某生物医药阴凉库空调系统检测及诊断分析

2022-08-01甘灵丽吴银萍

制冷与空调 2022年3期

甘灵丽王曦吴银萍

（四川省建筑设计研究院有限公司成都 610000）

0 引言

为加强药品经营质量管理，规范药品经营行为，保障人体用药安全、有效，《药品经营质量管理规范》[1]要求企业应当在药品采购、储存、销售、运输等环节采取有效的质量控制措施，对于冷藏冷冻药品应配置与其经营规模和品种相适应的冷库。《中华人民共和国药典》[2]规定：冷库温度应达到2～10℃；阴凉库温度要求不超过20℃；常温库温度要求保持在0～30℃；各库房相对湿度应保持在45～75%之间。空调系统作为阴凉库药品储藏的保证，其好坏直接影响到药品的药效，极其重要，本文对某生物医药阴凉库空调系统进行检测并对检测数据进行分析，找出了该空调系统存在的原因，并提出整改意见，根据整改建议对更换水泵后节能率进行了预测，得出了更换现有水泵可取得明显的节能效果。

1 建筑及空调系统概况

某生物医药阴凉库总建筑面积为13778m2，地下1 层，地上2 层，地下一层为消防水池和消防水泵房；地上一层为阴凉库、办公室、值班室、设备用房，地上二层为常温库和设备用房。阴凉库空调系统采用集中式空调系统，主要设备及参数如表1所示。

表1 阴凉库空调系统主要设备及参数Table 1 Main equipment and parameters of air conditioning system in shady warehouse

冷冻水系统采用主机侧定流量、负荷侧变流量一次泵系统，供回水干管之间设自力式压差旁通装置；空调末端采用组合式空气处理机组，新风比可调。系统原理图如图1所示，阴凉库目前投入使用的面积约占阴凉库总面积的1/3，冷源系统运行1台蒸发冷凝式螺杆冷水机组，冷冻水泵2 台并联运行，末端仅运行投入使用区域的1 台组合式空气处理机组（一次回风运行）。

图1 系统原理图Fig.1 System diagram

根据业主反馈及现场勘踏结果，此生物医药阴凉库空调系统存在冷水机组运行不稳定（频繁启停机），空调区域个别时间达不到设计温度、运行费用高等问题。

2 空调系统检测及分析

根据空调系统情况对冷水机组性能、冷冻水系统、组合式空气处理机组及室内外环境进行检测，由于检测期间冷水机组周期性启停机，各主要参数均成周期性变化，各周期参数变化相似，为便于研究下文抽取一个半典型周期（从主机准备启动—加载—能量保持—卸载—停止—主机准备启动—加载—能量保持）进行分析。

2.1 冷水机组性能检测及分析

冷水机组的制冷性能系数COP 计算公式：

式中：COP为机组的平均制冷性能系数；Q为检测期间机组的平均制冷量，kW；N为检测期间机组的平均输入功率，kW。

式中：V为机组用户侧平均流量，m3/h；Δtw为机组用户侧进出口水温差，℃；ρ为水平均密度，kg/m3；c为水平均定压比热，kJ/(kg·℃)。

将水流量、供回水温差、冷水机组输入功率带入计算公式可以得出表2。

表2 冷水机组性能Table 2 Performance of water chiller

由表2 可以看出，冷水机组运行平均COP 仅为3.7，远远低于额定COP5.83，机组运行能效低。

2.2 冷冻水系统检测及分析

从图2 可以看出，水系统回水温度在7℃～13℃范围内，平均回水温度9.9℃，最小回水温度达到7.6℃。供水温度在6.0℃～12.7℃范围内，平均供水温度8.6℃，供回水温差在0℃～1.5℃范围内，平均供回水温差为1.3℃，供回水温差值严重偏离设计的5℃供回水温差值，反映出冷冻水系统存在严重的大流量小温差现象。

图2 冷水机组进出水温度变化曲线Fig.2 Temperature change curve of inlet and outlet water of water chiller

