建筑中央空调系统运行故障诊断及节能影响

张 璐 孙长富 邹道忠 王小军

（深圳市节能与资源综合利用专家联合会 广东深圳 518000）

引言

随着节能工作的深入，中央空调系统节能技术如变频节能、智能集中控制节能、冷凝器在线清洗等，具有多样、成熟、效益显著等特征，得到广泛应用，是各类型建筑节能改造的重点。在开展中央空调系统节能评估、节能诊断、能源审计过程中，发现不仅仅是技术节能，管理节能也非常有效，通过系统运行过程中的故障诊断和持续维护管理，低投入也会带来较大的节能效益，现将某办公大楼中央空调系统运行故障诊断及节能影响作为案例分析。

1 工程概况

某办公大楼，建筑面积约29000 m2，空调面积约16300m2，包括地上17层和地下3层，1至17层为办公楼，地下1至3层为停车设备用房，大楼于2007年投入使用。

空调冷源系统共配置2台离心式冷水机组，并联运行，配套3台冷冻水泵、3台冷却水泵、3台冷却塔，冷冻水泵并联运行，两用一备，冷却水泵并联运行，两用一备。设备参数配置如下。

表1 冷水机组参数表

表2 水泵及冷却塔参数表

冷源系统原理图如下：

图1 冷源系统原理图

空调系统末端采用风机盘管加新风系统，其中2层、3层楼采用新风机和空调组合风柜，其余楼层采用新风机和风机盘管。

2 空调系统节能勘察遇到的问题

对该办公大楼进行节能评估时，业主工作人员和运行人员均反馈，大楼空调系统存在诸多问题，所供冷量无法满足需求，节能改造实施单位评估空调系统无节能空间。6月下旬对该办公大楼进行现场详细的现场勘察工作，发现该办公大楼空调系统确实存在大量问题，表现如下：

（1）两台冷水机组同时运行一段时间，一台冷水机组频发报警停机，仅一台冷水机组运行，供冷效果差，时常需要强行运行两台冷水机组；

（2）2楼所有新风机和风柜运行，大厅室内温度高；

（3）部分办公室风机盘管运行，但室内温度高；

（4）大楼室内封闭，大部分楼道和公共区域闷热。

3 现场勘察检测问题诊断原因

3.1 空调供冷量理论分析

根据大楼暖通竣工图，空调面积16300m2，夏季设计冷负荷2810kW（800RT），大楼实际配置两台冷水机组，每台冷水机组冷量为400RT，即1406.8kW，则计算大楼单位面积理论供冷负荷为172W/m2，远远超过深圳市要求的单位冷负荷低于120W/m2。因此大楼中央空调系统配置冷水机组供冷量应能满足空调冷负荷需求，不需要增加冷水机组。

3.2 冷水机组同时运行报警停机原因分析

冷水机组在2台同时运行时，其中1台主机经常报警，冷冻水流量不足，导致该主机停机。由于两台冷水机组无法长期同时运行，大楼内办公区域经常投诉闷热，每天强行开机数次，冷水机组运行能耗高，但无法解决问题

现场勘查2台主机同时运行时，已开3台冷冻水泵，每台主机的冷冻水设计流量为242m3/h，每台冷冻水的额定流量300m3/h，测量冷冻水泵电参数发现其已过载运行，流量可能超过额定流量，那么3台冷冻水泵所供冷冻水远远超过2台主机所需流量，并且主机通过冷冻水量低于设计流量50%以上才会报警，根据此情况，推测2台冷水机组之间存在严重的水力不平衡，方才导致该问题。

在详细勘查发现，2台冷水机组的冷冻水回水管入水口安装有手刷强磁过滤器，但手刷已经锈死，无法清洁冷冻水中杂质。现场开启2台冷水机组同时运行，将其中1台冷水机组冷冻水进出口阀门关小50%，能改善报警缺水现象。也验证了2台主机之间存在严重的水力不平衡。再询问业主单位和运行人员，2台冷水机组已2年未进行人工通炮等维护保养。

分析极可能其中1台冷水机组的冷冻水回水管过滤器已堵塞，同时2台冷水机组之间存在严重的水力不平衡，导致了该台冷水机组长期缺水报警并停机。

3.3 冷冻水旁通导致冷水机组COP严重偏低

现场勘查冷水机组缺水报警问题时，发现冷水机组冷冻水出水温度偏高，对冷源系统进行全面勘查和检测。

对分水器与集水器之间的压差旁通进行详细勘察，发现电动压差旁通阀两侧的手动阀均打开，而电动旁通阀并联管段配置的手动蝶阀打开，冷冻水从分水器持续回流到集水器。

通过改变各楼层新风机和风机盘管运行情况，确定部分风柜和风机盘管冷水阀由全开变为关闭，即模拟空调末端需求未达到满负荷状态，技术人员手动将旁通管并联管的手动阀关闭，观察二十分钟，冷冻水泵出水口压力表显示压力变化，正在运行的1#冷水机组显示参数变化，其中冷冻水进出水温差从2℃升高到3℃，冷冻水干管流量也发生变化，但是电动压差旁通阀指针无变化，电动阀无动作，基本可判断电动压差旁通阀故障，为运行安全，运行人员将压差旁通阀并联管手动阀长期开启，该空调系统一直存在冷冻水旁通现象。

依据《公共建筑节能检验标准》，在运行人员配合下，在厂商对冷水机组进行维护保养，并加雪种后，对2台冷水机组进行检测，每台冷水机组检测时，将另一台冷水机组进出水手动蝶阀关闭，确保两台冷水机组之间无旁通现象。

