与检测
四川省建筑设计研究院 赵娟1徐永军 侯文 梅力宸
四川川信物业管理有限责任公司 文涛 刘君漠
摘要介绍了成都市某公共建筑空调系统节能改造项目，通过现场诊断，发现风冷热泵机组、水泵等主要设备及管路均因年久存在重大问题和隐患，同时由于运行管理和控制系统的不完善，导致系统能耗进一步加剧。本团队对该建筑空调冷热源系统进行节能检测，得到机组进出口水温、机组及系统性能系数，对检测结果提出改造建议。 关键词公共建筑 节能改造 空调系统 热泵机组 循环水泵
Field diagnostic test about air conditioning system energy saving reconstruction of a public building in
Chengdu
By Zhao Juan, Xu Yongjun, Hou Wen, Mei Lichen, Wen Tao, Liu Junmo运维安全审计
A bstract Presents the air conditioning system energy saving reconstruction of the public building in Chengdu. Through field diagnostic test, the air-cooled heat pump units, water pumps and other equipment and piping are found existing serious problems and pitfalls because of long time operation.Also,the imperfect operational management and control systems intensify energy consumption. The team through the energy detection for the building air conditioning and cooling systems, get the import and export of water temperature of air conditioning units, coefficient of performance about air conditioning units and the air conditoning system, and then put forward reconstruction suggestions on the basis of the test results. Keywords Public building Energy saving reconstruction Air conditioning system Heat pump units Circulationg water pump
1赵娟，博士，610017 四川省建筑设计研究院，电话:(023)89319037,Email:**********************
1引言
变速箱取力器公共建筑是城市建筑的一种主要类型，这类建筑的总耗电量远大于住宅建筑的总电耗。预计2020年公共建筑的总面积将达到115亿m2，不足城镇建筑总面积15% 的公共建筑, 能耗却为我国城镇建筑总能耗的26% 以上[1, 2]。2005年7月1日开始施行的《公共建筑节能设计标准》对于建造节能型的公共建筑提出了技术方面的各项强制性要求[3]，但是由于现今我国缺乏公共建筑节能改造的成功经验[4], 节
能改造需要投入资金量较大, 改造后实施效果评价制度不健全等因素存在, 使得开展既有公共建筑节能改造面临诸多障碍[5, 6], 本文以四川省成都市川信大厦节能改造项目为例，通过现场测试，研究空调系统能耗特性，对该建筑提出节能改造方案，为该类型建筑的空调系统节能改造提供了可靠的参考。
2工程概况
川信大厦是成都市中心地段一综合楼。大厦地
下共2层，地上共37层，建筑总高度为133.7m ，为超高层建筑。总建筑面积为65749.51㎡，地下层为车库和库房，裙房为百货商场和证券公司，塔楼以上为高档写字楼。川信大厦外形如图1所示。
