上海建科建筑節(jié)能技術(shù)股份有限公司 董國強(qiáng)

    【摘  要】既有公共建筑用能系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，運(yùn)行多變，存在各種使用問題，需要根據(jù)實(shí)際使用需求，對其進(jìn)行深入的運(yùn)行診斷，開展針對性調(diào)適工作。本文以上海市某五星級賓館為案例，介紹了該項目如何對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行診斷和按需調(diào)適，通過提升主機(jī)性能、調(diào)節(jié)二次冷凍水平衡、調(diào)整水泵頻率、空調(diào)末端整改等措施，降低了用能系統(tǒng)能耗，提高了用戶舒適度。以此案例闡明了在目前廣泛應(yīng)用的建筑綜合節(jié)能改造措施外，用能系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)適也是實(shí)際應(yīng)用需求大、作用大的節(jié)能措施。

    【關(guān)鍵詞】調(diào)適；既有公建；建筑節(jié)能；運(yùn)行問題

    【基金項目】本文受國家科技支撐計劃課題《既有公共機(jī)構(gòu)建筑機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)適和能效提升關(guān)鍵技術(shù)研究》支持，課題編號2017YFB0604004

Abstract：The systems of existing public buildings is complex, and always have various use problems. It is necessary to carry out the thorough operation diagnosis and the commissioning according to the actual use demand. Here is a commissioning case of a five-star hotel in Shanghai.It introduces how to diagnose and adjust the operation of the air conditioning system. In the case, the performance of the central air-conditioning was improved, the balance of the chilled water was adjusted, the frequency of the pump was adjusted and the air conditioner was rectified. By carrying out those methords, the energy consumption of the hvac system is reduced and the comfort of the room is improved. This case shows the great effect of the commissioning of the building and system . As another energy-saving methord, the commissioning has a huge space for development.

0 前言

   上海市公共建筑類型多、面積大，截至2016年底，全市公共建筑總面積達(dá)30879萬m²。根據(jù)國家節(jié)能減排工作要求，上海市大力推進(jìn)既有公共建筑綜合節(jié)能改造，通過更換高效的空調(diào)、照明、供熱等設(shè)備，降低建筑能耗，十二五期間，上海市既有公建節(jié)能改造工作開展順利，完成了400萬平米公共建筑節(jié)能20%以上的目標(biāo)^[1] 。

    公共建筑用能設(shè)備復(fù)雜、運(yùn)行工況多變，由于實(shí)際運(yùn)行工況與設(shè)計條件存在偏差、施工質(zhì)量不到位、運(yùn)行管理水平低等諸多因素，導(dǎo)致投入使用年數(shù)不長甚至是新投入使用的用能系統(tǒng)存在明顯的運(yùn)行問題，嚴(yán)重制約了用能系統(tǒng)的性能，導(dǎo)致好系統(tǒng)、好設(shè)備沒能發(fā)揮出好性能。由于節(jié)能改造主要更換重要設(shè)備，業(yè)主盡管存在節(jié)能需求，但又無法接受節(jié)能改造模式，導(dǎo)致部分項目節(jié)能工作陷入僵局，阻礙了既有公共建筑節(jié)能工作的深化拓展。與節(jié)能改造恰為互補(bǔ)，既有公共建筑用能系統(tǒng)調(diào)適技術(shù)正適用于上述情況的建筑，對于建筑投入使用年數(shù)較短、設(shè)備性能較好的既有公共建筑，調(diào)適技術(shù)的核心在于，在不改動或者少量改動原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)、優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，讓設(shè)備運(yùn)行在最優(yōu)的狀態(tài)點(diǎn)，充分發(fā)揮設(shè)備本身應(yīng)有的性能，從而解決建筑用能系統(tǒng)的運(yùn)行問題，降低建筑能耗，提高末端舒適度。本文將通過對某賓館空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)適，介紹調(diào)適項目的工作內(nèi)容和產(chǎn)生的節(jié)能、舒適效果。

