摘?要：在系統(tǒng)介紹空調(diào)系統(tǒng)測量方法和檢測要求后，以夏熱冬冷地區(qū)辦公建筑為例，對空調(diào)系統(tǒng)各組成設(shè)備進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果表明制冷機(jī)組和水泵耗能嚴(yán)重，其他設(shè)備運(yùn)行良好。針對這種情況，提出了增加冷凍供回水溫差的措施及對冷凍水泵進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。該方法為提升空調(diào)運(yùn)行能效和節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用具有重要意義。

關(guān)鍵詞：空調(diào)系統(tǒng);溫差;冷水機(jī)組;能耗

伴隨著社會的快速發(fā)展和生活水平的逐年提高，人們對室內(nèi)舒適性環(huán)境的需求越來越高?？照{(diào)系統(tǒng)作為空氣調(diào)節(jié)的裝置，運(yùn)行使用過程中存在大量能量消耗。同時，它也具有較大的節(jié)能空間，尤其是制冷機(jī)組和水泵。通過對空調(diào)系統(tǒng)各個設(shè)備進(jìn)行檢測，不僅可以準(zhǔn)確判斷它們的運(yùn)行情況，還能為后期設(shè)備的升級改造提供科學(xué)依據(jù)，有助于節(jié)省運(yùn)行成本，降低系統(tǒng)能耗。

1?測量方法

工程上，空調(diào)系統(tǒng)能效的測定主要采用實(shí)測法，即通過直接測定空調(diào)系統(tǒng)各個部分的運(yùn)行參數(shù)。一般情況下，對設(shè)計空調(diào)系數(shù)的各項(xiàng)參數(shù)可采用如下設(shè)備進(jìn)行：溫度檢測可采用溫濕度記錄儀、風(fēng)速采用風(fēng)速儀、流量可以采用超聲波流量儀、壓差可采用微壓差計、壓力可采用壓力分析儀或直接讀取機(jī)組壓力表讀數(shù)、功率可采用鉗形數(shù)字功率表進(jìn)行、制冷機(jī)組采用專用的測試設(shè)備等。

1.1?室內(nèi)平均溫度的檢測方法

如果建筑物采用集中供暖系統(tǒng)或者集中空調(diào)系統(tǒng)，則溫度的測試區(qū)域需要根據(jù)不同系統(tǒng)分區(qū)進(jìn)行選取，形式相同系統(tǒng)按照20%的比例進(jìn)行抽檢，且房間數(shù)量不得低于房間總數(shù)的10%。若建筑物分散供冷或供暖，則需要進(jìn)行溫度檢測的房間數(shù)按總數(shù)10%比例進(jìn)行抽取。特別是三層及以上建筑物需要設(shè)置三個以上檢測點(diǎn)，按照地面一層、二層和最頂層分散布置，且檢測溫度地點(diǎn)通常在人員經(jīng)?；顒拥膮^(qū)域范圍內(nèi)，以距離地面高度為0.7～1.8m范圍內(nèi)為佳，同時避免在陽光直射區(qū)域和有輻射影響或出風(fēng)風(fēng)口等位置布置溫度記錄儀。監(jiān)測點(diǎn)位置數(shù)量需要按照相關(guān)的規(guī)范要求進(jìn)行。一般空調(diào)制冷和供暖能力的測定，分別安排在夏季最熱月和冬季最冷月進(jìn)行，檢測時間間隔要超過30分鐘，中間不能間斷，最短時間為6小時。

1.2?冷水機(jī)組的性能檢測方法

冷水機(jī)組檢測有COP系數(shù)檢測和輸入功率檢測，其中輸入功率檢測采用功率檢測工具按規(guī)程操作即可，COP系數(shù)檢測按照相關(guān)要求進(jìn)行。抽取機(jī)組的數(shù)量按照如下規(guī)定：當(dāng)同種型號機(jī)組數(shù)量在2臺以下（含2臺），檢測數(shù)量應(yīng)為1臺機(jī)組以上;超過2臺同種型號機(jī)組應(yīng)同時抽取2臺或2臺以上機(jī)組進(jìn)行檢測。在持續(xù)測量60分鐘后，將時間間隔為5～10分鐘的讀數(shù)累加求平均值得出最終結(jié)果。檢測供回水溫度差時，可同步檢測供回水溫度，其中流體應(yīng)充滿管道，應(yīng)在離機(jī)組供回水進(jìn)出口較近處設(shè)置檢測位置。在機(jī)組出口遠(yuǎn)離局部阻力長直管段上或進(jìn)口處設(shè)置流量傳感器時，管段應(yīng)在無閥門的長直管段上預(yù)留后5D前10D的距離。進(jìn)行水管路連接時，應(yīng)根據(jù)被試機(jī)組水量選擇合適的水路，且不用將一側(cè)管路上的閥門關(guān)閉。當(dāng)打開水泵，確保水管無漏水后，需對測試管路進(jìn)行保溫，保溫厚度至少30mm。

