某展览项目空调水系统现状分析及解决措施

郑丽娟 ZHENG Li-juan

（泉州市市政园林古建筑设计院有限公司，泉州 362000）

0 引言

现代展览项目，空调水系统是不可或缺的重要组成部分，也是暖通空调工程建设中的一个关键环节。优质的空调水系统有助于提高空调系统的运行效率，全面提高工程性能，尤其是在节能方面，效果显著，大大降低了建筑能耗，优化了各种空调设备的运行方式，有效延长了设备的使用寿命。该展览项目作为一个大型展厅，其建筑面积达到近50000m2，长期使用中存在多种问题，主要包括空调耗电量占比高、噪声远超规范要求，在高温夏季，该展览项目顶层即四层室内环境温度偏高，空调降温速度较慢，而该展览项目一层恰好相反，室内环境温度偏低，空调降温速度很快。因此，本文重点解决降低能耗、降噪、高低空间上热下冷问题，并对现有水系统进行深入分析和改进设计，以提高空调系统的使用效率。

1 工程概况

本项目位于福建省泉州市德化县，总建筑面积约为47106.78m2，其中地下一层为汽车库和设备用房，地上为商铺、步行街和主力店等。集中式中央空调系统主要服务于地上四层的商铺、步行街和主力店等区域，涉及的空调面积约为3.2万m2。

制冷机房位于建筑物地下一层，冷水机房采用三台冷水机组，其中两台离心机组单台制冷量为1934kW，一台螺杆式冷水机组制冷量为805kW，总制冷量为4673kW。空调水系统采用高位膨胀水箱定压，系统工作压力为0.8MPa。冷却塔位于商业街屋面。制冷主机与冷冻水、冷却水循环泵采用一对一的连接方式，水泵分为两用一备和一用一备，冷水供回水温度为6℃/12℃，冷却水温度为32℃/37℃。冷冻水循环泵和冷却水循环泵的流量按主机额定流量选取，不预留富裕流量。冷却塔的选型按照冷水机组确定，包括冷却水进出口温度和循环水量，根据当地室外计算湿球温度提高1度（不低于26℃）进行计算。

具体方面包括：

①冷水系统采用6℃大温差（6℃/12℃）。

②冷却水采用常规5℃温差系统（32℃/37℃），冷却塔风机采用变频运行。

③制冷主机与冷冻水、冷却水循环泵一对一连接，空调冷冻水和冷却水系统为一次泵变流量系统。

④主力店等大空间区域的空调采用全空气一次回风全空气系统，气流组织采用上送，集中上回风方式。公共区域的末端采用吊顶式空气处理机组。

⑤空调水系统采用一次泵变流量系统，冷冻泵和冷却泵根据负荷变化自动变频变流量运行。制冷主机和空调冷冻泵、冷却泵采用一对一的连接方式。空调水系统采用两管制，干管异程式布置。空调水系统均采用开式膨胀水箱定压。

2 空调系统运行过程中存在的问题

该展览项目于2021年10月正式投入使用，空调系统恰好运行了一个完整制冷季，室内温度、湿度基本达到设计要求。空调系统基本运行正常，但是也出现以下几个问题：

2.1 该展览项目的空调耗电量占比高，节能改造迫在眉睫

根据物业管理单位提供的2021年9月至2022年9月耗电量清单、该展览项目的总耗电量柱状图（2021年9月至2022年9月）（见图1）以及该展览项目的空调耗电量图（2021年9月至2022年9月）（见图2）进行该项目的耗能分析，可发现存在如下问题：

图1 该展览项目的总耗电量柱状图（2021年9月至2022年9月）

图2 该展览项目的空调耗电量柱状图（2021年9月至2022年9月）

①该展览项目从开业以来，空调年运行的周期较长，除了2022.03及2022.04月未运行空调主机之外，其他时间均有运行了中央空调系统，中央空调年运行时间将近10个月之久。其中2022年04月未运行中央空调系统，可简单化得出该月度为非空调系统用电设备每月基本耗电量。