1 項目概況

    上海某五星級賓館建成于2000年，客房共190間，面積約2.7萬m²，地上為16層，地下3層，其中第6至16層為客房，1至5層主要為酒店大堂、餐飲、會議、健身房等，地下層為車庫、物業(yè)辦公、設(shè)備機(jī)房等。

    賓館原空調(diào)系統(tǒng)使用3臺大容量螺桿式冷水機(jī)組，2017年初經(jīng)節(jié)能改造，使用3臺小容量磁懸浮變頻冷機(jī)替代1臺螺桿機(jī)，提高了冷機(jī)能效。磁懸浮機(jī)組裝機(jī)容量基本可滿足夏季大部分時間和過渡季建筑空調(diào)冷負(fù)荷需求，螺桿機(jī)僅在高溫天氣輔助使用。空調(diào)冷凍水系統(tǒng)為二次泵系統(tǒng)，一次泵定頻運(yùn)行，二次泵可根據(jù)建筑負(fù)荷變化變頻運(yùn)行；冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)均定頻運(yùn)行。賓館客房采用風(fēng)機(jī)盤管+新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，公共區(qū)域采用定風(fēng)量全空氣空調(diào)系統(tǒng)。該空調(diào)系統(tǒng)還供應(yīng)8號宴會樓（面積約500m²）空調(diào)冷水，空調(diào)冷凍水系統(tǒng)圖如下：  

    空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)見下表。

    本建筑空調(diào)系統(tǒng)原設(shè)計選型偏大，盡管賓館實(shí)施了設(shè)備改造，更換了小容量的磁懸浮機(jī)組，降低了冷機(jī)能耗，但空調(diào)冷站整體運(yùn)行效率仍偏低，十幾年的運(yùn)行使用使其它空調(diào)設(shè)備性能衰減；水泵大馬拉小車、能耗浪費(fèi)；部分管路閥門損壞、無法起到調(diào)節(jié)功能，空調(diào)二次水系統(tǒng)失調(diào)，加上風(fēng)系統(tǒng)問題導(dǎo)致大堂和宴會廳等重點(diǎn)區(qū)域的空調(diào)舒適性差。這些運(yùn)行問題不僅導(dǎo)致空調(diào)能耗上升，而且影響了住客的使用，僅憑傳統(tǒng)的節(jié)能改造是不能解決的，需要進(jìn)行細(xì)致的系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)適，挖掘設(shè)備潛力、提升運(yùn)行性能，改善空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。借助賓館近兩年進(jìn)行設(shè)備節(jié)能改造和室內(nèi)重裝修的時機(jī)，項目組向賓館提出用能系統(tǒng)調(diào)適的建議，分析實(shí)際運(yùn)行情況和使用需求，優(yōu)化用能系統(tǒng)的設(shè)計，解決設(shè)備和控制系統(tǒng)的運(yùn)行故障，提高系統(tǒng)能效。

2 空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行診斷

    為了解空調(diào)制冷系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行性能，項目組在調(diào)適前對冷站夏季典型工況運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了檢測，測試當(dāng)天室外溫度33.6℃，相對濕度61.3%RH，測試數(shù)據(jù)如下表。經(jīng)檢測，制冷系統(tǒng)調(diào)適前實(shí)際運(yùn)行能效為2.9，運(yùn)行效率低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行能效有待提升，具備較大調(diào)適空間。

    針對冷站綜合運(yùn)行能效低的問題，項目組對制冷系統(tǒng)進(jìn)行了深入的檢測、分析，診斷冷站運(yùn)行問題，確定的原因主要有：

    （1）磁懸浮機(jī)組未發(fā)揮性能優(yōu)勢

    主機(jī)性能是影響制冷系統(tǒng)綜合能效的重要因素，檢測主機(jī)的運(yùn)行工況，由于使用板式換熱器制取冷水，磁懸浮機(jī)組蒸發(fā)器阻力大于常規(guī)機(jī)組，調(diào)適前實(shí)測單臺機(jī)組的冷凍水流量僅有63m³/h，小于額定流量90 m³/h，而此流量下蒸發(fā)器阻力卻已達(dá)到11m。

