廣州某商場中央空調系統(tǒng)運行情況分析與建議

郭林文，郭勇，屈永強

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣州 510010）

根據(jù)資料顯示，在2014年，既有公共建筑面積占全國民用建筑總面積的比例約為13%～15%［2］。由于公共建筑使用用途的特殊性，其單位面積的用能水平遠高于居住建筑，全國所有公共建筑能源的消耗約占民用建筑總能耗的25%以上［4］。90年初，隨著國家經濟的發(fā)展，一大批酒店、商場建筑開始采用中央空調系統(tǒng)，經過多年的運行，這些既有建筑的空調設備逐漸老化，空調系統(tǒng)效率低下的問題。本文結合對廣州市某商場空調系統(tǒng)的檢測評估及改造方案分析，提出了針對本商場的空調系統(tǒng)改造建議，希望能給其他既有建筑空調系統(tǒng)改造提供一些參考。

1 空調系統(tǒng)概況

本次檢測的商場位于廣州市中心區(qū)，是一棟綜合商業(yè)大廈，于1996年投入使用，到2019年測試時，已投入使用23年。大樓地下二層，主要為車庫和設備用房，地下一層為商場，首層～四層是商場及銀行，五～十一層為寫字樓，總建筑面積46300m2，其中空調面積36940m2，大廈全年幾乎每天都需要開啟制冷主機供冷。

制冷機房位于地下二層，制冷機房內有3臺離心式制冷主機，4臺冷凍水泵（3用1備）、4臺冷卻水泵（3用1備）。冷卻塔布置在7樓屋頂，采用3臺超低噪聲冷卻塔?？照{系統(tǒng)主要制冷設備詳見表1。

表1 空調系統(tǒng)主要制冷設備表

地下一層至四層商場均采用全空氣系統(tǒng)，空調器布置在各層的空調機房內；五層至十一層為寫字樓，基本采用吊頂式空調器+新風系統(tǒng)，部分樓層局部改造成風機盤管+新風系統(tǒng)，新風機組位于各層的空調機房內。

2 空調系統(tǒng)運行情況檢測

本次現(xiàn)場檢測時間為2019年01月04日、07日、08日、09日，共四天，屬于廣州相對較冷的冬季。

2.1 制冷主機

檢測時，分別逐一開啟3臺制冷主機（關閉另外2臺主機進水管閥門），檢測冷凍水流量、進出水溫度、運行功率等參數(shù)，主要檢測結果見表2。

表2 制冷主機檢測結果

2.2 空調水泵

空調水泵主要檢測了單臺水泵運行時水流量、進出口壓力值、運行功率等參數(shù)，檢測時3臺制冷主機進出口水閥均保持開啟狀態(tài)，便于提高水泵流量，檢測結果見表3和表4。

表3 冷凍水泵檢測結果

表4 冷卻水泵檢測結果

2.3冷卻塔

目前大樓配備了3臺冷卻塔，原設計冷卻水系統(tǒng)采用了全變頻的運行控制方式，即冷卻水泵、冷卻塔均通過變頻及臺數(shù)控制，同時充分利用冷卻塔的自然冷卻功能達到最節(jié)能的運行方式。但目前冷卻塔變頻功能失靈，冷卻塔供水管路上又沒有安裝與主機聯(lián)鎖啟停的電動閥，且3臺冷卻塔填料損毀嚴重，導致夏季空調季節(jié)主機只開啟2臺時，冷卻塔需要3臺全開才能使冷卻水進水溫度達到32°以下。

2.4 空調器

2.4.1 空調器水量檢測

根據(jù)運行記錄，商場夏季最熱時僅開啟2臺主機，因此，為了冬季的測試能真實反應夏季運行時實際水流量狀況，測試日開啟了2臺主機的閥門，并將空調末端電動水閥都打開進行測試，各空調末端冷凍水流量檢測結果見表5。

表5 空調器冷凍水流量檢測結果

2.4.2 空調器風量檢測

負一層、三層、五層、十一層空調器主要檢測結果分析詳見表6。

表6 空調器實測風量檢測結果

3 空調系統(tǒng)運行情況分析及改造建議

3.1 制冷主機

由主機檢測結果可以看出：

（1）3臺主機的實測制冷量遠小于額定制冷量，最低制冷量僅為額定制冷量的61.6%。其中3號主機在檢測前一年剛經過大修，實測冷量和COP相對其他2臺主機略高。

（2）在冷卻水溫遠低于名義工況水溫的情況下，主機的實測COP僅為2.8～3.7之間，約為額定COP（5.45）的54%，更遠低于現(xiàn)行國家標準《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189-2015中最小限值5.70的要求。

（3）3臺主機的蒸發(fā)器進出口壓差在21.6mH2O～22.3mH2O之間，冷凝器進出口壓差在8.0mH2O～14.9mH2O之間。查詢原主機品牌樣本，制冷量為450RT的制冷主機蒸發(fā)器、冷凝器設計流量時進出口壓差約為7.1mH2O，而本次檢測的3臺主機進出口壓差實測值均遠超額定值，水流量又未達設計流量。推測應是這3臺主機已經使用將近23年，蒸發(fā)器和冷凝器內可能存在嚴重的水垢、雜物等堵塞情況。

根據(jù)測試結果，大樓制冷主機目前最大供冷量約為2671KW（由于變壓器容量限制，最多只能開啟2臺主機），而用軟件計算大樓所需高峰負荷約為4023KW，主機提供的冷量只有計算所需冷量的七成不到，無法滿足該建筑對空調負荷的需求，物管人員反饋夏季高峰負荷時，局部區(qū)域存在溫度過高的情況，也佐證了這一點。

