地鐵某站辦公室空調效果差故障的分析與處理

梁成儒,馬炎坤

(1.廣州市地下鐵道總公司,廣東廣州510370;2.廣東輕工職業技術學院,廣東廣州510300)

1 前 言

廣州地鐵一號線地鐵站的空調系統是采用全空氣集中式空調系統,分為大系統和小系統兩個獨立的分系統,車站A、B端各設置獨立的小系統組合式空調機組向站廳及站臺的多個設備及管理用房供冷。每臺機組送風量10000m3/h,制冷量200kW。在某站,B端空調小系統的送風管、送風口、回風管、排風管等所組成的風系統如圖1所示。

車站房間的設計溫度為27～29℃。該站某辦公室位于車站B端,原設計有風管供冷和排風系統,在往年的空調季節里,房間溫度一直在29℃以上,室溫偏高,不能有效降溫,空調效果差。

2 調查與測量

經技術人員和檢修人員多次到現場揭開天花、在管道上開孔測量,發現該辦公室房間的送風口處風向竟然是反向的,室內負壓偏大。也就是說空調送風口不是向室內送冷風,反而是向外抽風,風速在2m/s以上。

在發現送風口處風向反向后,最初以為這是空調機組送風機反向轉動引起的,是送風機電動機三相接線錯相所導致的。但經過更深入的檢查后發現:B端空調機組的送風機并沒有反轉;在同一條送風管路上靠近組合式空調機組出口端的環控室溫度卻低于26℃,且明顯有冷風送入;送風系統末端的站臺設備房送風口的送風方向正常。

調查還發現有一種特殊情況:當密封性較好的消防氣體保護的站臺設備房房門被打開時,全部送風管口送風正常。顯而易見,在同一條送風管路上的各送風口,同時出現了送風、排風兩種流向或個別時間全送風的奇怪現象。

圖1 地鐵某站B端空調風系統示意圖

由于單憑感覺無法了解空調送風的真實走向,采用風速儀重新核查了整個B端送風系統各個送風口的風速大小以及方向。同時,在某辦公室的送風支管與送風主管相接的根部開了一個檢修口,用來調查空調送風在該主管彎頭與支管的交匯點上的實際走向。檢查的結果如下:

(1)站廳環控室送風口處風速為0.2m/s;某辦公室送風口處風速為-2m/s(以向外吹風速方向為正方向);站臺設備房主要送風口處風速為4m/s,其送風主管彎頭與支管的交匯點的風速為5～6m/s,風向是向送風口。

(2)站廳環控室及某辦公室排風口處風速為2～3m/s,站臺設備房的排風口處的風速達到8m/s,而排風口面積為送風口的兩倍。

(3)檢測時,發現B端空調機組的銘牌送風量為10000m3/h;而站臺設備房的排風量很大,單是消防氣體保護的站臺設備房排風量就高達15000m3/h;加上站廳環控室和某辦公室的獨立排風量2000m3/h,站廳設備房回風機的回風量為3000m3/h,可見整個 B端的回、排風量達 20000 m3/h,遠遠大于送風量。

3 現象分析

(1)站廳環控室的送風口很接近空調機組的出口,其內側風壓為正壓,環控室送風風速低(0.2m/s),表明了B端空調機組實際的送風正壓并不如預計的大。造成這種現象的可能性可以通過伯努利方程來分析。

列出圖1中1斷面和2斷面間的伯努利方程:

式中:

ρ—空氣密度,kg/m3;

g—重力加速度,m/s2;

z1—圖1中1斷面中心的相對高度,m;

z2—圖1中2斷面中心的相對高度,m;

p1—圖1中1斷面處空氣靜壓力,Pa;

p2—圖1中2斷面處空氣靜壓力,Pa;

v1—圖1中1斷面處空氣流速,Pa;

v2—圖1中2斷面處空氣流速,Pa;

P—B端小系統組合式空調機組送風機全壓,Pa;

pw—1斷面至2斷面間空氣的流動壓力損失,Pa。

1)從公式1可看出,造成空調機組出口處的送風正壓p2低,在其它條件不變的情況下,是由于機組進風壓力p1低引起的。這種情況可能是由于在新風機或者回風機不工作正常引起的。

2)從公式1可看出,當B端小系統組合式空調機組送風機全壓P很小或等于零,而其它條件不變時,也會造成空調機組出口處的送風正壓p2低。這種情況可能是由于空調機組送風機電機出現故障停轉引起的。

3)從公式1可看出,當1斷面至2斷面間空氣的流動壓力損失pw較大,而其它條件不變時,也會造成空調機組出口處的送風正壓p2低。這種情況可能是由于空調機組的空氣過濾網或表冷器堵塞嚴重,流動阻力較大引起的。