图1川信大厦外形图
本大厦空调系统划分为三个系统：低区（1~6层）、中区（7~19层）和高区（20~37层）。为了保证1~2层百货商场的空调效果，1~6层空调系统被改成2套系统：1~2层和3~6层。低区和中区的机组布置于裙房六层的屋面，高区则布置于顶层屋面。全楼一共设置风冷热泵机组11台，低区、中区和高区分别设置4台、3台、4台，采用英国约克活塞式风冷热泵机组，型号为AWHC —L200型：机组有2个压缩机，单台机组额定制冷量为674kW ，制冷输入功率为217kW 。单台机组额定制热量为611kW ，制热输入功率为212kW 。原设计机组额定工况下制冷性能系数为3.11，制热性能系数为2.88。
大厦空调系统自1998年3月正式投入运行，至今冷热源主机等设备现已严重老化，空调水管道锈蚀，故障频发，故机组运行效率大大降低，整个大厦空调系统制冷制热效果均远达不到大楼空调效果要求，还极大的增加了大楼空调系统运行能耗。 3 空调系统现场诊断
3.1 风冷热泵机组
改造之前活塞式风冷热泵机组如图2、
图3所示。
图2改造前风冷热泵机组室外布置图 图3改造前风冷热泵机组接管面
热泵机组主要存在以下问题：
①压缩机功率下降，机械故障频繁，电机线圈绝缘老化，导致电机线圈烧毁。目前，大部分机组只能启动一个压缩机。②蒸发器各部件老化程度严重，水流经过时引气铜管振动并产生碰撞，长时间碰撞导致铜管磨穿渗漏。③冷凝器铝翅片老化腐蚀，导致机组工作效率下降，耗电量增加，近三年来冷凝器转入高压工作状态时出现4
次铜管爆管。④四通换向阀体积较大，阀芯较重，易磨损，加之成都冬季湿度大，机
组制热时化霜频繁，更加剧磨损。⑤散热风机长期工作在户外环境，电机线圈及电机轴承易损坏，至今已修复损坏的散热风机15个。⑥机组管路系统处于户外环境，均不同程度出现老化，加之机组运行时的振动，管路经常出现裂纹、沙眼等，因而造成氟利昂制冷剂渗漏，每年均需花费3万元左右购买制冷剂。⑦电控系统元器件老化，从而导致控制、显示不准确，甚至造成控制板损坏，导致空调机组运行极不稳定。⑧该机组十年前就已停产，导致大部分零配件采购困难，能采购到的零配件价格也较昂贵，维修成本较高。
3.2末端循环水泵
经过计算，现有单台循环泵额定工况与实际单台机组额定流量差异如表1所示。
表1机组与水泵额定工况差异表
模式机组额定流量
（m³/h）
循环泵额定流
量（m³/h）
额定工况偏差
制冷116 100 -14%
制热105 100 -5%
从表1可以看出，原风冷热泵机组额定制冷、制热量均为674kW、611kW，其制冷、制热时额定水流量为116m³/h、105m³/h，而现有的循环水泵额定流量为100m³/h，即使水泵在实际运行时能达到额定工况参数，其流量仍小于机组额定流量，制冷和制热时偏差为-14%、-5%。在循环泵并联工况时，循环流量与机组额定差异会更大，使得机组流量更加偏小。机组流量偏小会影响机组的制冷、制热性能，在制冷时还可能发生换热器结冻的危险，应该引起重视。
大豆糖蜜3.3水系统存在的问题
3.3.1冷热源水系统
冷热源水系统均存在锈蚀、老化、堵塞的问题，主要问题如下：
（1）管道：管道内外均存在较严重的腐蚀现象，使得管道、过滤器、设备盘管等阻力增加，使得水泵能耗增加。管道内外
锈蚀作用使得管壁变薄，降低了系统使用安全性。如
图4、图5所示。
图4保温管道锈蚀状况图5管道杂质沉积状况
（2）保温层：大部分室外管道复合硅酸镁保温材料均受潮严重，加剧了管道的锈蚀，极大地降低了保温效果，如图6所示。而机房室内管道离心玻璃棉保温层受损严重，保温效果变差。
（3）阀门附件：大部分温度计、套管及压力表均锈蚀损坏，部分管道阀门被锈蚀不能拧动。导致管理人员难以对系统进行管理和维护。如图6所示。
侧安全气囊
家具保护垫
图6管道保温材料受潮 图 7管道阀门附件锈蚀状况
3.3.2 水系统压差旁通
循环泵进出口设置有压差旁通阀，但该压差旁通阀实际运行过程中并未启用。首先，压差旁通阀应安装于末端供回水干管之间，主要用于保证干管压差恒定和机组水流量恒定，安装于水泵供回水管之间并没有任何用处。其次，即使在关闭的状态下，该压差旁通阀仍有较大的内泄漏，极大的减少了水系统循环流量，影响机组的正常运行。
