深圳某辦公建筑溫濕度獨立控制空調系統運行測試及效果分析

朱文杰，于　航，何　旸

（同濟大學機械與能源工程學院，上海200092）

深圳某辦公建筑溫濕度獨立控制空調系統運行測試及效果分析

朱文杰，于航，何旸

（同濟大學機械與能源工程學院，上海200092）

對深圳某采用溫濕度獨立控制空調系統的項目進行現場運行測試。對空調系統運行效果和節能效果進行評價。提出優化措施建議。

溫濕度獨立控制；運行效果；節能效果；優化措施

0　引言

常規空調制冷通常采用熱濕耦合的空氣處理方法，即通過低溫冷媒對室內空氣同時進行冷卻降溫和冷凝除濕處理，去除室內的顯熱負荷和潛熱負荷。這種空氣處理方法存在下列缺點[1.2]：難適應室內熱濕比經常變化、熱濕聯合處理后再熱產生能量損失、低溫冷源處理顯熱負荷造成能源品級利用浪費、空調冷表面潮濕引發衛生問題、蒸發溫度低降低了冷凍機的COP值等。

目前，集中空調系統的能耗約占建筑總能耗的40%～60%。預計2020年，我國將有50%的人口居住在城市，到2050年這一比例將增至75%，中國建筑能耗將占社會總能耗的近1/3[2]。因此研究提高空調系統能源利用效率的技術和方法，對全社會節能具有重要的社會和經濟意義。

近年來，國內興起了溫濕分控空調系統的研究。目前，國內已有數十個項目中采用了溫濕度獨立控制空調系統，并成功地投入運行。

筆者對國內某采用了溫濕度獨立控制空調系統的工程項目進行了現場運行測試，對運行效果和節能效果進行評價。對測試中發現的個別問題提出優化措施建議。

1　項目概況

項目位于深圳，屬于典型的夏熱冬暖地區，主要采用溫濕度獨立控制空調系統。業態主要為辦公樓，共5層，整體呈現階梯狀。北部為辦公和會議室，中部沿中軸線為挑空至5層的中庭，南部為前庭。建筑外觀如圖1所示。

圖1　建筑外景圖

項目總建筑面積約為22000m2，空調區域面積約為15600m2。溫濕度獨立控制空調系統主要服務于一層的檔案室、前廳、食堂及二至四層的辦公室及會議室，溫濕度獨立控制空調系統服務面積約為11300m2，占總空調面積的72.4%。

2　溫濕度獨立控制空調系統的工作流程

溫濕度獨立控制空調系統的系統圖如圖2所示。

一層冷凍機房設置1臺磁懸浮變頻離心式冷水機組提供17.5/20.5℃的冷凍水，通過2臺臥式離心冷凍水泵輸送至干式風機盤管及毛細管網輻射末端，用以處理室內的顯熱負荷。屋頂設置一臺超低噪聲方形冷卻塔，通過2臺臥式離心冷卻水泵向冷水機組提供17.5/20.5℃的冷卻水。

辦公區域、職工食堂區域的顯熱負荷由干式風機盤管負擔，且干式風機盤管是溫濕度獨立控制空調系統中主要的顯熱負荷處理設備；前庭的顯熱負荷由毛細管網輻射末端負擔。

辦公區域、職工食堂及前庭的潛熱負荷及新風負荷由電驅動型熱泵式溶液調濕新風機組負擔。在全熱回收單元中，室外新風與室內排風以LiBr溶液為媒介進行全熱交換，在夏季對新風進行降溫除濕，在冬季對新風加熱加濕。熱泵循環產生的制冷量降低溶液溫度以提高除濕能力并對新風降溫，冷凝器排熱量用于濃縮再生溶液。

一層檔案室采用熱泵式溶液全空氣處理機組處理室內顯熱、潛熱負荷及新風負荷。以LiBr溶液為媒介使得室外新風與室內排風進行全熱交換，處理后的新風與回風混合，由空氣處理機組處理至設計送風狀態點后送至檔案室。熱泵式溶液空氣處理機組可進行除濕降溫、加濕加熱等全工況處理。