同时从图中还可以看出冷水机组启停机频繁（空白段为机组停机时段），停机时长大于开机时长，当供回水温度过低时冷水机组停机，由于冷水机组停机时水泵仍在运行，室内侧仍有负荷，水系统的供回水与末端空气处理机组进行热交换后温度不断上升，上升至一定值冷水机组再次开机，此时供回水温度均较高，均在12℃以上。初步判定可能原因是末端负荷较小，导致机组运行时供回水温度不断下降，造成周期性停机。

现场检测期间，不管冷机是否停机，水泵均处于运行状态。从表3 可以看出水泵流量远远小于额定流量，均在额定流量33%以下，扬程均远远大于额定扬程，大于额定扬程43.5%以上。水泵流量扬程偏离额定工况较多，电机效率偏低，水泵选型与系统不匹配。从表4 可以看出水系统流入末端的平均水流量占总干管平均水流量的5.6%，大部分冷冻水通过旁通管进入回水干管，末端需求太小。

表3 水泵与水流量检测结果Table 3 Test results of water pump and water flow

表4 系统旁通水流量检测结果Table 4 Test results of bypass flow of water system

2.3 组合式空气处理机组检测及分析

组合式空气处理机组检测期间一次回风运行，风压正常。检测结果如图3所示。

图3 空气处理机组与冷水机组进出水温度变化趋势对比Fig.3 Temperature change curve of inlet and outlet water of water chiller and AHU

从图3 可以看出，空气处理机组的进水温度随着冷水机组的启停机时间呈周期变化，因为冷水机组出水需要经过管网最终到达末端空气处理机组，使得空气处理机组进水温度变化相对于冷水机组出水温度变化存在时间上的滞后。空气处理机组进水温度在7.1℃～11.5℃之间，出水温度均在19℃以上，与设计供回水温度7/12℃相差甚远，特别是出水温度远远高于设计工况，空气处理机组的进出水温差为8.5～12.3℃，与设计供回水温差5℃也相差甚远，以上数据可以得出空气处理机组的进水量远远不满足末端负荷的水量需求，导致回水温度升高。

2.4 室内外环境检测结果及分析

对投入使用的空调区域平均分成3 个区进行检测，检测结果如表5所示。

从表5 可以看出，室内温度湿度基本满足阴凉库的要求，个别区域个别时间温度超过运行要求温度20℃。结合2.3 节得出末端设备的供水量不满足室内负荷的需求，最终致使阴凉库温度超过要求温度。

表5 阴凉库空调区域室内温湿度检测结果Table 5 Test results of temperature and humidity in air conditioning area of shady warehouse

3 诊断结果及建议

通过对冷水机组性能和冷冻水系统的检测分析表明末端负荷较小，需求水流量较小。而对组合式空气处理机组及室内外环境的检测分析表明流入末端的水流量不满足末端负荷需求，与对冷水机组性能和冷冻水系统的检测分析结果刚好相反。造成以上矛盾的结果是自力式压差旁通装置设定值有误，让本该进入末端的水流量流入了回水干管。这不仅使大量的低温供水经过旁通后与末端回水混合进入回水干管，大大地降低了机组回水温度，造成了冷水机组频繁停机；也使得末端需求得不到满足，室内温度湿度达到要求。同时，检测分析还得出此生物医药阴凉库空调系统存在大流量小温差，冷机效率偏低，水泵选型与系统不匹配的情况。

为了保证阴凉库在使用时温度能达到设计要求值，建议业主及管理单位根据目前系统管道具体阻力重新设定自力式压差旁通压差值。为了能使空调系统设备能在较高效率下运行，建议更换冷冻水泵并设置冷冻水泵变频器。

4 改造节能分析

据业主反馈，现场重新调整自力式压差旁通压差值后，阴凉库温度湿度均能达到要求。

由于系统整体改造费用较高，业主较难接受，考虑不更换冷水机组，仅更换现有水泵，使更换后的水泵参数与冷机及系统相匹配，更换后的水泵流量额定流量110m3/h，扬程16mH2O；额定功率7.5kW，变频。在与测试相同的流量运行条件下，水泵在允许的最低频率下运行（按30Hz），此时水泵的功率仅约为额定功率的22%（即约为1.65kW），与现有水泵耗功率相比，节能70%以上，节能效果相当明显。