空调系统检测案例分析某洁净厂房夏季湿度不达标原因及解决方案

蔡怡桦

目前，暖通空调工程检测主要应用于公共建筑的节能工程验收。根据《公共建筑节能验收标准》GB 50411-2019中的规定，每当公共建筑工程验收前，需要对项目所使用的空调机组的系统风量、各风口的风量、机组的水流量、室内平均温度等参数进行抽查检测，以保证空调系统投入运行时，既保证节能环保又保证空调环境让人体感觉舒适。这当然是暖通空调工程检测非常重要的使用领域，不过笔者认为，暖通空调工程检测更应该应用于对一些使用状况不佳的空调系统的原因分析，并为空调系统的改造或改进提供依据。

一、项目概况

本工程为某项目洁净厂房工程，建设地点位于上海市浦东新区临港地区，总建筑面积23069m2。厂房内主要工艺房间温度要求为20℃±5℃，湿度要求为45%±15%，洁净度等级为8～9级。

项目空调冷负荷为3580kW，热负荷为2100kW。项目冷热源选用4台名义制冷量为913.7kW，名义制热量为566.4kW的风冷螺杆热泵机组，主机设置于屋面。空调水系统为两管制系统，采用一级泵差压旁通形式运行，冷、热水泵分别设置。冷、热水泵均为4用1备，与热泵机组采用连管的形式连接，流量与热泵机组一一对应。

洁净空调风系统主要采用组合式空调机组+高效净化机的形式。组合式空调机组安装在空调机房内，主要满足室内和新风的冷热湿负荷，风系统主要采用一次回风+再热的系统形式和二次回风系统，机组除湿主要采用表冷除湿；高效净化机安装在侧面夹墙内主要满足房间净化所要求的换气次数。其他空调区域风系统主要采用风机盘管（或吊顶式空气处理机组）+新风的形式。

该项目空调系统于2018年安装完毕，工艺设备尚未完全进场。2018年冬季进行了冬季工况的试运行，空调系统运行效果较为理想。但是该空调系统于2019年6月进行夏季工况试运行时，发现现场主要净化间均处于低温高湿状况，房间内洁净度满足要求，温度在18～20℃，相对湿度在62～74%，不能满足工艺要求。

设计院、施工单位、设备厂家等多方进行现场勘察后，发现冷冻水出水总管上温度计显示水温为9℃左右，而热泵机组显示出水温度为6.5～7.0℃。设计单位认为风冷热泵厂家冷水出水温度无法达到7℃是造成室内湿度无法下降的主要原因，同时由于工艺设备未进场，缺少对末端空气的“再热”也是形成“低温高湿”的主要原因。而设备厂家认为，自己设备的出水温度是符合要求的。因此，总包单位委托我单位对整套空调系统进行检测评估，找出问题原因，并提出改造建议。

二、图纸审查及现场勘察

在进行检测前，对整套空调水系统进行了图纸审查以及现场勘察，同时与热泵机组厂家、空调机组（包括自控）厂家技术人员沟通后，发现有以下几个关键点：

（1）现场洁净室处于空态，冷负荷较小，所以运行时仅开启2套热泵机组。

（2）1台热泵机组实际上为2台机组拼接（成为一套热泵机组），并且2台机组独立运行和加/卸载。

（3）图纸上，热泵机组进出口均设置电动阀，且自控说明中注明了连锁联动，而现场实际未安装电动阀门。整套制冷系统未设置群控系统。

（4）热泵机组根据回水温度控制启停和加/卸载，无法控制出水温度恒定。

由以上几点可以初步解释设计院和热泵机组厂家对于冷机出水温度的分歧。空调冷源系统图见图1。

图1 空调冷源系统图

由图1可以看出，当末端负荷较小时，回水温度较低，部分机组会自动停止工作，但是由于水泵不会连锁停止并且水路依然是流通的，部分冷冻回水未经过制冷就会直接和运行机组出口的低温冷冻水混合形成“混水”。举例来说，系统负荷较低，回水温度为10℃，系统仅开启了3#、4#机组。这时，3#、4#机组出水温度为7℃，而1#、2#机组由于水路依然连通，10℃的回水经过机组未经冷却，依然为10℃出水，经混合后，出水温度可能为8.5℃甚至更高。

三、方案制定

委托方要求对系统进行全面排查，找出所有影响夏季空调除湿效果的问题；同时工期较为紧张，客户要求一周内能得到检测分析的结果。通常，笔者认为影响空调系统运行效果的原因，主要从四大方面去分析：冷源、输配、末端、自控。

对于本项目，一方面由于该冷源系统未安装群控系统，另一方面自控系统的检测也相对复杂，因此在客户提供检测周期较短的情况下，检测工作方针为“以冷源和末端为主，兼顾输配系统”；至于自控方面，主要以和自控厂家沟通控制逻辑进行了解，并结合空调风、水系统的检测结果进行综合分析。

