广州某商场中央空调系统运行情况分析与建议

郭林文，郭勇，屈永强

（广东省建筑设计研究院有限公司，广州 510010）

根据资料显示，在2014年，既有公共建筑面积占全国民用建筑总面积的比例约为13%～15%［2］。由于公共建筑使用用途的特殊性，其单位面积的用能水平远高于居住建筑，全国所有公共建筑能源的消耗约占民用建筑总能耗的25%以上［4］。90年初，随着国家经济的发展，一大批酒店、商场建筑开始采用中央空调系统，经过多年的运行，这些既有建筑的空调设备逐渐老化，空调系统效率低下的问题。本文结合对广州市某商场空调系统的检测评估及改造方案分析，提出了针对本商场的空调系统改造建议，希望能给其他既有建筑空调系统改造提供一些参考。

1 空调系统概况

本次检测的商场位于广州市中心区，是一栋综合商业大厦，于1996年投入使用，到2019年测试时，已投入使用23年。大楼地下二层，主要为车库和设备用房，地下一层为商场，首层～四层是商场及银行，五～十一层为写字楼，总建筑面积46300m2，其中空调面积36940m2，大厦全年几乎每天都需要开启制冷主机供冷。

制冷机房位于地下二层，制冷机房内有3台离心式制冷主机，4台冷冻水泵（3用1备）、4台冷却水泵（3用1备）。冷却塔布置在7楼屋顶，采用3台超低噪声冷却塔。空调系统主要制冷设备详见表1。

表1 空调系统主要制冷设备表

地下一层至四层商场均采用全空气系统，空调器布置在各层的空调机房内；五层至十一层为写字楼，基本采用吊顶式空调器+新风系统，部分楼层局部改造成风机盘管+新风系统，新风机组位于各层的空调机房内。

2 空调系统运行情况检测

本次现场检测时间为2019年01月04日、07日、08日、09日，共四天，属于广州相对较冷的冬季。

2.1 制冷主机

检测时，分别逐一开启3台制冷主机（关闭另外2台主机进水管阀门），检测冷冻水流量、进出水温度、运行功率等参数，主要检测结果见表2。

表2 制冷主机检测结果

2.2 空调水泵

空调水泵主要检测了单台水泵运行时水流量、进出口压力值、运行功率等参数，检测时3台制冷主机进出口水阀均保持开启状态，便于提高水泵流量，检测结果见表3和表4。

表3 冷冻水泵检测结果

表4 冷却水泵检测结果

2.3冷却塔

目前大楼配备了3台冷却塔，原设计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失灵，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3台冷却塔填料损毁严重，导致夏季空调季节主机只开启2台时，冷却塔需要3台全开才能使冷却水进水温度达到32°以下。

2.4 空调器

2.4.1 空调器水量检测

根据运行记录，商场夏季最热时仅开启2台主机，因此，为了冬季的测试能真实反应夏季运行时实际水流量状况，测试日开启了2台主机的阀门，并将空调末端电动水阀都打开进行测试，各空调末端冷冻水流量检测结果见表5。

表5 空调器冷冻水流量检测结果

2.4.2 空调器风量检测

负一层、三层、五层、十一层空调器主要检测结果分析详见表6。

表6 空调器实测风量检测结果

3 空调系统运行情况分析及改造建议

3.1 制冷主机

由主机检测结果可以看出：

（1）3台主机的实测制冷量远小于额定制冷量，最低制冷量仅为额定制冷量的61.6%。其中3号主机在检测前一年刚经过大修，实测冷量和COP相对其他2台主机略高。

（2）在冷却水温远低于名义工况水温的情况下，主机的实测COP仅为2.8～3.7之间，约为额定COP（5.45）的54%，更远低于现行国家标准《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015中最小限值5.70的要求。

（3）3台主机的蒸发器进出口压差在21.6mH2O～22.3mH2O之间，冷凝器进出口压差在8.0mH2O～14.9mH2O之间。查询原主机品牌样本，制冷量为450RT的制冷主机蒸发器、冷凝器设计流量时进出口压差约为7.1mH2O，而本次检测的3台主机进出口压差实测值均远超额定值，水流量又未达设计流量。推测应是这3台主机已经使用将近23年，蒸发器和冷凝器内可能存在严重的水垢、杂物等堵塞情况。

根据测试结果，大楼制冷主机目前最大供冷量约为2671KW（由于变压器容量限制，最多只能开启2台主机），而用软件计算大楼所需高峰负荷约为4023KW，主机提供的冷量只有计算所需冷量的七成不到，无法满足该建筑对空调负荷的需求，物管人员反馈夏季高峰负荷时，局部区域存在温度过高的情况，也佐证了这一点。