1.3?水泵和風(fēng)機(jī)的檢測方法

循環(huán)水泵進(jìn)行效率檢測，利用超聲波流量計和電力分析儀多次測量的結(jié)果累加求出平均值作為最終檢測結(jié)果，每次讀數(shù)間隔是5～10分鐘，至少連續(xù)測量1個小時。

檢測參數(shù)是效率，通常會進(jìn)行多次測量，取累加的結(jié)果的平均值作為最終值。在多次測量時，相鄰兩次讀數(shù)的時間間隔是連續(xù)測量時間在1個小時以上。

檢測風(fēng)機(jī)樣品數(shù)量按照20%的總量進(jìn)行，對于風(fēng)量不同的空調(diào)機(jī)組，每種不同風(fēng)量風(fēng)機(jī)應(yīng)最少抽取1臺進(jìn)行檢測它的單位風(fēng)量耗功率。風(fēng)量采用風(fēng)管風(fēng)量法檢測時，需要同步測量電機(jī)輸入端輸入功率，同時需保證風(fēng)量壓出端風(fēng)量值至少是吸入端風(fēng)量值的20倍。

當(dāng)動壓小于10Pa時，應(yīng)該在風(fēng)管直管段上選取合適截面利用數(shù)字式風(fēng)速計檢測。檢測斷面位置距離上游局部阻力應(yīng)該大于5倍管徑，距離下游局部阻力應(yīng)該大于2倍管徑[1]。對于矩形風(fēng)管截面而言：當(dāng)短邊與長邊的比值大2/3時，在界面上最少布點(diǎn)為25個，若長邊長度超過2米，則需要在6條縱線上布置30個點(diǎn)以上即每條縱線上至少有5個點(diǎn);若截面的長邊與短邊之比不小于15時，則在截面上至少應(yīng)布置30個點(diǎn)（6條縱線，每個縱線上5個點(diǎn)）[2]。

1.4?供回水溫差及冷源的檢測方法

在進(jìn)行供回水溫差及冷源檢測時，溫度記錄裝置應(yīng)同步進(jìn)行，時間保持一致。盡量保證溫度監(jiān)測點(diǎn)在進(jìn)出口附近，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，否則應(yīng)采取保溫措施，以降低熱量損失造成的數(shù)據(jù)誤差最小。對于預(yù)留溫度計預(yù)留孔洞的，可在孔洞中重新注入導(dǎo)熱油來測量水溫，否則應(yīng)將一定計量精度的熱電偶貼片貼在供回水管道外壁，并在測點(diǎn)周圍覆蓋保溫層，防止熱量疏散導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

需要不間斷測量1小時以上，每隔一段時間讀取讀數(shù)一次，需要測量6～12次，取所測結(jié)果平均值為最終值。通常采用巡檢儀同步檢測流量、供回水溫度和室內(nèi)環(huán)境溫度等數(shù)值，且可實(shí)時記錄并保存多組數(shù)據(jù)。該儀器具有儲存功能，可用于后期對節(jié)能狀況進(jìn)行比對分析。

1.5?冷源系統(tǒng)能效系數(shù)檢測

節(jié)能檢測規(guī)范規(guī)定，按照節(jié)能檢測規(guī)范要求，對于冷源系統(tǒng)獨(dú)立的空調(diào)系統(tǒng)需要進(jìn)行能效系數(shù)檢測，并以多次累加求平均值作為最終值，其中每次讀數(shù)間隔為5～10分鐘且需要連續(xù)測量1個小時以上。

2?檢測依據(jù)

檢測依據(jù)是判定空調(diào)設(shè)備是否節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)。按照先個體后系統(tǒng)整體的原則，對各組成設(shè)備進(jìn)行逐一判定，有助于確定單體設(shè)備的耗能情況，從而為整個系統(tǒng)節(jié)能降耗的實(shí)施提供參考依據(jù)。

2.1?溫度檢測依據(jù)

溫度檢測結(jié)果必須符合在夏季以設(shè)計溫度為基準(zhǔn)，在它附近-1℃～2℃之間波動。如果設(shè)計沒有該要求，應(yīng)按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50189的規(guī)定進(jìn)行。

2.2?冷水機(jī)組檢測依據(jù)