（1）冷源：由于项目起初的主要矛盾点就在于热泵机组的出水温度，因此首先需要对热泵机组出水温度进行检测。同时，对冷冻水的干管总流量和热泵机组的运行功率（包括COP）进行检测。这里必须要注意的是，由于上述提到的“混水”会影响整个系统的出水温度，要确定机组是否真正达到要求，就必须消除“混水”造成的影响。因此测试时，要求施工方配合，对热泵机组进行逐台检测。同时，关闭不开启的热泵机组所对应的水泵和热泵机组进出口的蝶阀。同时，末端也仅开启必要的机组，使末端的负荷比配一台热泵机组的冷量。

（2）末端：末端主要检测对象是组合式空气处理机组。组合式空气处理机组的性能主要就是空气动力性能和换热性能，因此本次检测的主要参数是空调机组的风量（包括送风量、新风量、回风量）、机外余压、供冷量、除湿量、再热量。其中，空调机组风量和机外余压为直接测量获得；供冷量、除湿量和再热量，均通过空调各功能段内空气的焓差计算求得。典型的空调机组内温湿度测点布置见图2。委托方指定了8台机组进行以上参数的检测。检测空调机组的同时，也对8台空调机组所服务的房间的温度湿度进行检测。

图2 空调机组温湿度测点布置图

（3）输配：输配系统主要检测空调水流量到末端后是否分配均匀，同时也检测空调水流到末端后水温是否达到要求。

四、检测结论及建议

1.空调冷源

关于空调冷源的检测结论及建议如下：

（1）结论：当没有“混水”的不利因素时，热泵机组出水温度可达到7℃甚至更低，但是出水温度不恒定，在6.5～8.0℃范围内波动。

（2）建议：由于工艺空调对于空调供水水温要求较为严格，原则上不应有太大波动，可更换热泵机组，使其出水温度恒定。同时，群控系统对于多台冷机组成的制冷系统至关重要，必须增设群控系统。

2.空调机组

关于空调机组的检测结论及建议如下：

（1）结论：被检测的8台空调机组中，除K1-19外，风量基本满足设计要求；由于室内负荷较低，供冷量和除湿量均小于设计值，但机组表冷后干球温度基本在11.6～12.8℃内，绝对湿度在7.45～8.14g/kg干空气范围内，这几乎是供回水为7/12℃的空调机组冷冻除湿后空气的极限数值了，若室内取23℃，55%，室内绝对湿度大约为9.63g/kg干空气，据了解正常工况下室内湿负荷不高，因此认为送风湿度是符合要求的，空调机组换热性能也是正常的。

（2）检测K1-19机组后发现，该机组送风量远远小于回风与新风量的和，且送风静压远高于设计值，同时该空调所服务的房间负压较高。初步判定为该空调机组送风段有堵塞或阀门异常关闭。对此建议为，对K1-19机组送风机和送风管段进行排查。

3.房间温湿度

关于房间温湿度的检测结论及建议如下：

（1）结论：被检测的8个洁净室中，室内温度17.5～19.3℃，相对湿度65.8～75.3%，查焓湿图可以发现，绝对湿度为8.73～10.26g/kg干空气。部分房间绝对湿度达到要求，可以通过提高再热量使室内温湿度达标，部分房间绝对湿度依然偏大。

（2）拓展结论：综合分析空调机组送风温湿度和房间室内温湿度后发现，有部分房间送风的绝对湿度要低于房间的室内绝对湿度。例如K1-13，服务于某实验大厅，将送风点O和室内点N在焓湿图上画出，见图3。

图3 K1-13送风与室内温湿度实测图（h-d）

从图3中可以看出，该房间的实际热湿比线倾斜，即该房间内有散湿源。然而，检测时室内不应有人或设备形成的大量湿负荷，因此造成这个结果的原因可能还需进一步判断。根据现场了解及判断，可能造成的原因有：①吊顶上方风管保温不严导致结露，冷凝水透过吊顶渗入室内；②测试时，房间未控制正压，走廊内热湿空气渗入室内。

4.输配系统

关于输配系统的检测结论及建议如下：

（1）结论：当仅开启一套冷源系统（一台热泵机组+一台水泵）和对应的末端（9台洁净空调机组，负荷与主机对应）时，空调末端水流量均低于设计值较多。同时，抽测了数台未开启的空调箱，和未开启末端的支干管，发现依然有较高的水流量。末端设备供水温度基本在6.5～8.2℃。

（2）根据以上可以判定，空调水管保温质量良好，空调水热损失较小。但是空调存在电动水阀未关闭或关闭不严的情况，导致空调冷冻水流入未运行的设备后又流回到主机，造成浪费以及运行的空调水流量不够。因此建议为，核查水路阀门，并进行水系统平衡调整。

五、总结

综上所述，当空调系统可能存在多种问题并存时，应该采用“控制变量”的思维模式，消除其他可能影响检测对象结果的因素。例如，在这个项目中，当主机缺少群控而产生“混水”，影响出水温度时，通过手动调节的办法，是主机单台运行，测定其供水温度；当空调机组由于输配的原因，导致水流量不够时，通过手动调节的方式，使水流量达到设计值的80～120%，再分析空调机组的换热性能。