目前3臺離心式機組均為1996年生產投入使用的，已經運行接近23年，主機效率下降較多，換熱器阻力變大，鑒于目前本大樓變壓器無法滿足3臺制冷主機同時工作，因此，建議將制冷效率較低的1、2號制冷主機更換為單臺制冷量為500RT（1758KW）的離心式制冷主機，保留3號主機做備用?；究梢越鉀Q空調高峰期冷量不足的問題，能大大提高夏季炎熱時期室內的舒適度。

根據(jù)商場物業(yè)管理部門提供的2018年空調能耗記錄表和主機實測COP值可以計算更換主機后每年節(jié)省的運行費用（見表7）。

表7 制冷主機更換后節(jié)約運行費用表

更換2臺離心制冷主機的初投資約為140萬元，投資回收期約為：N=140/45.7=3.0年，投資效益較好。

3.2 空調水泵

由水泵檢測表可知：（1）3臺冷凍水泵和3臺冷卻水泵的實測流量、揚程遠小于額定值，實測效率極低，冷凍水泵僅為41%～45%左右，冷卻水泵僅為48%～55%左右。根據(jù)國家標準《離心泵效率標準》GBT13007-2011中的要求，對應流量在300～400m3/h的離心水泵效率不應低于73%。

空調水泵運行時間也接近23年，不僅效率低，其中有2臺水泵還存在無法正常運行的問題，因此，建議更換所有的水泵，考慮更換制冷主機后蒸發(fā)器阻力變小，4臺冷凍水泵統(tǒng)一更換為流量為330m3/h、揚程為30mH2O的高效變頻水泵；4臺冷卻水泵更換為流量為410m3/h、揚程為28mH2O的高效變頻水泵。

3.3 空調器

由表5可知：抽檢的空調器實測流量遠小于額定流量值。其中編號為KT-2、KT-3、KT-13、KT-14、KT-20空調器實測流量僅為額定流量值的20.2%～35.5%。根據(jù)一般項目的實際工程經驗，夏季高峰負荷時，冷凍水流量應達到額定冷量所需流量的50%～80%左右，才能保證室內的溫濕度達到設計值，實測的8臺空調器中只有2臺基本滿足此條件。分析冷凍水流量不足的原因主要有如下三點：（1）本項目三臺制冷主機只能同時開啟兩臺，對應只能開啟2臺冷凍水泵，冷凍水總流量沒有達到設計值；（2）本項目水系統(tǒng)存在較大的不平衡，導致部分管路長、水阻大的空調器流量不足；（3）由于本項目制冷主機、水泵已運行23年，制冷主機、冷凍水管存在堵塞現(xiàn)象，導致水阻過大。

由表6可知：（1）只有編號為KT-1、KT-19這2臺空調器風量達到了額定風量，KT-2、KT-12實測風量僅為額定風量的70%左右，分析原因主要有兩點：一是空調器機外余壓小于實際管路阻力值，二是部分空調器運行時間較長時間后有皮帶松動、電機效率下降等問題。（2）部分空調器回水管上電動比例積分閥常開，關機時，閥門未連鎖關閉，自控系統(tǒng)未正常運作，容易導致部分負荷時出現(xiàn)“大流量、小溫差”現(xiàn)象。

3.4 其他改造建議

（1）建議對冷凍水管路進行全面的加壓清洗，所有Y型過濾器都拆開清洗，并根據(jù)空調器實測流量對管路進行水力平衡的調試。

（2）建議對冷卻塔填料進行更換，提高冷卻塔的冷卻效率，冷卻水進出水干管上增設電動水閥。

（3）建議對所有空調器水管上的電動水閥進行檢查，如有損壞，建議更換。

4 結論

（1）根據(jù)測試結果，表明大樓制冷主機運行效率低、水阻大，建議將大樓的1、2號制冷主機更換為單臺制冷量為500RT的離心式制冷機組，計算投資回收期約為3.0年，具有良好的投資收益率。

（2）3臺冷凍水泵的實測效率在41.6%～45.1%之間；3臺冷卻水泵的實測效率在48.6～55.5%之間，效率較低；建議將空調水泵統(tǒng)一更換為高效變頻水泵。

（3）在模擬夏季開啟2臺冷凍水泵的高峰負荷情況下，大部分空調器實測冷凍水流量未達設計流量。建議對冷凍水管路進行全面的清洗，所有Y型過濾器都拆開清洗，并根據(jù)空調器實測流量對管路進行水力平衡的調試。

（4）抽檢的8臺空調器中，只有3臺空調器風量達到了額定風量，其余空調器實測風量只有額定風量的65%～85%左右。部分空調器的電動二通水閥保持常開，空調器關機時，電動二通閥未連鎖關閉，容易導致“小流量、大溫差”現(xiàn)象。建議對部分風量偏離較大的空調器進行檢查，更換松動的皮帶。

綜合來看，90年代大規(guī)模建設的一大批采用中央空調的建筑，目前運行時間超過20年，空調系統(tǒng)普遍都存在設備老化、自控失靈、運行效率較低的問題，都面臨著空調系統(tǒng)升級改造的問題。對于這些建筑，建議首先對空調系統(tǒng)進行檢測評估，分析空調系統(tǒng)存在的問題，然后再提出合理的改造建議，不僅可以大大提高既有建筑的空調系統(tǒng)運行效率，節(jié)約運行能耗，而且也可以提高建筑室內人員的舒適度。