能设计标准》[4]内规定值41.5。

根据现场测试的数据分析：冷冻水平均供回水温差为2.11℃，比设计值3℃温差低了约30%，从而导致冷冻水流量较大，冷冻水泵电耗因此而增大；

（4）冷却水输送系数TCCdp平均值为42.8，符合《公共建筑节能设计标准》[4]内规定值41.5的要求。

5　优化措施的建议

5.1冷冻水系统出现小温差大流量的现象

空调冷冻水系统为一级泵定流量系统。当室内负荷变化时，系统为定流量运行，冷水机组的供回水温差随空调冷负荷的变小而变小，从而出现小温差大流量的情况。

冷水机组为变频离心式冷水机组，允许冷水机组的流量在一定范围内变化。如将空调冷冻水系统改为一次泵变频变流量系统，根据系统最不利处设置的压差传感器数据对冷冻水泵采用变频控制，并在冷水机组允许变化范围内控制流量，将改善小流量大温差的现象。

5.2冷却塔的改造

单台冷却塔风机改造为变频风机或双速风机，根据冷却塔出水温度连锁调节冷却塔风机的转速。既能保证冷却水出水温度又能节省风机能耗。

5.3增设冷源设备群控系统

提高系统智能化控制程度，根据空调负荷的变化，依据控制策略及时调整冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔的运行状态，进一步提高整个空调系统的效率。

5.4加强运行管理

现场做冷水机组参数测试时，发现冷冻水供回水管道有几处保温层破损裸露，局部冷凝水积水严重，造成保温材料失去保温效果，造成系统额外冷量损失。建议加强系统的日常维护和保养。

现场观察到冷却塔风机噪声较大，个别区域的填料因老化而塌陷，有积垢积污。建议定时对冷却塔PVC填料进行检查和清洗更换，定时检查风机皮带的张紧度。

6　结语

从项目的实际运行情况分析，温湿度独立控制空调系统较好地避免热湿耦合空气处理方式的弊端，在夏热冬暖地区运行情况良好，取得较好的节能效果。如果能在实际工程中，进一步加强对系统的运行管理，采用各类节能措施，优化温湿度独立控制空调设备的质量并降低设备价格，温湿度独立控制空调系统将会在国内得到更好地推广和应用。

[1]陆耀庆.使用供热空调设计手册（下册）[M].2版.北京：中国建筑工业出版社.

[2]江亿，刘晓华，张涛.温湿度独立控制空调系统[M].2版.北京：中国建筑工业出版社.

[3]GB/T 18204.12-2000.公共场所空气温度测定方法[S].

[4]GB50189-2005.公共建筑节能设计标准[S].

[5]GB/T 18883-2004.室内空气质量标准[S].

Operation Test and Effect Analysis for a Office Building with Temperature and Humidity Independent Control Air-conditioning System in Shenzhen

ZHU Wen-jie，YU Hang，HE Yang

（College of mechanical and energy engineering，Tongji University，Shanghai 200092）

operation tests in the Project cite of the temperature-humidity independent control air conditioning system in Shenzhen.Evaluation of the operation effect and energy saving effect.Proposed optimization measures.

temperature-humidity independent control；operation effect；energy saving effect；optimization measure

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.05.015

TU83

B

2095-3429（2015）05-0065-05

朱文杰（1974-），男，上海人，工程师，硕士研究生，从事暖通空调技术管理工作。

2015-10-12

2015-10-23