    磁懸浮主機(jī)冷凍水流量偏小，一是會導(dǎo)致蒸發(fā)器換熱管冷水側(cè)換熱效率降低，引起機(jī)組COP降低；二是在高溫季二次水供回水溫度有控制要求的情況下，一次水流量偏小，會導(dǎo)致主機(jī)供回水溫差變大，回水溫度有要求時，需要降低一次水供水溫度，高溫天氣磁懸浮冷凍出水溫度降低至6℃，降低了主機(jī)COP；三是易致磁懸浮主機(jī)無法正常穩(wěn)定運(yùn)行，高溫天氣磁懸浮冷機(jī)出水溫度設(shè)定低，冷機(jī)啟動后轉(zhuǎn)速迅速提升，由于冷凍水流量小，出水溫度易迅速降低，冷機(jī)低溫保護(hù)、停機(jī)，故部分高溫天氣需要開啟螺桿機(jī)保障空調(diào)需求。

    （2）3#螺桿機(jī)冷卻水旁通

    目前夏季主要運(yùn)行3臺磁懸浮機(jī)組，部分高溫時刻增開3#螺桿機(jī)，但3#螺桿機(jī)不開啟時冷卻水管路閥門卻未關(guān)閉，大量冷卻水旁通，未引起運(yùn)維人員的重視。經(jīng)測試，螺桿機(jī)冷卻水旁通時，制冷系統(tǒng)一半的冷卻水從螺桿機(jī)旁通，磁懸浮機(jī)組的冷卻水流量偏低，平均流量為89m³/h，低于額定流量107m³/h。冷卻水系統(tǒng)一半的流量從螺桿機(jī)管路旁通，一是導(dǎo)致磁懸浮機(jī)組冷凝器的冷卻效率降低，主機(jī)COP損失；二是冷卻泵流量大，功耗浪費(fèi)。

    （3）二次冷凍水旁通、流量偏大

    為掌握二次水系統(tǒng)運(yùn)行狀況，對二次水系統(tǒng)總流量和供回水溫度進(jìn)行長期監(jiān)測。夏季二次冷凍泵運(yùn)行2臺，高頻運(yùn)行，最大流量達(dá)到462 m3/h，平均流量約為420m3/h；供回水溫差在1.3~3℃之間，平均溫度約為1.7℃，遠(yuǎn)低于冷凍水系統(tǒng)設(shè)計溫差5℃。二次水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)屬于典型的大流量小溫差，水泵能耗浪費(fèi)。

    為更深入查找二次水系統(tǒng)大流量小溫差的原因，對各支路運(yùn)行狀況進(jìn)行長期監(jiān)測，掌握了各樓層冷凍水流量和供、回水溫度，發(fā)現(xiàn)目前空調(diào)二次水系統(tǒng)水力嚴(yán)重失調(diào)，一層空調(diào)需求大，冷凍水溫差為3.4~5.1℃，而高區(qū)客房層的冷凍水溫差偏小，9層的溫差僅為1.4~2.4℃，其它樓層的冷凍水溫差也是參差不齊；個別重點(diǎn)區(qū)域的空調(diào)末端水流量嚴(yán)重不足，西餐廳一個吊頂空調(diào)箱的空調(diào)水溫差在8.4~10.1℃之間，不能滿足使用。夏季高溫天氣為保證賓館這些區(qū)域的空調(diào)需求，只能提高二次供水壓力，增大這些末端的流量，二次泵運(yùn)行頻率不能降低，導(dǎo)致二次水系統(tǒng)一直大流量小溫差運(yùn)行，水泵的輸配系數(shù)低，而一次側(cè)3臺磁懸浮機(jī)組額定流量只有270 m³/h，一次泵定頻運(yùn)行，檢測磁懸浮主機(jī)實(shí)際總流量只有190 m³/h，多于一次水流量的冷凍水從一次側(cè)和二次側(cè)之間的旁通管流走，旁通流量大于一次側(cè)總流量，二次泵能耗嚴(yán)重浪費(fèi)。 

