空气处理机组的运行故障及其分析

谭爱华

(江森自控约克广州空调冷冻设备有限公司,广东清远511685)

在现代建筑中,为满足人们的生产、生活需要,中央空调系统几乎成为其中不可或缺的配置。中央空调系统已广泛应用于各类宾馆、写字楼、办公大楼、体育馆、生产厂房、商场、超市等几乎所有建筑物中。

在工程实际应用中,工程人员经常会遇到各类空调系统或设备故障。而其中空气处理机组的风量不足或过高现象出现的频率颇高。由于空气处理机组是中央空调系统中的重要设备之一,故此,笔者认为有必要对空气处理机组的风量问题进行归纳分析。以利于空调系统的正常运行,满足人们的生产、生活需要,下面介绍一些工程案例并进行分析说明。

1 案例说明与分析

1.1 案例一:东莞某电子厂空调项目

中央空调系统已安装完毕,但客户反馈该空调系统几乎不起作用,空调送风口风量低,有些送风口甚至没有风送出,这严重影响了该厂的生产活动。

笔者曾到现场勘查。首先,核查管路系统,检查管路系统是否畅通,风阀是否处于打开状态。检查发现,管路系统无异常。然后检查空调机组内部部件有无损坏,检查发现机组内部部件完好,没有损坏现象。

重新启动空调机组测量运行电流,结果发现,运行电流严重偏低,不及设计运行电流的一半。说明电机载荷过低,判定风机可能反转。点动检查风机运转方向,检查出故障确实为风机反转。

故障原因查明,解决此故障并不难。我们知道,要改变风机转动方向,只要改变电机的转动方向即可。而要改变电机的转动方向,只要改变电机三相电接线的任意二相的位置就行。

切断机组电源开关,将图1中电线L2与电线L3的位置交换。重新接线后,合上电源线开关,重新开启机组,风机运转方向变为正转。测量机组的风量,测得结果符合设计要求,空调系统正常运行。

图1 维修前电机接线图

事实上电机的电源接线方式在机组操作说明书(IOM)上都有明确的说明,风机的运转方向在机组上也有明确的标识。从此案例来看,空调工程安装及调试时,参阅操作说明书 (IOM)是十分必要的,也是非常重要的。

1.2 案例二:南昌某制药厂中央空调系统工程

工程刚峻工,在系统调试时,客户反映机组风量偏低。经现场戡查,测试机组风量确实偏低。然而管路系统畅通无碍,电气控制系统也无误。根据管路曲线与风机性能曲线关系[1],可知风量偏低,必定为系统风压增大引起。由于该项目为制药厂项目,对厂房的清洁度有很高的要求,每台机组都配有初、中、高效过滤器。遂查看过滤器,将初、中、高效过滤器抽出,发现过滤器已经严重脏堵,空气难于通过过滤器。经现场了解,工程人员在没有将工程现场完全清洁的情况下就开始开机调试机组,导致大量灰尘进入机组,堵塞过滤器。从而引起系统阻力增大、风量降低。

为验证故障是否由过滤器堵塞导致,更换其中一台机组的过滤器,将已脏堵的过滤器取出,换上相同规格型号的新的干净的过滤器。测试机组的风量,测试结果显示,风量值满足设计要求,机组恢复正常。以同样的措施处理其它机组,机组也都恢复正常运行。

正常情况下,机组刚运行不久,过滤器阻力较小,随着运行时间的延长,过滤器上的灰尘会逐渐积多,过滤器阻力逐渐增大,建议当过滤器阻力达到过滤器初阻力的两倍时,必需更换或清洁过滤器,以不影响空调设备的使用。工程安装过程中,必需保证工程现场清洁后,才能开机调试。对于有很高洁净要求的场所,在所有工程工作完成前最好不要先安装过滤器,以免工程施工时沾污过滤器。

1.3 案例三:广州大学城某教学大楼空调工程项目

大学城项目是当年在华南地区最大的中央空调工程之一。工程相关各方对此项目都极为重视,然而在空调系统调试时,出现大量机组风量过高的情况,风量一高,噪声也会增大。

经核查机组本身并没有问题,管路系统也符合最初的工程图纸。经认真核实,发现问题出在风管管路系统阻力计算上。以其中一台机组为例,设备选型参数为:设计风量:15000m3/h,设计风压:300Pa。但核算管路系统,实际风管阻力只有200Pa。相当于安全系数加大为1.5。推测原因,可能是此为重大项目,暖通设计师为保证不出现风量不足的情况,加大了风管管路系统阻力的安全系数。

按风量15000m3/h,机外余压200Pa,重新核算风机转速为650r/min,低于300Pa时的738r/min,将电机带轮直径减小可降低传动比,使风机转速降低到650r/min。整改措施:更换电机带轮,将直径为90的电机带轮更换成直径为80的带轮。更换后,开机重新测试,风机转速降低到约为655r/min,风量降为15000m3/h。空调系统运行恢复正常。