②中央空调系统的耗电量基本在11000kWh（占了5个月，占比39%），每年夏季6、7、8月份运行中央空调系统的耗电量最高，最高月（为2022年7月）可达到253840kWh。

综上所述，中央空调系统的运行能耗占整个建筑耗电量的74%之高，中央空调系统的节能运行迫在眉睫。

2.2 空调风系统

该展览项目空调末端风系统的噪音很大，远超相关规范要求的噪声值上限。

2.3 现场运营反馈

在高温夏季，该展览项目顶层即四层室内环境温度偏高，空调温降较慢，而该展览项目一层恰好相反，室内环境温度偏低，空调温降很快。

3 空调系统运行问题分析

为彻底解决上述问题，在建设单位的组织下，各参建单位通过对该展览项目空调运行现状和存在问题进行系统全方位实地查看，并向现场从事空调系统运维管理人员等人详细问询、了解该展览项目的空调系统当前运行具体情况和存在的问题，并对地下室制冷机房、屋面冷却塔、屋面新风机房、四层主力店空调机房、四层走廊吊式空调风柜等空调系统核心部位的设备运行情况进行详细查勘，分析了空调系统出现上述问题的原因。

经现场查勘发现，项目实际使用的空调设备参数与设计参数明显不符，具体如下：

3.1 冷却水泵与冷冻水泵的流量、扬程以及功率现象

现场冷却水泵的型号规格为：Q=315m3/h，H=28m，n=1450rpm，N=37kW（离心机用泵）；Q=139m3/h，H=28m，n=1450rpm，N=18.5kW（螺杆机用泵）；而设计的冷却水泵的设计参数却为：Q=393m3/h，H=30m，n=1450rpm，N=45kW（离心机用泵）；Q=164m3/h，H=30m，n=1450rpm，N=22kW（螺杆机用泵）；现场的冷冻水泵的型号规格为：Q=227m3/h，H=32m，n=1450rpm，N=37kW（离心机用泵）；Q=100m3/h，H=32m，n=1450rpm，N=15kW（螺杆机用泵）；而设计的冷冻水泵的设计参数却为：Q=278m3/h，H=32m，n=1450rpm，N=55kW（离心机用泵）；Q=116m3/h，H=32m，n=1450rpm，N=30kW（螺杆机用泵）；从上述数据可以看出，冷却水泵与冷冻水泵的流量、扬程以及功率与设计工况相差较大。

原因分析：从设备参数比较明显能得出这样的结果：

①冷却水泵设备流量减少率△η离心机用=1-315/393=19.8%

△η螺杆机用=1-139/164=15.2%

②冷却水泵设备扬程减少率△η离心机用=1-28/30=6.7%

③冷冻水泵设备流量减少率△η离心机用=1-227/278=18.3%

△η螺杆机用=1-139/164=15.2%

④部分设备配套电机功率存在较大功耗浪费，如，螺杆机冷却水泵、螺杆机用冷冻水泵=227×32×{9.81/3600×0.8}×1.1=27.2kW，可选型30kW电机，耗电率即可节约的能耗比率为△η=1-30/37=18.9%。

3.2 冷却泵及冷冻泵实际扬程耗能率现象

空调冷冻水系统和冷却水系统实际需要扬程远比设计扬程低，冷却水泵和冷冻水泵存在28.6%和37.5%的明显能耗浪费，冷却泵及冷冻泵实际扬程耗能率分析见表1。

表1 冷却泵及冷冻泵实际扬程耗能率分析表

3.3 机组进、出口压力及集、分水器压力现象

从机组进、出口压力及集、分水器压力分析表即表2得出结论：冷却水系统、冷冻水系统、以及集、分水器压力表差值均为10m，也可以得出如下结论：冷冻水泵20m扬程符合实际运行需求，上述水泵能耗数据分析是可靠的（见表2）。