    （4）過渡季時制冷系統(tǒng)沒有合理利用室外冷源

    由于沒有安裝免費(fèi)供冷板換，在過渡季節(jié)空調(diào)制冷系統(tǒng)不能使用室外自然冷源直接取冷，仍需開啟主機(jī)制冷，增加了主機(jī)能耗。從賓館工程部了解到，在每年的3、4、11月份，大樓同時供冷供熱，空調(diào)冷負(fù)荷較低，只有內(nèi)區(qū)部分客房內(nèi)溫度稍高，少數(shù)客人需要空調(diào)供冷，冷負(fù)荷也不大，但是需要開啟空調(diào)冷水機(jī)組進(jìn)行供冷。這些月份室外空氣的濕球溫度一般都比較低，可以安裝免費(fèi)供冷板換，通過冷卻塔直接取冷，減少冷水機(jī)組的運(yùn)行時間達(dá)到節(jié)能。

    （5）室內(nèi)部分區(qū)域環(huán)境舒適度差

    在對空調(diào)制冷系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行診斷的同時，項目組對賓館室內(nèi)熱舒適性進(jìn)行了測試，評估室內(nèi)空調(diào)效果。測試室內(nèi)溫濕度，賓館大部分區(qū)域室內(nèi)溫度基本在24℃以下，相對濕度基本滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；但現(xiàn)場調(diào)研時賓館管理人員反映大堂、宴會廳等區(qū)域的空調(diào)效果差，夏季高溫時室內(nèi)溫度偏高，測試結(jié)果也反映了低區(qū)公共區(qū)域溫度比高區(qū)客房溫度稍高，一層大堂部分區(qū)域的溫度達(dá)到了25℃，高于大部分五星級酒店的夏季空調(diào)設(shè)定溫度。

    針對大堂、宴會廳等區(qū)域室內(nèi)舒適度差的問題，對末端設(shè)備、管路和調(diào)控閥門進(jìn)行詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)空調(diào)箱送風(fēng)量嚴(yán)重不足，實(shí)測大堂空調(diào)箱的送風(fēng)和回風(fēng)量僅有9000 m³/h，遠(yuǎn)低于機(jī)組額定值21000m³/h，深入檢查發(fā)現(xiàn)：一是大堂內(nèi)部分風(fēng)口為假風(fēng)口，并未接通風(fēng)管，大堂實(shí)際送風(fēng)口少，前臺區(qū)域送風(fēng)少、人員多，工作人員反映偏熱；二是檢查空調(diào)箱，新風(fēng)管路關(guān)閉，空調(diào)箱進(jìn)風(fēng)減少；內(nèi)部表冷器臟堵，阻力上升，機(jī)外余壓降低，送風(fēng)量減少；空調(diào)箱風(fēng)量小，導(dǎo)致出風(fēng)溫度為12～13℃，低于露點(diǎn)溫度；三是大堂氣流組織差，靠近玻璃幕墻的送風(fēng)口送風(fēng)吹向幕墻，送風(fēng)直接被幕墻加熱，對大堂內(nèi)區(qū)空調(diào)效果差；大堂側(cè)門經(jīng)常開啟，無組織新風(fēng)增大大堂空調(diào)負(fù)荷和相對濕度，濕熱天氣出風(fēng)口易結(jié)露。

3 運(yùn)行調(diào)適與后評估

    根據(jù)對賓館空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行評估和對運(yùn)行問題的診斷結(jié)果，選擇了合適的解決辦法進(jìn)行調(diào)適，并對調(diào)適后運(yùn)行狀況進(jìn)行后評估，確認(rèn)調(diào)適效果。