目前3台离心式机组均为1996年生产投入使用的，已经运行接近23年，主机效率下降较多，换热器阻力变大，鉴于目前本大楼变压器无法满足3台制冷主机同时工作，因此，建议将制冷效率较低的1、2号制冷主机更换为单台制冷量为500RT（1758KW）的离心式制冷主机，保留3号主机做备用。基本可以解决空调高峰期冷量不足的问题，能大大提高夏季炎热时期室内的舒适度。

根据商场物业管理部门提供的2018年空调能耗记录表和主机实测COP值可以计算更换主机后每年节省的运行费用（见表7）。

表7 制冷主机更换后节约运行费用表

更换2台离心制冷主机的初投资约为140万元，投资回收期约为：N=140/45.7=3.0年，投资效益较好。

3.2 空调水泵

由水泵检测表可知：（1）3台冷冻水泵和3台冷却水泵的实测流量、扬程远小于额定值，实测效率极低，冷冻水泵仅为41%～45%左右，冷却水泵仅为48%～55%左右。根据国家标准《离心泵效率标准》GBT13007-2011中的要求，对应流量在300～400m3/h的离心水泵效率不应低于73%。

空调水泵运行时间也接近23年，不仅效率低，其中有2台水泵还存在无法正常运行的问题，因此，建议更换所有的水泵，考虑更换制冷主机后蒸发器阻力变小，4台冷冻水泵统一更换为流量为330m3/h、扬程为30mH2O的高效变频水泵；4台冷却水泵更换为流量为410m3/h、扬程为28mH2O的高效变频水泵。

3.3 空调器

由表5可知：抽检的空调器实测流量远小于额定流量值。其中编号为KT-2、KT-3、KT-13、KT-14、KT-20空调器实测流量仅为额定流量值的20.2%～35.5%。根据一般项目的实际工程经验，夏季高峰负荷时，冷冻水流量应达到额定冷量所需流量的50%～80%左右，才能保证室内的温湿度达到设计值，实测的8台空调器中只有2台基本满足此条件。分析冷冻水流量不足的原因主要有如下三点：（1）本项目三台制冷主机只能同时开启两台，对应只能开启2台冷冻水泵，冷冻水总流量没有达到设计值；（2）本项目水系统存在较大的不平衡，导致部分管路长、水阻大的空调器流量不足；（3）由于本项目制冷主机、水泵已运行23年，制冷主机、冷冻水管存在堵塞现象，导致水阻过大。

由表6可知：（1）只有编号为KT-1、KT-19这2台空调器风量达到了额定风量，KT-2、KT-12实测风量仅为额定风量的70%左右，分析原因主要有两点：一是空调器机外余压小于实际管路阻力值，二是部分空调器运行时间较长时间后有皮带松动、电机效率下降等问题。（2）部分空调器回水管上电动比例积分阀常开，关机时，阀门未连锁关闭，自控系统未正常运作，容易导致部分负荷时出现“大流量、小温差”现象。

3.4 其他改造建议

（1）建议对冷冻水管路进行全面的加压清洗，所有Y型过滤器都拆开清洗，并根据空调器实测流量对管路进行水力平衡的调试。

（2）建议对冷却塔填料进行更换，提高冷却塔的冷却效率，冷却水进出水干管上增设电动水阀。

（3）建议对所有空调器水管上的电动水阀进行检查，如有损坏，建议更换。

4 结论

（1）根据测试结果，表明大楼制冷主机运行效率低、水阻大，建议将大楼的1、2号制冷主机更换为单台制冷量为500RT的离心式制冷机组，计算投资回收期约为3.0年，具有良好的投资收益率。

（2）3台冷冻水泵的实测效率在41.6%～45.1%之间；3台冷却水泵的实测效率在48.6～55.5%之间，效率较低；建议将空调水泵统一更换为高效变频水泵。

（3）在模拟夏季开启2台冷冻水泵的高峰负荷情况下，大部分空调器实测冷冻水流量未达设计流量。建议对冷冻水管路进行全面的清洗，所有Y型过滤器都拆开清洗，并根据空调器实测流量对管路进行水力平衡的调试。

（4）抽检的8台空调器中，只有3台空调器风量达到了额定风量，其余空调器实测风量只有额定风量的65%～85%左右。部分空调器的电动二通水阀保持常开，空调器关机时，电动二通阀未连锁关闭，容易导致“小流量、大温差”现象。建议对部分风量偏离较大的空调器进行检查，更换松动的皮带。

综合来看，90年代大规模建设的一大批采用中央空调的建筑，目前运行时间超过20年，空调系统普遍都存在设备老化、自控失灵、运行效率较低的问题，都面临着空调系统升级改造的问题。对于这些建筑，建议首先对空调系统进行检测评估，分析空调系统存在的问题，然后再提出合理的改造建议，不仅可以大大提高既有建筑的空调系统运行效率，节约运行能耗，而且也可以提高建筑室内人员的舒适度。