表3 1#冷水机组运行参数测量

表4 1#冷水机组测量数值分析表

根据冷水机组的制冷量和性能系数（COP）公式计算。

参考《公共建筑节能检测标准》（JGJT177-2009）标准，取冷冻水进出水总管测量温度平均值（不包含测量时间3数据）计算1#冷水机组COP值，

Q0=237.78×1000×4.2×（10.954-8.850）/3600=583.67kW

Ni=300.13kW

COP=583.671/300.13=1.94

1#冷水机组COP为1.94。

根据《公共建筑节能设计标准》4.2.10条规定：采用电机驱动的蒸气压缩循环冷水（热泵）机组，其在名义制冷工况和规定条件下的性能系数（COP），水冷离心式冷水机组名义制冷量大于1163kW小于2110kW，夏热冬暖地区（深圳属于该区域）COP应达到5.70。而实测COP仅1.94。

按照测量时间3的数据进行测算，冷冻水进出水管旁通阀手动全部关闭，冷水机组COP明显提高。

Q0=403.87*1000*4.2*（13.16-10.207）/3600=1391.399kW

Ni=313.902kW

COP=1391.399/313.902=4.43

旁通阀关闭后，1#冷水机组制冷量可达到1391kW，COP可达到4.43，尽管比设计标准的5.70要低，但制冷性能系数已大幅提升，供应同样冷量所消耗电能大幅降低。

由此可见冷冻水长期旁通的严重性：大量冷冻水供水直接通过旁通阀到回水管，冷冻水短路，冷量浪费严重，冷水机组能耗大效率低。

3.4 空调末端闷热原因分析

根据物业管理人员反映，空调机组和新风机组存在不少故障和噪音大的问题。本次现场勘察，向物业管理人员了解是否存在部分区域较热区域，物业反馈17楼、12楼、2楼公共区域较热，进行现场测量，测量数据如下表所示。

现场测量室外温度30.7℃。

其中17楼新风机出风口温度18.4℃，属于正常范围，新风机供走廊和房间新风，测量走廊和办公室内温度较低，空调供冷效果良好。

12楼新风机出风口温度24.0℃，说明新风送风温度高，可能引入的室外空气未有效冷却，由于新风机冷水阀在封闭的石膏板内，无法检测，测量新风机冷冻水进出水壁温，进水管壁温12.2℃，出水管壁温23.5℃，说明冷冻水未流经新风机表冷段，推测冷水阀存在异常，或新风机的冷冻水进出水管之间存在堵塞，需人员拆除石膏板，检查冷水阀或检修该段水管。

12楼图书馆内出风口温度均较高，风机盘管开关已全部打开，结合初次勘察发现风机盘管电动二通阀存在问题，推测图书馆内风机盘管仅风机运行，有风速，但电动二通阀一直关闭，表冷段未有效冷却导致出风口温度高。

11楼新风机在走廊的出风口温度15.5℃，新风送风温度较低，11楼走廊温度明显较低，空调供冷效果良好。

2楼空调风柜为大厅供冷，大厅内温度在26～27℃，说明大厅冷却效果不佳，进一步测量空调风柜表冷段温度25℃左右，说明表冷段未有效冷却，无冷水进入表冷段，空调风柜仅送风，无冷风导致大厅冷却效果不佳。测量风柜冷冻水供水管温度10.3℃，最低温度9.7℃，出水管温度22.0℃，再检查空调风柜的冷水阀，拆下后发现控制信号线未接，物业人员现场将信号线连接上，冷水阀阀杆动作，一段时间后，再次测量冷冻水进出水管壁温，温度不变，空调风柜表冷段温度也未变化，说明冷冻水依然未流经空调风柜表冷段，需要关闭空调风柜冷冻水进出水管手动阀，进行逐段拆除检查是否存在堵塞点，并检查冷水阀阀芯是否打开，具体工作需要物业或空调维修公司开展工作。

4 故障处理和节能影响

该大楼中央空调系统运行过程中故障点较多，导致空调系统未能有效供冷，目前空调系统节能改造无法实施；

通过现场故障诊断，分析空调系统故障原因：（1）空调系统冷冻水管的清洗和过滤网维护工作未有效进行，导致末端系统部分新风机冷水阀入口管道堵塞，冷冻水未能供至新风机，即新风机未将冷量供至办公区域；（2）末端部分风机盘管电动二通阀失效，保持关闭状况，未将冷量供至办公区域；（3）两台冷水机组之间冷冻水管未进行水力平衡调试，或水管内有大量堵塞，导致一台冷水机组冷冻水供水不足，频繁缺水报警；（4）由于末端系统冷冻水管堵塞和风机盘管电动二通阀失效，末端系统冷冻水进出水管压差大，需要进行冷冻水管的旁通调节，而电动压差旁通阀失效，手动旁通阀一直运行，大量冷冻水供水直接通过旁通阀到回水管，冷冻水短路，冷量浪费严重，冷水机组能耗大效率低。

根据故障诊断分析，运行人员进行全面的空调系统运行维护工作，尤其是水管和过滤网清洗，并更换电动二通阀和部分风机冷水阀，更换电动压差旁通阀和手动蝶阀，第二年夏季空调系统一般仅运行一台冷水机组，即可保证办公大楼空调区域供冷，办公人员反馈供冷效果良好，在减少冷水机组运行数量和时间的情况下，供冷得到保证，即室内环境温度达到设计标准，空调系统能耗降低。

结语

通过现场勘查和检测该大楼空调系统运行参数，发现诸多运行维护问题，由于这些运行维护问题，影响了空调系统运行性能，能耗高但供冷效果差。

实地检测找到问题所在后，进行冷冻水管网和过滤器的清洗，更换失效电动阀等，有针对性地解决运行故障后，该大楼空调系统运行稳定，供冷效果良好，同时，同时空调系统能耗降低，有效节能。