    3.1 空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)適

    3.1.1 磁懸浮加裝冷凍水增壓泵

    針對磁懸浮機(jī)組冷凍水流量偏小的問題，本次調(diào)適根據(jù)機(jī)組蒸發(fā)器阻力和流量需求，加裝了1臺冷凍水增壓泵，專門用于提高磁懸浮機(jī)組的供水壓力，增大冷凍水流量至額定流量。

    安裝增壓泵后，測試3臺磁懸浮的冷凍水總流量為263m3/h，各臺主機(jī)冷凍水流量都達(dá)到了額定流量90 m3/h的要求，提高了磁懸浮機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性，大幅減少了螺桿機(jī)的使用，檢測磁懸浮運(yùn)行能效可提高至5.6，遠(yuǎn)高于螺桿機(jī)已衰減的能效，節(jié)約了冷機(jī)制冷電耗。

    3.1.2 關(guān)斷冷凍、冷卻水旁通

    賓館冷站調(diào)適前存在兩處旁通，在調(diào)適過程中依次關(guān)斷。

    （1）關(guān)斷螺桿機(jī)冷卻水旁通

    螺桿機(jī)只在高溫時段增開1臺，大部分時間停機(jī)，但停機(jī)時3#螺桿機(jī)冷卻水旁通。本次調(diào)適將3#螺桿機(jī)冷卻水關(guān)斷，磁懸浮機(jī)組冷卻水流量平均值從89.2m³/h上升到111.4m³/h，達(dá)到額定流量要求。冷卻水總流量從537.7m³/h減少到334.2m³/h，相應(yīng)實(shí)際運(yùn)行功率大幅減小。磁懸浮冷卻水流量增大后，冷凝器換熱效率上升，冷機(jī)運(yùn)行能效得到提升。

    （2）關(guān)斷冷凍水一次側(cè)和二次側(cè)旁通

    由于二次水流量遠(yuǎn)大于一次水流量，冷凍水大量旁通。本項目通過對二次水系統(tǒng)水力平衡和二次泵運(yùn)行頻率的調(diào)適，顯著降低了二次水總流量，并在旁通管上加裝截止閥，關(guān)斷旁通，實(shí)現(xiàn)了一次水和二次水的平衡。關(guān)斷冷凍水旁通后，可實(shí)現(xiàn)的節(jié)能效果有：

    a.降低了二次冷凍泵的頻率和功耗，二次泵運(yùn)行頻率調(diào)整前運(yùn)行水泵2臺，頻率47Hz，合計功率37.6kW，流量445m3/h，調(diào)整后運(yùn)行水泵2臺，頻率35Hz，合計功率20kW，流量330m³/h。

    b.沒有一次水和旁通水的混水現(xiàn)象后，磁懸浮機(jī)組出水溫度就是二次水供水溫度，可提高主機(jī)出水溫度。二次水系統(tǒng)調(diào)適前夏季供水溫度為8℃左右，調(diào)適后，高溫天氣主機(jī)出水溫度至少可由現(xiàn)在的6℃提升到7.5℃，過渡季可根據(jù)室外溫度再提升出水溫度至8℃以上，進(jìn)一步提升主機(jī)的COP。將磁懸浮機(jī)組出水溫度由6℃提升到7.5℃后，磁懸浮冷機(jī)效率提升到6.5以上。

    3.1.3 加裝免費(fèi)供冷板換

    本次調(diào)適在冷站加裝了免費(fèi)供冷板換，在過渡季節(jié)和夜間，當(dāng)室外空氣的濕球溫度比較低時，使用冷卻塔低溫回水直接與空調(diào)冷凍水換熱供冷，減少冷水機(jī)組的運(yùn)行時間以節(jié)能。本項目在室外濕球溫度16℃以下時可開啟免費(fèi)供冷模式，通過對過渡季免費(fèi)供冷板換運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測，得到免費(fèi)供冷板換供冷量，換算1臺磁懸浮平均運(yùn)行負(fù)載約為20%，節(jié)約了磁懸浮和冷凍泵能耗。

