北京科學中心空調系統運行問題與分析

都旭超 孟凡兵

1 北京科學中心

2 中國航空規劃設計研究總院有限公司

隨著人民生活水平的日°C提高，舒適性空調系統的使用越來越普遍，然而有許多空調系統自安裝完畢到竣工驗收投入使用后就帶病運行，不乏有一些重點工程、綠色建筑、優秀建筑也存在此類問題。由于過程管控不嚴，驗收流于形式，調適缺失或不到位，最終影響使用效果，帶病運行，造成投資浪費和能耗較高。特別是對于一些大型公共建筑，若想使空調系統發揮好作用，實現節能運行，在設計、訂貨、安裝、調試、調適、運行等每個環節都應認真對待，空調系統的調試并非僅開機能運轉、填報驗收即可，而是從源頭到末端系統的有序調適，嚴格控制過程細節是系統發揮實效的關鍵因素。

1 工程及空調系統概況

北京科學中心為原中國科學技術館，在原建筑基礎上進行了裝修改造，工程于2018 年3 月通過竣工驗收，于2018 年9 月正式對外開放運行。項目總建筑面積為43504 m2，其中：A 館22592 m2、B 館3823 m2。A館為主展館（圖1），主要功能是展廳，地下一層，地上5層，建筑高度45 m，每層的建筑面積為：地下一層4265 m2、一層4055 m2、二層4150 m2、三層4090 m2、四層2607 m2、五層1464 m2。地下一層至四層層高均為7 m，五層的層高從7 m 到14 m 不等，成旋轉上升形，從地下一層到五層上下空間連通。

圖1 A 館外景

A、B 館設集中冷源，位于A 館地下一層設置制冷機房內，總冷負荷3000 kW。機房內設置兩臺制冷量為1330 kW 和一臺662 kW 的水冷螺桿式冷水機組，設置3 臺立式離心冷凍水循環泵與1330 kW 冷水機對應，兩用一備。設置兩臺立式離心冷凍水循環泵與662 kW 冷水機對應，一用一備。

空調冷凍水供回水溫度為7/12°C，水系統為一級泵閉式循環系統，采用二管制水系統。冷源側采用定流量運行，總供回水管之間設壓差控制旁通閥。負荷側空調機組末端設動態平衡電動調節閥，風機盤管設電動兩通開關閥，負荷側為變流量運行。建筑物內各層水系統設計為異程式，各層風機盤管支管回水管上設自力式動態壓差平衡閥，以實現系統動態水力平衡。空調冷、熱水系統的補水、定壓、脫氣裝置設置在5層夾層內，系統設真空脫氣機排除系統內氣體。

其中A 館，地下一層至四層，每層有兩個空調機房，五層有一個空調機房。各層空調均為全空氣系統，采用一次回風，過渡季可實現全新風運行，空調機組水管設計有動態平衡電動調節閥，可根據室溫自動調節。圖2 為A 館空調水系統原理圖。

圖2 A 館空調水系統原理圖

2 夏季運行中的問題

1）上下層出現明顯溫度梯度。夏季A 館空調系統運行時，出現地下一層到三層溫度偏低，經實測展廳溫度約22～24°C，四層在25～26°C較適宜，五層非常熱，展廳溫度達到30°C，影響使用。

2）各風口送風溫差小。各層實測空調送風口溫度和室溫見表1（室內設計溫度為26°C，6 月某日14:00點、7 月某日14:00 點、8 月某日15:00 點的室外溫度分別為35°C、37°C、33°C）。

表1 夏季A 館各層空調送風口溫度和展廳內的測量

3 問題分析

針對出現的問題，北京科學中心的后勤保障部組織原項目的設計、施工、物業公司等相關人員共同進行了商討。

經核查設計圖紙，制冷機組總冷量滿足計算負荷需求且有一定裕量，水系統配置滿足計算和規范要求。

問題最為突出的五層展廳的空調機房內設置了一臺風量為20000～30000 m3/h 的空調機組，該機組為雙速風機，低速時為20000 m3/h，供冷量為185 kW，單位建筑面積冷負荷指標115 W/m2，空調面積冷指標為155 W/m2，經核算滿足理論計算負荷且有一定裕量。風機壓頭、水管管徑、風管等末端裝置符合規范要求，且風系統閥門開關狀態正確。

經相關人員進行現場查看，發現空調系統存在如下問題：

1）位于屋頂空調系統的高位定壓水箱內水位見底，整個空調系統水壓低，在五層空調機房回水管水未充滿，出現倒空現象，影響空調機組的供冷效果。

2）軟化水補水系統自動控制失靈，不能實現自動補水。但現場記錄本上的每日例行檢查簽字正常。

3）五層空調機組設計為雙速風機，分為高速和低速兩檔。經現場了解和發現，自系統安裝完完畢后始終開啟低速檔運行，未根據室內外環境的需求自動調速，自控系統失靈。在室內負荷較大時，須開啟高速模式，以保證送風量。

4）冷水機組冷凍水設計溫度為7/12°C，經詢問現場運行人員，平時大多開啟一臺1330 kW 的冷水機組，機組的供水溫度設定為10°C，基本沒有調整過，每日按時開關機。始終把另外機組當備用機組，擔心開啟兩臺或多臺機組會引起管道超壓漏水。問題在于機組設定的供水溫度偏高，且冷水機組開機臺數僅1 臺，導致天氣較熱時供冷不足，影響空調機組供冷效果。

5）機房群控自動化設施未正常投入使用過，平時由運行人員手動開啟和設定。運行人員根據直觀判斷認為一至四層空調很涼了，一臺制冷機組夠用了，認為五層較熱是因空調機組小和送風口出了問題。