當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時，它本身的運(yùn)行負(fù)荷最低限值應(yīng)為額定負(fù)荷的80%，并需持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，同時系統(tǒng)負(fù)荷最低限值為系統(tǒng)運(yùn)行最大負(fù)荷的60%。水冷機(jī)組冷水出口水溫應(yīng)在6℃～9℃之間，水冷機(jī)組冷卻水進(jìn)口水溫應(yīng)在29℃～32℃之間[3]。當(dāng)冷水出水溫度以7℃為基準(zhǔn)時，冷水出水溫度在它附近以-1℃～2℃幅度波動;當(dāng)冷卻水進(jìn)水溫度以32℃為基準(zhǔn)時，冷卻水進(jìn)水溫度以-3℃～0℃幅度波動，現(xiàn)場檢測工況滿足或相對優(yōu)于機(jī)組額定工況。

2.3?水泵和風(fēng)機(jī)檢測依據(jù)

水泵效率檢測值最低限值為該設(shè)備銘牌值的80%。風(fēng)機(jī)單位風(fēng)量耗功率應(yīng)不大于單位風(fēng)量耗功率限值。

2.4?供回水溫差及冷源檢測依據(jù)

當(dāng)檢測時應(yīng)保持冷水量穩(wěn)定，檢測工況最小值應(yīng)為冷水機(jī)組負(fù)荷的80%數(shù)值時，則冷水供回水溫差應(yīng)為4℃以上且大于設(shè)計溫差的80%。

3?案例評價

3.1?項(xiàng)目概況

以夏熱冬冷地區(qū)某辦公大樓為例，該建筑由14層主樓和7層裙樓組成，其中在裙樓地下一層設(shè)置了兩臺螺桿式冷水機(jī)組，供回水溫度為7/12℃，在裙樓的7層屋頂與冷水機(jī)組對應(yīng)設(shè)置兩臺逆流式冷卻塔，2臺冷凍水泵與2臺冷水機(jī)組一對一配置，且采用一次泵變流量系統(tǒng)。與冷水機(jī)組一一對應(yīng)各設(shè)2臺冷卻水循環(huán)泵，冷卻水的供回水溫度32/37℃，冷卻水系統(tǒng)工作壓力為600KPa，空調(diào)末端采用風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)機(jī)組形式，具體配置的主要設(shè)備見表1。

3.2?檢測結(jié)果

（1）按照室內(nèi)溫度檢測要求，分別抽檢了四種不同類型房間，其中抽檢的辦公室面積分別為17.5m2、25m2、28m2，抽檢的會議室面積分別為40m2、50m2、56m2，抽檢的兩個教室面積均為120m2，餐廳的面積為98.7m2。所有抽檢房間均達(dá)標(biāo)。具體檢測數(shù)據(jù)如表2。

（2）按照螺桿式冷水機(jī)組的檢測要求規(guī)定：2臺同種型號機(jī)組，應(yīng)至少抽取1臺機(jī)組進(jìn)行檢測。經(jīng)抽檢其中一臺，所得性能參數(shù)的測試結(jié)果見表3。經(jīng)檢測：該型機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷占60%的額定負(fù)荷，檢測結(jié)果不達(dá)標(biāo)。

（3）水泵性能檢測。通過實(shí)測冷凍水泵和冷卻水泵的流量、揚(yáng)程和功率，通過計算其實(shí)測效率均接近或高于銘牌值的80%，符合相關(guān)規(guī)范要求。具體檢測數(shù)據(jù)見表4。

（4）風(fēng)機(jī)性能檢測。在對風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和輸入功率檢測后，確定風(fēng)機(jī)性能達(dá)到規(guī)范設(shè)定要求，具體數(shù)值見表5。

3.3?測試結(jié)果分析及改造建議

3.3.1?空調(diào)末端裝置

對夏季室內(nèi)溫度檢測結(jié)果表明，室內(nèi)溫度基本能滿足設(shè)計要求，同時滿足室內(nèi)舒適要求，室內(nèi)空調(diào)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)正常，未出現(xiàn)異常噪聲，室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)開關(guān)設(shè)置溫度滿足節(jié)能要求。

3.3.2?冷水機(jī)組

冷水機(jī)組的運(yùn)行能效偏低。在實(shí)際運(yùn)行中，冷凍水平均供水溫度為8.07℃超過設(shè)計溫度7℃，回水溫度為1067℃低于設(shè)計溫度12℃，冷凍水平均供回水溫度均高于設(shè)計工況，這說明機(jī)組的蒸發(fā)溫度高于設(shè)計溫度，冷凝溫度低于設(shè)計溫度。從實(shí)測數(shù)據(jù)來看，冷凍水的最大溫差為3℃，最小溫差為1.7℃，且機(jī)組的供冷量在276.3～551.8kW之間。經(jīng)測算，正常情況下僅需一臺機(jī)組就能滿足運(yùn)行制冷需要。但是，末端負(fù)荷降低導(dǎo)致其中一臺制冷機(jī)組關(guān)閉，存在一部分冷凍水由關(guān)閉的冷機(jī)旁通，冷機(jī)的出水溫度上升[4]，最高溫度達(dá)到12.1℃。同時，由于末端的水閥沒有調(diào)節(jié)功能，而且末端也沒有旁通，供回水溫差小也是由冷凍水和冷卻水的流量過大造成的。從實(shí)測數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，冷凍水的流量基本恒定，并沒有隨負(fù)荷變化而改變。進(jìn)一步擬合冷凍供回水的溫差和冷水機(jī)組COP值可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫差越大，對應(yīng)的COP值就越大，具體見右圖。解決問題的關(guān)鍵就是提高冷凍水的供回水溫差和冷凍水量隨負(fù)荷改變而變化。因此，當(dāng)備用制冷主機(jī)處于閑置狀態(tài)時，確保旁通閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