    3.1.4 空調(diào)末端調(diào)適

    針對室內(nèi)部分區(qū)域的舒適度差的問題，本項目采取如下的調(diào)適措施：

    （1）二次水系統(tǒng)平衡調(diào)適

    通過以下措施調(diào)適二次水系統(tǒng)平衡，實(shí)現(xiàn)空調(diào)冷凍水的按需分配：

    a.根據(jù)各樓層流量和供回水溫差監(jiān)測數(shù)據(jù)，在流量偏大的客房層及其它樓層加裝減壓閥，降低樓層總流量，并在客房內(nèi)風(fēng)機(jī)盤管供水管加裝孔板，限制、平衡各房間運(yùn)行流量，控制供回水溫差至4~5℃；

    b.在大堂及其它空調(diào)冷量需求大的空調(diào)箱處加裝增壓泵，增加其冷水流量，增大空調(diào)箱的供冷量；

    c.檢修、增加水系統(tǒng)各支管電動閥，當(dāng)宴會等特殊區(qū)域空調(diào)停止使用時，切斷水路，防止部分末端不合理使用帶來冷量浪費(fèi)、減少管道散熱損失，降低二次水總流量、減少水泵功耗。

    （2）空調(diào)箱整改

    通過清洗空調(diào)箱表冷器，解決表冷器臟堵帶來的換熱和堵風(fēng)影響，增加表冷器換熱量和風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量，增大室內(nèi)的供冷量。清洗后，經(jīng)檢測，空調(diào)箱送風(fēng)量由9000m3/h上升到12000m3/h，室內(nèi)舒適度得到了改善。

    （3）室內(nèi)氣流組織改善

    在大堂進(jìn)行裝修時，通過合理分布送風(fēng)口、調(diào)整送風(fēng)方向、將部分假風(fēng)口聯(lián)通風(fēng)管送風(fēng)等措施，改善了大堂內(nèi)空調(diào)氣流組織，提升空調(diào)舒適度。

    3.2 調(diào)適后評估

    賓館完成全部空調(diào)制冷系統(tǒng)調(diào)適后，在與調(diào)適前相近的天氣狀況下，調(diào)適后空調(diào)制冷系統(tǒng)平均運(yùn)行效率為3.7，高于調(diào)適前的運(yùn)行效率2.9，冷站綜合能效經(jīng)調(diào)適提升27.6%，節(jié)能效果明顯。空調(diào)制冷系統(tǒng)調(diào)適后運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)如下表。

4 結(jié)論

    賓館空調(diào)系統(tǒng)調(diào)適項目實(shí)施后，取得了以下幾方面的效果，可以看出建筑運(yùn)行調(diào)適的實(shí)用性，可廣泛推廣、應(yīng)用于既有公建的節(jié)能運(yùn)行。

    （1）提升空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能效  通過對冷機(jī)、水泵、二次水系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)適，將制冷系統(tǒng)典型工況的運(yùn)行能效從2.9提升到3.7，綜合能效提升了27.6%，并提升了制冷系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

    （2）降低空調(diào)系統(tǒng)能耗  空調(diào)系統(tǒng)的能效提升產(chǎn)生較好的節(jié)能效果，經(jīng)檢測評估，本文所述空調(diào)系統(tǒng)調(diào)適措施節(jié)能量達(dá)到35.9萬kWh，節(jié)能率合計為4.1%，年節(jié)約電費(fèi)30多萬元，節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益可觀。

    （3）提高室內(nèi)空調(diào)舒適度  通過對二次水系統(tǒng)水力平衡調(diào)適、空調(diào)箱和室內(nèi)空調(diào)氣流組織的整改，解決大堂、宴會廳等重點(diǎn)區(qū)域空調(diào)效果差的問題，提升了室內(nèi)舒適度。

參考文獻(xiàn)

    [1] 沈定亮，沈立東.《既有公共建筑節(jié)能改造技術(shù)與應(yīng)用指南》. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017年

    備注：本文收錄于《建筑環(huán)境與能源》2018年10月刊總第15期（第21屆暖通空調(diào)制冷學(xué)術(shù)年會文集）。
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