6）整個空調的水系統平衡缺少調試和調適，經詢問，工程竣工后，雖經順利驗收，整個空調系統未進行有效的有負荷聯動調試，也未能根據工況變化進行調適。由于地下一層～三層空調機組離制冷站較近，發現空調機房內冷凍水供回水管上閥門全部打開，未進行水力平衡調試，導致此幾層的冷凍水流量過大。五層較遠，出現冷凍水流量嚴重不足，甚至出現倒空，導致夏季時地下一層～三層空調的溫度較低，五層出現過熱現象。

7）A 館所有空調機組的水閥均處于手動開啟狀態，且旁通閥打開，電動溫控閥失靈，BA 系統未啟用，進而加劇了五層冷水供應不足，另外電動溫控閥與設計的動態平衡電動調節閥存在差異，不具備自動平衡功能。

8）低層區域送風溫差過小，風量過大，造成過冷和風機能耗過大，應根據室溫及時調整風機風速，使送風溫差滿足規范要求[1]，同時減少能源浪費[2]。

9）冬季運行并未反應冷熱問題，因為開館時間在9 月份，經過短暫的過渡季很快進入冬季，A 館是上下連通的大空間建筑，受熱壓作用形成煙囪效應，只要底層（加上有散熱器）和低區供熱足夠，熱空氣上浮，即便五層空調風量很小和水量不足，室溫也會很高。夏季冷空氣是下沉，五層應加大供冷量，下幾層應減少供冷量，與冬季正相反。

4 問題的解決

針對以上問題，設計方結合現場實際情況與工作組共同進行了分析并給出了解決方案和措施，后勤保障部及物業公司及時進行了調整，調整過程如下：

1）保證A 館空調系統運行時水系統的壓力，對頂層的定壓水箱及時進行了補水，并讓物業運行人員每天定期檢查水箱水位情況，做到及時補水。

2）進一步完善定壓補水自動監控系統，實現高低水位報警和自動補水。

3）根據室外氣象條件，及時對冷水機組供水溫度進行調整，優化冷水機組和冷凍泵的運行臺數，保證冷凍水供水溫度和流量，完善機房群控系統，不僅保證了冷凍水的供給，而且進一步實現優化節能運行。

4）及時根據室內負荷狀態對空調機組的送風量進行調整，空調機組為雙速風機，根據負荷需求調整高、低速。尤其是五層區域，冬季和夏季不同工況，受屋面負荷和大空間熱壓作用，存在較大差異，及時調整空調機組風量。

5）對水系統進行平衡調試，結合現場實際情況，根據末端阻力，壓差和供回水溫差逐層有序調整閥門開度，做到層間相平衡，從而避免低區過流，供回水溫差過小，進而修正回水溫度，避免由于回水溫度較低，冷水機組誤判末端負荷較小，造成僅開啟一臺冷水機組，不能滿足實際需求，影響舒適。

6）關閉所有空調機組水管內旁通閥，完善自動溫控閥，實現自動調節功能，進一步更換控制閥，實現動態平衡。

5 小結

1）經過上述調整后，對A 館室內溫度進行了重新測試，各層空間人員活動區域溫度在25～26°C，滿足了舒適性需求。

2）設計、建造、安裝是投入過程，運行調試非常重要，空調系統的調試并非僅開機運轉即可，而是從主機到末端系統有機調適。同時要加強系統運行中各項工作，如：做好運行記錄，定時檢查關鍵設備的運行狀況，并責任到人。系統停用后，要按規定進行保養，如：進行反復沖洗，閥桿閥門黃油保護等工作。根據系統特點制定各種方案和操作規程，做好系統運行事前計劃、事中控制、事后保養等工作。

3）調試不等于調適，空調系統的運行應通過調適，滿足各個工況的自適應運行，同時系統運行隨工況變化大時要及時調適。

4）對于大空間上下連通的建筑，冬季受熱壓作用，夏季受屋面負荷和溫度梯度自然分層的影響[3]，同時結合大空間內部面積和功能使用的實際情況，及時調整空調系統運行工況。

5）水系統的靜態和動態水力平衡是空調系統正常運行的關鍵因素，系統不平衡，會造成系統各管路、設備流量不合理分配，出現不同空調區域產生冷熱不均等現象，影響舒適度，而且造成輸送能耗浪費。

6）自動控制系統是高投入系統，應注重點對點，有效控制，使自控系統發揮作用，避免成為擺設，運行人員憑感覺運行。

7）加強對物業運行人員的技術培訓工作，空調系統運行前，讓物業運行人員熟悉系統竣工圖紙、產品說明書等技術資料，必要時請設計人員講解設計意圖。掌握系統的流程，管道的走向與布局，閥門的分布，設備的型號，規格和數量等以及風管系統走向和布局。熟悉冷水機組、水泵、空調機組等設備的性能與有關技術參數，對于一些專業設備邀請廠家專業人員一同進行調試。同時根據空調系統的大小，特點，編制調試計劃，計劃的內容應說明調試的目的，項目、方法、進度和人員情況等[4]。

通過本工程案例，深刻認識到設計、施工、監管運行調試與調適以及物業運維管理有機結合的重要性。如果各個環節過程管控不利，造成事倍功半，驗收變成形式，從而影響使用效果，造成能量浪費。

在今后的工程中，我們應吸取教訓，不以用戶投訴為唯一檢驗標準，提高過程把控，加強調試調適和維護管理，使設計理念落到實效，使投入的設備技術發揮功效。