表2 机组进、出口压力及集、分水器压力分析表

3.4 冷却塔设备参数与螺杆机显示屏参数现象

冷却塔设备参数与设计参数一致，但设备厂家设定的运行管理策略存在明显弊端。现场查勘发现，冷却塔设备参数（水量：175m3/h，功率：7.5kW，进水温度：35℃，出水温度：30℃，湿球温度：28℃）与螺杆机显示屏参数（冷凝器进水温度：35.2℃，冷凝器出水温度：38.4℃，冷凝器端温差：3.2℃）对比，发现冷却水系统存在如下几个问题：

①运行中的冷却塔积水盘水温很高；

②冷水机组显示屏所显示参数存在异常，这与第①条存在的情况相一致；

③在运行的冷却塔其风机并未开启。

经现场管理人员反馈，存在上述问题的主要原因应该是：冷却塔的厂家在安装时设定了如下运行管理策略：“即当冷却水系统运行温差≤2℃时，冷却塔风机停止运行”。

从上述情况来看，显然：

①这是一个片面的逻辑控制策略，并未综合考虑冷水机组运行“需求温差”与冷却塔的运行“任务温差”的差异以及其内在的逻辑关系，将冷却塔本职工作凌驾在冷水机组核心工作之上。

②同时，这样的运行策略将出现冷水机组因散热不良而导致制冷出力降效，并显著增加冷水机组中压缩机的无效能耗。

3.5 空调末端风系统噪音现象

经现场查勘，屋面新风机组（风量：15000m3/h，制冷量：187kW，机外余压：400Pa，功率：5.5kW），除机组余压（400Pa）较设计风压（500Pa）偏小之外，其他参数基本符合设计要求。

经比对，设计图纸与现场实际情况，空调风管管路布置均整体较简洁、风管管路长度基本控制在40m左右。因此，可以初步得出空调末端风系统噪音较大的主要原因有如下几点：

①本项目全空气系统中各组合式风柜的设计风压基本为400Pa～450Pa的风压，风压设计冗余过大。例如，从步行街280Pa风压吊柜回风口能快速负压吸入头发情况也可以明显得出结论。

②风口有效截面明显偏小。例如，四层新风机房防雨百叶新风口安装规格为1000X400，理论风速=10.42m/s，远超规范要求的限值。

3.6 现场运营反馈，在高温夏季，四层很热降温很慢，一层很冷降温很快。显然，空调末端负荷分布及气流组织布置均不合理是具有中庭挑空的建筑出现夏季上热下冷的根本原因。

4 空调系统运行解决思路

结合现场情况，参建各方确定了具体解决措施（见表3）。

表3 空调系统运行问题解决思路

运维单位按表3中的各项解决措施进行逐步整改完毕后，整个项目的空调通风系统运行能耗有了较大的改善，运行噪音有了很大的降低，中庭区域的上热下冷的现象得到了很大的缓解。

5 建议

①设计阶段：制冷机房作为整个空调系统的核心部位，也是整个空调系统的节能重点部位。为了提高制冷机房的节能效果，可以采用适应项目需求的高效节能泵组，并引入高效机房理念，从设备、智能控制方面以及运行逻辑方面来实现节能运行。另外，在设计过程中也要考虑噪音问题，采取隔声、吸声、消声、隔振等措施，确保空调末端设备和风口的噪音对人们的生活造成最小干扰。特别对于展览类项目中的大空间区域如中庭，要合理考虑气流组织，以达到舒适状态。

②施工阶段：施工单位应按照设计图纸以及相关施工规范的要求，严格进行施工，加强技术管理，规范施工工艺，并进行施工安装过程的控制，以保证工程的质量和安全。监理单位则应按照规范进行监督和验收，确保施工质量。

③运维阶段：运维单位应遵循相关规范，制定空调通风系统的运维管理策略，提高运维人员的管理水平，最大限度地开发设备的潜能，实现节能发展的目标，在满足舒适度的条件下运行空调系统。