某中央空调系统运行管理及设计优化
摘要：总结了某大楼的中央空调系统运行中表现出的制冷机配置、软水装置维修困难、夏季利用蒸汽凝结水为冷水系统补水不合理等问题，分析了设计方面的原因，本着经济、实用、方便维修和操作的原则提出并实施了设计优化方案，对新方案的运行情况进行了总结认为改造后的系统流程更加简单合理，操作难度降低，节能效果明显。
1．工程概况
某银行洛阳分行办公楼为一高层建筑。该办公楼地上24 层，地下2 层，建筑面积18000 平方米，空调面积16000 平方米，其中负二层为设备层，负一层为车库，一至二层为营业大厅，三层以上为机关办公室。采用风机盘管加新风的中央空调系统，制冷机等设备集中设于设备层的制冷机房内，末端设备分设于各层。系统于1994 年11 月安装完毕并正式投入运行。
首次设计的制冷空调系统包括的主要设备有：2 台1163KW 蒸汽双效式溴化锂制冷机， 2 台板式换热器，2 台冷却塔，均为一用一备；1 套软化水设备 ，4 台冷水泵、3 台冷却水泵，20 台空气处理机，424 台风机盘管。系统冷/热源采用城市热网提供的蒸汽作为动力。制冷/采暖共用1 套水系统，系统补水通过设置在设备层的凝结水箱进行，冷却水系统通过五楼平台上的软水补水箱进行补水。
图1 系统流程图
2. 该中央空调系统存在的问题
在该系统多年的使用中，逐渐显现出一些问题。其中主要反映在：
2.1 制冷机本身制冷量不足
系统需冷量随时间变化较大，制冷机配置不够理想造成制冷量不足的原因是多方面的：一方面在制冷机选型之初，根据城市热网提供的参数，主机选用的额定供汽压力为0.6 MPa ，但由于种种原因，夏季热网实际所供压力仅能达到0. 15-0.25MPa，由于供汽压力偏低，溶液循环量较小，在夏季负荷高时制冷量不足，出水温度过高，办公室达不到预计温度，影响了办公环境的舒适性。另一方面，机组在2001 年后出现真空性能下降，制冷量进一步衰减，制冷效果不尽人意。
该办公楼节假日时只有一楼的营业大厅对外营业，其余楼层均不办公，而为了保证良好的营业环境和办公设备的正常运行，节假日时制冷机也必需开启，此时制冷系统负荷很小。为了解决这一问题，我们曾经采取间断增开一些末端设备来提高负荷的措施，造成了部分能源的浪费；在负荷实在太小的情况下，只能停止主机运行，只开冷水泵进行冷水循环，等负荷上升到一定程度，再根据需要开制冷机，这样一来，又会给办公环境的舒适稳定造成一定的影响，并且进一步加大系统运行管理的复杂程度。
2.2 软水装置维修困难
由于洛阳地区水质较硬，该系统设计选用了1 套组合式软化水设备。该设备由两个离子交换罐、一个盐箱、一台盐泵及相应的管件和阀门组合而成,流量为12 m3/h。自来水经过该设备处理生成软化水，然后分为两路，一路送至设备层的凝结水箱，为冷水系统初次灌水及补水之用；一路送到五楼的软化水箱，为冷却系统补水。最初设计时自来水是由一台管道泵打入软水设备的，由于该套设备的连接管件和阀门均为工程塑料，耐压程度低，自来水泵入设备时管件漏水严重，同时水流速度过快，对树脂层扰动较大，起不到应有的效果。后来将管道泵改装在软水出水管道上，解决了对树脂层的扰动问题，但因为软水设备需频繁操作，管件、阀门容易出现损坏、漏水等问题，而当地无此类型号的产品配件，原生产厂家又已破产关闭，维修问题始终得不到很好的解决。
2.3 夏季利用蒸汽凝结水为冷水系统补水不合理
原有设计中，凝结水箱的作用是回收换热器或制冷机凝结水，用于系统补水。这一想法对应于冬季运行是可行的，充分利用了凝结水的能效。但在夏季如使用凝结水为冷水系统补水，因水温较高，尽管每次系统的补水量不大，仍相应提高了冷媒回水温度，增大了制冷负荷，造成能源浪费。
3. 改造方案
基于以上情况，决定改造中央空调系统，改造方案本着经济、实用、方便维修和操作的原则进行。改造分为以下几步：
3.1 以1 台电制冷机取代1 台溴化锂制冷机