圖2　溫濕度獨立空調空調系統圖

3　溫濕度獨立控制空調系統現場運行測試

3.1測試目的

（1）溫濕度獨立控制空調區域主要為辦公室和會議室，通過測試辦公室和會議室的室內溫濕度及CO2濃度，檢驗溫濕度獨立控制空調系統室內空調參數及空氣品質；

（2）測試冷水機組、空調水泵及冷卻塔輸入電功率，計算空調水系統的EER值、冷水機組的性能系數、冷凍水和冷卻水輸送系數。分析溫濕度獨立控制空調系統的節能效果；

（3）分析測試中發現問題，提出優化措施建議。

3.2測試內容

（1）典型辦公室及會議室的室內干球溫度、相對濕度、露點溫度、CO2濃度；

（2）冷水機組進出水溫度、水流量、輸入電功率；

（3）冷凍水泵的輸入電功率；

（4）冷卻水泵的輸入電功率；

（5）冷卻塔風機的輸入電功率。

3.3測試儀器

（1）溫度、濕度及CO2濃度測量使用手持便攜式多功能溫濕度測量儀。測量范圍：溫度-20～+60℃；相對濕度10%～95%RH；CO2濃度0～6000ppm；

（2）空調水流量測試使用手持式超聲波流量計。測量精度±1%，流速范圍：0～30m/s，適用管徑DN50～700mm，工作溫度：-30～+90℃；

（3）空調設備輸入電功率測試工具使用數字式鉗形表。電壓范圍15～600V，電流范圍2～400A，測量精度±3%～8%。

3.4測試過程

（1）典型辦公室及會議室的空調室內參數測試

測試時間為2012年8月22日，上午9點至下午17點，測試間隔為1個小時。

測試數據為：被測試房間內的干球溫度、相對濕度、CO2濃度，計算露點溫度。

選取具有代表性的位于三層的典型辦公區及同層一間會議室作為空調測試對象。辦公室為開敞大空間，選取局部約20m×6m的區域，共選取二對角線上梅花布置的五個測點，測試后取算術平均值。會議室面積約6m×4m的區域，共選取對角線上3等分的二個測點，測試后取算術平均值。上述測點距離地面高度約1.2m，離開墻壁距離大于1.0m[3]。

（2）冷凍水、冷卻水的供回水的流量及溫度測試測試時間：2012年8月23日上午9點至下午17點。測試數據：冷凍水流量測試、冷凍水供回水溫度測試、冷卻水流量測試、冷卻水供回水溫度測試；