1.4 案例四:北京某软件开发公司空调项目

该公司空调系统所有空气处理机组都设置于大楼屋顶,属于室外机组。中央空调系统安装工程完工后,进行系统调试,发现总空调风量偏低。只达设计风量值的80%(16000m3/h)左右。接到客户投诉,设备方技术人员到工程现场核查。逐一对各相关环节核查,风阀正常,处于开启状态;风管管路系统畅通,核算最不利环路[2]管路阻力值,未发现设计有误;管路系统的可能故障排除。问题就只能是在设备上了。检查风机运转情况,状况良好;检查过滤器状态,过滤器干净无阻塞情况。后仔细检查设备与设备设计图纸资料,发现工程方在空调机组的空段内自行加装了一板式湿膜加湿器,如图2、图3所示。正是这加湿器导致空调机组阻力比原设计阻力值增大,从而系统风量会降低。湿膜加湿器阻力约150Pa。

图2 机组结构示意图

图3 液膜加湿器图

最初的选型参数,设计风量:20000m3/h,设计风压:350Pa。根据这些参数,机组配置为:#500风机,3kW电机,风机转速为726r/min,风机吸收功率为2.49kW。由于客户在机内加装了湿膜加湿器。风压增加了150Pa。要解决现在的问题,就必需以风量20000m3/h,风压:350Pa+150Pa=500Pa来核算匹配。经核算风机转速为810r/min,风机吸收功率为3.1kW。

整改措施:(1)将电机由3kW更换成4kW电机。(2)更换电机带轮,增大其直径以增大传动比,使风机转速由726r/min提高到810r/min。更换后测试机组风量,风量达到20000m3/h。满足工程要求。

此案例反映,工程方或业主如擅自变更或在机组设备内加装零部件,往往容易产生问题,给机组运行带来麻烦。

1.5 案例五:东莞某机电设备厂项目

该空调项目系统较为简单,然而空调系统工程完工调试时也反馈风量不足。现场核查情况,风机运行情况正常,无反转现象;空调设备只有一级初效过滤器,过滤器清洁无脏堵现象。检查结果:空调设备正常。再核查风管管路系统,风阀状态正常,管路系统也畅通。遂开始核算管路系统阻力设计值是否正确。核算时发现,工程现场实际安装的风管与风管设计图纸不符,如图4所示。原设计风管管路如图4虚线部分为直管段,工程施工时,发现风管管路与建筑横梁有 “打架”现象,为绕过横梁,实际施工时空调风管多绕了几个弯道。这样实际的管路系统阻力自然就增大了,系统空调风量就会下降。

图4 风管管路示意图

故障解决方法,核算实际风管管路阻力,结果比原设计值高出约50Pa。以实际风压核算风机转速为765r/min,比原设计转速高了约60r/min。更换风机带轮,减小风机带轮直径。提高传动比,使风机转速提高至765r/min。更换后测试风量值。测试结果风量满原设计要求。工程问题得以解决。

2 理论分析

上述案例除一外,都是由于管路系统阻力变化(这里将空调设备当做管路系统的一个组成部分进行分析),从而导致系统风量变化。根据风机的气动性能我们知道,对于给定的风机,其性能曲线与风管管路曲线关系是一定的。

图5为风机的性能曲线与管路曲线的关系图。其中L0为设计管路曲线,L1为高阻管路曲线,L2为低阻管路曲线,L为风机性能曲线。当实际管路曲线与设计管路曲线一致时,设计风量等于实际风量,设计风压等于实际风压,空调系统正常。当实际管路曲线与设计管路曲线不一致时,如图5中所示,若实际管路曲线变为高阻管路曲线L1,此时实际风压为P1,实际风量为Q1;设计风压为P0,设计风量为Q0,从图5中可看到,风压P1＞P0,而风量Q1＜Q0;即实际风压增大,系统风量会降低。若实际管路曲线变为低阻管路曲线L2,此时实际风压为P2,实际风量为Q2;从图5中还可看到,风压P2＜P0,而风量Q2＞Q0;即实际风压降低,系统风量会增大。

在工程中如果实际管路曲线发生了变化,我们可以采用实际核算得出的风量、风压参数,利用风机选型软件重新核算选配风、电机。也可根据风机的相似定律及比例定律来校核,根据风机比例定律可知风量 (Q)与转速 (N)及风机风压 (P)的关系:

式中:

Q1,N1,P1为当前状态工作点的风量、风机转速与风机风压。

Q2,N2,P2为所需状态点的风量、风机转速与风机风压。

通过核算后重新匹配风机、电机及皮带轮,使得机组满足工程变化的需要,从而化解工程现场问题。

3 结论

综上所述,空调系统的风量变化,往往与系统的风压 (风管系统阻力)变化有密切关系。当实际管路系统风阻增加时,实际风量会降低,不能满足空调工程要求;当实际管路系统风阻降低时,实际风量会增大,噪声、能耗也会增加,同样不能满足工程要求。

空调系统的设计、设备设计制造、工程安装、系统操作等各个环节对空调的最终使用都有重大影响。要使中央空调系统良好运行,不但需要好的空调设备,还需要好的系统设计,良好的工程安装,专业的操作维护。正如业内人士所说,中央空调系统,三分设备,七分安装维护。

[1]蔡增基.流体力学 泵与风机[J].北京:中国建筑工业出版社,1999

[2]薜殿华.空气调节[J].北京:清华大学出版社,1991