經多次現場檢查后,排除了前面兩種可能性。而檢修人員在日常的檢修維護中都按照規定每周定期對空氣過濾網以及表冷器進行沖洗,但沖洗效果是否良好尚未檢查確定。

(2)在同一條送風管路上的各送風口,同時出現了送風、排風兩種流向的現象是由于風系統的回、排風量大于送風量和B端空調機組送風正壓過低引起的。從質量守恒的角度看,在穩定流動的前提下,在單位時間內,流入一個系統物質的量必定等于流出系統物質的量。取圖1風系統中虛線框的區域作為研究對象。流入研究對象的送風量小于流出研究對象的回風量與排風量之和,為使研究對象進入和排出的空氣量達平衡,因此有些送風口變成抽風狀態。

什么情況下送風口會形成抽風狀態?當某個送風口處的內外壓差變為外面氣壓大于風口內氣流全壓時,該送風口就從送風狀態變為抽風狀態。因此我們有必要進行壓力分布的分析。當B端空調機組送風正壓過低,而送風主管末端空間又形成了較大負壓的時候,送風主管和支管內的壓力重新分布。

通過風管壓力分布分析可知:空調機組送風機出口處主送風管內的正壓為最大,以后沿主送風管正壓逐漸降低。對于本例而言,送風管風壓先是呈正壓逐漸降低,再變為負壓,至送風管末端由于排風量大而呈很大負壓。站廳設備房和站臺設備房兩房間由于排風量大,致使此兩房間內的負壓大,則它們的送風口內側壓力大于外側壓力,此兩房間送風口是向外吹風的。環控室的送風口由于靠近空調機組其內側為正壓,大于環控室房間的微負壓,故向外吹風。而某辦公室的送風口由于離空調機組出口遠些,又靠近排風量大的站廳設備房的送風口,其內側壓力負壓較大,且大于房間的微負壓,此時該送風口不是送風而是變成抽風了。

(3)當密封性較好的消防氣體保護站臺設備房打開房門時,大量室外空氣涌入,提升了室內氣壓,送風管末端的氣壓也升高。此時,整個B端送風管內的壓力又重新分布,各送風口內側壓力均變成了正壓,大于各房間內的氣壓。所以此時同一條送風管道上所有送風口送風轉為正常狀態。由于內外側壓差的減小,消防氣體保護的站臺設備房送風口處風速急劇降低,此時測量得風速為2m/s。

綜合上述分析,造成車站某辦公室不能有效降溫和送風流向不穩定的原因是:送風管最末端負壓過大和空調機組送風正壓不足造成該辦公室送風口倒抽風。當送風口倒抽風時,該辦公室吸入外界溫度較高的空氣,使之在空調季節室溫偏高。

4 處理措施

針對上面分析得到的故障原因,我們采取了如下處理措施:

(1)針對空調機組送風正壓不足的處理

車站B端空調機組的送風正壓偏低主要是因為表冷器堵塞。由于吊頂式空調機組的結構以及安裝位置的限制,檢修人員在日常的清洗中,對表冷器無法全面沖洗甚至無法清洗,使表冷器某個區域的灰垢日積月累,最終堵塞了表冷器的部分過風面積。有鑒于此,我們采取的措施是:在B端空調機組進風口前0.5m的風管處,開一個寬60cm,長120cm的活動檢修口,讓檢修人員能夠有足夠的操作空間定期對表冷器進行沖洗,徹底解決表冷器迎風面的堵塞問題,增大送風量。

(2)針對送風系統末端負壓過大的處理

針對排風量過大,我們采取的整改措施是:在確保能滿足事故排煙情況下,用防火鋁泊膠帶合理修正站臺設備房排風口有效面積,在暫時未更換排風機 (設計選型時排風量過大)的情況下減小排風閥開度。這樣既可維持消防監控聯動又盡量降低站臺設備房的排風負壓。

在實施了上述的處理措施后,某辦公室的送風口風向終于正常,風速也達到2m/s以上,房間空調溫度也控制在27℃左右。

5 總結與體會

在本次的故障處理、檢修過程中,有兩點值得在日后的工作中注意:

(1)空調機組應預設活動檢修口。以前我們在表冷器清洗和空氣過濾網更換的時候遇到了相當多的麻煩,特別是無檢修位置、不能夠進行徹底的清洗。這就導致表冷器在長時間使用后,部分表面被嚴重堵塞,影響了送風量。

(2)空調系統排風量過大的問題在其它車站也出現過。如另一地鐵站的B端小系統空調機組,其空調送風量竟低于實際排風量70%。在站臺設備房的排風系統沒有設計空調回風管的情況下,這可能影響了B端的空調送風主管和支管的實際管路壓力分布,擾亂空調系統運行,造成目前部分車站設備房和管理用房室溫波動較大。

[1]蔡增基,龍天渝.流體力學泵與風機 [M].北京:中國建筑工業出版社,1999,12

[2]孫一堅.工業通風 [M].北京:中國建筑工業出版社,1985,12