冷水機(jī)組結(jié)垢嚴(yán)重。經(jīng)查閱該主機(jī)參數(shù)可知：蒸發(fā)器側(cè)水頭損失為54kPa，冷凝器側(cè)水頭損失為48kPa。通過實(shí)際檢測該機(jī)組蒸發(fā)器和冷凝器側(cè)水頭壓差均高于額定值，且經(jīng)目測發(fā)現(xiàn)機(jī)組長期未清洗，集聚了大量水垢、污泥等，嚴(yán)重影響了機(jī)組的COP值。解決辦法是機(jī)組應(yīng)該按照操作規(guī)程，定期對系統(tǒng)進(jìn)行清洗，確保機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)良好。

3.3.3?水泵的選型不當(dāng)

雖然冷凍泵與系統(tǒng)管道的阻力比較匹配，但是冷凍泵和冷卻泵的選型不當(dāng)，與冷機(jī)并不匹配，導(dǎo)致了供回水的溫差較小，流量過大。以全年最熱的七月為例，冷水機(jī)組的最大供冷量為551.8kW，若選定介質(zhì)溫度變化的幅度為5℃，根據(jù)水泵流量公式[5]計算得冷凍水泵流量為9478m3/h，僅為單臺冷凍水泵額定流量的67.7%。由于水泵在改變轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速與流量成正比，且轉(zhuǎn)速的平方與立方分別與養(yǎng)成和軸功率成正比，故通過降低水泵轉(zhuǎn)速同步降低其流量和軸功率，避免電動機(jī)過載并節(jié)約能耗。解決辦法是水泵系統(tǒng)加裝變頻調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)速度。

3.3.4?冷卻塔

冷卻塔的記錄數(shù)據(jù)比較少，以其中一次記錄數(shù)據(jù)為例，當(dāng)室外空氣的濕球溫度為30.73℃，冷卻塔的進(jìn)水溫度為36.1℃，出水溫度為32℃。根據(jù)冷卻塔效率的計算公式[6]可知效率為76.4%。冷卻塔的效率較高，建議對冷卻塔填料進(jìn)行更換，冷卻塔進(jìn)出水上增設(shè)電動水閥[7]，進(jìn)一步提升其效率。

3.3.5?其他改造建議

建議對空調(diào)系統(tǒng)增設(shè)自動控制裝置，能隨終端負(fù)荷變化自主調(diào)節(jié)，避免人為操作不當(dāng)引起能量耗損，比如設(shè)置電動二通調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)進(jìn)入風(fēng)機(jī)盤管的進(jìn)水量。同時應(yīng)做好技術(shù)資料的記載整理工作，及時對空調(diào)運(yùn)行季節(jié)能耗情況進(jìn)行統(tǒng)計，作為運(yùn)行調(diào)整的依據(jù)，挖掘節(jié)能潛力。在此基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)行運(yùn)行異常情況分析判斷，查找異常點(diǎn)并及時解決，保證系統(tǒng)處于良好運(yùn)行態(tài)勢。

空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行能效測定與評價一方面可以檢測系統(tǒng)在設(shè)計階段的初始選型設(shè)備的能耗水平，另一方面可以對實(shí)際運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行評估，掌握它的整體運(yùn)行狀況?？照{(diào)系統(tǒng)經(jīng)過長期的運(yùn)行，均存在設(shè)備老化、運(yùn)行能效低下等問題，尤其是“大流量小溫差”現(xiàn)象比較普遍。這除了與空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計選型不當(dāng)有關(guān)外，還存在運(yùn)行使用過程中自控閥門失靈、結(jié)垢嚴(yán)重等問題。定期對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行檢測評估，不僅可以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題，指導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化，還可以進(jìn)一步提升空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能效，提升節(jié)能水平，避免不必要的能源浪費(fèi)，促進(jìn)資源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

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基金項(xiàng)目：湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“暖通空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能效優(yōu)化研究”（B2018490）階段性成果

作者簡介：劉成（1981—?），男，漢族，湖北荊州人，碩士，講師，研究方向：決策分析和暖通空調(diào)教學(xué)研究。