在冷水機組冷凍水及冷卻水水平供水干管確定流量測點，測量點上游有不小于10倍管徑的直段，下游有不小于5倍管徑的直段。

為保證測試精度減小信號衰減，采用Z法測量水流量，測量時保持兩探頭水平對齊，其中心線與管道軸線水平一致。共測量2組數據后取算術平均值。

溫度測量采用直接讀取冷水機組冷凍水、冷卻水供回水管道上的溫度計數據。

（3）空調設備輸入電功率測試

測試時間：2012年8月23日上午9點至下午17點。

分別測試冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔風機的電動機輸入電功率值。

采用平衡法測試電動機三相導線的有功功率值。

3.5測試數據結果

現場測試數據見表1～表6。

表1　開敞辦公室室內空調參數

表2　會議室內空調參數

表3　冷水機組測試數據

表4　冷凍水泵測試數據

表5　冷卻水泵測試數據

表6　冷卻塔測試數據

3.6測試結果分析

（1）開敞辦公室空調設計值：干球溫度25～27℃、相對濕度＜65%。實測值：干球溫度平均值25℃，相對濕度平均值53.4%；

（2）會議室空調設計值：干球溫度24～26℃、相對濕度＜65%。實測值：干球溫度平均值24.7℃，相對濕度平均值52.4%。

（2）開敞辦公室及會議室的CO2濃度日平均值：657、652ppm，符合“CO2濃度日平均值小于1000 ppm”[5]的要求。

（3）開敞辦公室的干式風機盤管未接冷凝水排水管，會議室吊頂未觀察到水漬的現象。

經現場測試及觀察，實測空調區域的溫度、濕度在設計值允許范圍內，干式風機盤管無凝結水，室內空氣品質高于規范要求，較好地實現溫濕分控的設計效果。

4　節能分析

4.1計算數據

（1）空調水系統EER值：

式中QC—空調供冷量，kW；

Psum—空調水系統設備總輸入電功率，kW；

c—水的比熱容，取4.18 kJ/（kg·K）；

GC—冷凍水流量，kg/s；

tS，tR—冷凍水供水、回水平均溫度，℃；

PC—冷凍機組輸入功率，kW；

PChp—冷凍水泵輸入電功率，kW；

PCdp—冷卻水泵輸入電功率，kW；

PCt—冷卻塔輸入電功率，kW；

從表1～表6取相應數據，經計算后得到EER=4.85

（2）冷水機組的性能系數（COPC）：

經計算后得到COPC=8.62

（3）冷凍水輸送系數（TCChw）：

經計算后得到TCChw=20.2

（4）冷卻水輸送系數（TCCdp）：

式中Qd—冷卻水散熱量，kW；

Gd—冷卻水流量，kg/s；

tS′，tR′—冷卻水供水，回水平均溫度，℃；

經計算后得到TCCdp=42.8

4.2數據分析

（1）空調水系統實測能效比EER平均值為4.85，高于常規空調系統的水系統實測能效比（通常為3.5左右[1]）。體現了溫濕度獨立控制空調系統有較好的整體節能效果。

（2）從表3可知，冷水機組的制冷量在412～526 kW范圍內變化，機組COPC平均值為8.62，高于機組的額定COPC值，比常規離心式冷水機組的COPC（COPC=5.5，當額定制冷量為528 kW≤額定制冷量≤526 kW時）[4]要求高約57%，節能效果良好。

（3）冷凍水輸送系數TCChw平均值為20.20，低于《公共建筑節能設計標準》[4]內規定值41.5。

根據現場測試的數據分析：冷凍水平均供回水溫差為2.11℃，比設計值3℃溫差低了約30%，從而導致冷凍水流量較大，冷凍水泵電耗因此而增大；

（4）冷卻水輸送系數TCCdp平均值為42.8，符合《公共建筑節能設計標準》[4]內規定值41.5的要求。

5　優化措施的建議

5.1冷凍水系統出現小溫差大流量的現象

空調冷凍水系統為一級泵定流量系統。當室內負荷變化時，系統為定流量運行，冷水機組的供回水溫差隨空調冷負荷的變小而變小，從而出現小溫差大流量的情況。

冷水機組為變頻離心式冷水機組，允許冷水機組的流量在一定范圍內變化。如將空調冷凍水系統改為一次泵變頻變流量系統，根據系統最不利處設置的壓差傳感器數據對冷凍水泵采用變頻控制，并在冷水機組允許變化范圍內控制流量，將改善小流量大溫差的現象。

5.2冷卻塔的改造

單臺冷卻塔風機改造為變頻風機或雙速風機，根據冷卻塔出水溫度連鎖調節冷卻塔風機的轉速。既能保證冷卻水出水溫度又能節省風機能耗。

5.3增設冷源設備群控系統

提高系統智能化控制程度，根據空調負荷的變化，依據控制策略及時調整冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔的運行狀態，進一步提高整個空調系統的效率。

5.4加強運行管理

現場做冷水機組參數測試時，發現冷凍水供回水管道有幾處保溫層破損裸露，局部冷凝水積水嚴重，造成保溫材料失去保溫效果，造成系統額外冷量損失。建議加強系統的日常維護和保養。

現場觀察到冷卻塔風機噪聲較大，個別區域的填料因老化而塌陷，有積垢積污。建議定時對冷卻塔PVC填料進行檢查和清洗更換，定時檢查風機皮帶的張緊度。

6　結語

從項目的實際運行情況分析，溫濕度獨立控制空調系統較好地避免熱濕耦合空氣處理方式的弊端，在夏熱冬暖地區運行情況良好，取得較好的節能效果。如果能在實際工程中，進一步加強對系統的運行管理，采用各類節能措施，優化溫濕度獨立控制空調設備的質量并降低設備價格，溫濕度獨立控制空調系統將會在國內得到更好地推廣和應用。

[1]陸耀慶.使用供熱空調設計手冊（下冊）[M].2版.北京：中國建筑工業出版社.

[2]江億，劉曉華，張濤.溫濕度獨立控制空調系統[M].2版.北京：中國建筑工業出版社.

[3]GB/T 18204.12-2000.公共場所空氣溫度測定方法[S].

[4]GB50189-2005.公共建筑節能設計標準[S].

[5]GB/T 18883-2004.室內空氣質量標準[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，工程師，碩士研究生，從事暖通空調技術管理工作。

2015-10-12

2015-10-23