3.4 系统的运行管理
（1）机组和水泵运行台数：管理人员经常采用“一机对两泵”的运行方式，而为了防止水量过大，手动降低水泵的运行频率，其运行频率数值调整不一样。此种运行方式增加了水泵的运行能耗，通过机组的水量过大，也会加剧机组换热盘管的磨损。
（2）补水定压系统：冷热源系统中有补水泵和高位膨胀水箱。补水泵用于人为主观地补水和定压，高位膨胀水箱仅用于排气，造成循环水泵入口压力波动过大，系统运行压力不稳定。通过补水泵提升系统压力，以至于系统膨胀水箱的膨胀管接入点压力大于膨胀水箱与接入点的高差静压，当打开膨胀管上人为设置的阀门时，膨胀水箱向外反水，浮球阀被淹没，不能起到自动补水定压的作用。
（3）补水压力过大：中区（7~19层）空调系统的高位膨胀水箱位于20层，补水由屋顶生活水箱直接供给，由于高差形成的水静压约为0.61MPa ，
使得浮球阀不能正常工作，中区系统膨胀水箱无法投入使用，仅靠补水泵人为主观地补水和定压。
（4）过滤器未及时清洗，铁锈等杂质在过滤器内堆积，堵塞严重，使得管道内壁磨损，水系统水流量减小。
3.5 控制系统
川信大厦目前已设有一个系统监控平台，能实现机组、循环泵、控制阀门以及末端系统开闭功能，能实时监测系统供、回水温度和水压力。但该监控平台存在如下问题：①系统设备陈旧，操作反映较慢；②部分传感器精度低，数据监控不准确；③不能监测水系统各个设备功率、系统制冷量和制热量、水流量等参数；④没有数据统计和存储功能，不便于分析系统运行数据和改进运行模式。
4 现场节能检测
4.1 检测内容、检测设备及测点布置
川信大厦空调系统老化、锈蚀导致系统性能下降，室内热舒适度降低，为定量的分析和评估目前系统运行状况提供实测数据依据，四川省建筑设计研究院环境与新能源工作室设计人员于2013年10月9日~2013年10月11日对空调冷热源系统和室内外热湿环境进行检测。检测过程中采用的仪器如
表2所示。
表2检测使用仪器
序号 仪器名称 型号规格 测量范围 测量精度 1 手持式超声波流量计
TDS-100H
±32m/s ±1% 2 水银温度计
0~50℃
混凝土胶粘剂
±0.1℃
3 三相钳形数字功率表MS2203 0~600V
0~1000A 2级表
4 温湿度记录仪WS-TH23C2
温度：-20~60℃温度：±0.2℃湿度：0~100%RH 湿度：±1.0%RH
选取典型机组进行检测，检测对象为服务1~2层的4#风冷热泵机组和服务3~6层的1#风冷热泵机组，其系统流程原理如图8所示。
图8低区冷热源系统原理图
①进、出口水温检测：由于机组进出口温度计接口均被腐蚀损坏，无法插入温度计，故选取机组进出口温度传感器接口放置水银温度计。如图9所示。
②水流量检测：在风冷热泵机组进出口支管上有足够长的直管段，可以放置超声波流量计。按照超声波流量计的安装要求，剥离管道保护层和保温层，除去管道表面铁锈，打磨光滑，并涂抹耦合剂，安装超声波流量计。如图10所示。
③电功率检测：由于配电柜内线路大多裸露，部分线路存在老化的问题，绝缘性能降低，且电流较大，为保证检测人员的安全，此次机组和循环泵的电压、电流检测值均采用设备控制柜上的仪表显示数据。
开启风冷热泵机组和对应的循环泵，采用机组和循环泵一对一的运行模式，关闭其他未运行机组支管上的电动阀门，防止水流旁通未运行的机组，并将循环泵电流频率调整至工频50Hz，待机组运行稳定后，每隔5min读取一次以上数据，连续测试60min。
图9机组进、出口水银温度计放置位置图10超声波流量计实测安装
4.2检测结果及分析
从2013年10月10日至2013年10月11日分别对服务于1~2层的4#机组和服务于3~6层的1#机组进行了为
期三天的检测。4.2.14#机组检测与分析
2013年10月10日机组仅一台压缩机开启运行，图11显示了4#机组一台压缩机运行时机组参数变化。机组进口水温平均值为16.2℃，出口水温平均值为13.5℃，平均水温差为2.7℃。在测试时间内，室外气温平均温度为29.7℃，风冷热泵机组平均制冷性能系数为2.24，系统平均制冷性能系数为2.05。
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