经过认真分析认为，该地区夏季蒸汽用户较少，汽压偏低 ，价格较高，以蒸汽为动力制冷，难以满足要求，且不经济。而当地电能充裕，价格适当，电制冷机制冷效率较高，运行可靠，因此确定以1台电制冷机替换1 台溴化锂制冷机，另一台溴机作为备用。制冷量为1163 KW 电制冷机及溴机运行费用比较如表1 所示。由表1 可知电制冷机组年运行费用190944 元,溴化锂制冷机年运行费用216263.52 元,节约25319.52 元/年.(在选择电制冷机组时，主要考虑选用制造技术成熟，产品质量稳定可靠，负荷调节范围较大，机组维修管理便捷，与原系统衔接工程量较小的产品。同时考虑到溴机的使用寿命和办公楼可能会增加一些负荷，在设备选型时制冷量有所放大。)
经过比较分析，最终选用了30HXC400AF 水冷螺杆式机组。该机组制冷量为1392KW，调节范围从10%-100%，部分负荷时效率较高。机组由二个制冷回路组成，每个回路为2 个压缩机机头，即使一个回路发生故障，另一回路仍可运行，大大缓解了故障停机影响。此外，由于螺杆式机组的系统装置较简单，易损件少，运行可靠，故障项目数远少于活塞式和离心式机组，故障发生率相应降低，减少了维护保养工作量，提高了产品使用寿命。该机组的最大启动电流为890A,运行电流为489A，变压器为两台630 kvA，单台额定电流为900 A，当前负荷为500 A 左右，能够满足电制冷机的运行要求，不需要另外增容。为方便改造起见，经与厂家商量，将机组的1 根主进线电缆分为2 根，分别与1#变、2#变相接，减少了工程量。
该机组冷却水284 m3/h（30℃～35℃进/出水条件下），原溴机配用的冷却塔循环水量为400 m3/h，水泵流量为315m3/h，与该机组基本匹配，因此冷却塔及冷却水泵不做变动，只须对连接管路相应调整即可；冷媒水流量为245m3 /h（7℃～１２℃出/进水条件下），冷媒水原有的水泵为4 台多级泵，单泵流量为100 m3/h ，扬程为54 米，功率30KW，无论两台泵或三台泵并联运行均与现有制冷机不匹配，同时根据测算，扬程为26 米水柱时已经能够克服系统的阻力，因此将其中两台改为45KW 泵，流量为320 m3/h，扬程为32 米，如只运行电制冷机时，这两台泵1 用1 备；另两台泵保留，与溴化锂制冷机对应。
3.2 更换软化水设备并调整相应管线
软化水设备因阀门频繁开关引起的漏水问题无法解决，因此更换4t 全自动软化水设备一台。原系统中软水出口管道上安装了1 台管道泵，在此次改造中，将管道泵移至水箱底部出口，软水利用余压进入凝结水箱，再泵入五楼软化水箱，为冷却水系统补水，五楼软水箱增设了电水位计控制管道泵启停。这样，凝结水箱在夏季起到了软化水箱的作用，分别为冷水及冷却水系统灌水及补水，解决了补水温度过高的问题，在冬季软化水设备停用，直接利用系统凝结水进行补水。
4 改造施工时应注意的细节
4.1 为日后维修方便，在机组管路、阀门布置时，应留一定的维修空间，方便机组等的维修、清洗。
4.2 因溴机的散热量较大，初次设计时，设备层的排风管道专门在机组上方开设了2 个排风口以排除湿热空气，改造时考虑到在风口处产生的凝结水可能会落在电制冷机上，造成用电事故，因此应封闭该风口并对风管重新保温。
4.3 螺杆式制冷机的噪声较大，为减轻噪声对办公环境及人员的影响，在安装制冷机时应同时为机组安装可拆卸的静音箱，即美观又降噪，同时将机房和值班室的门改装为隔音门。
5 结语
该改造方案于2003 年实施，与原系统的衔接相当顺利，已安全运行了2 个制冷季。变压器增加的负荷在可控制范围内，冷却塔、水泵均能满足要求，制冷状况良好，改善了办公环境。与原设计相比，新设计的优点主要表现在以下几个方面：
5.1 节能
节能反映在三方面：第一：水泵由过去的2 台泵并联运行改为只运转1 台，功率由原来的74 KW 降到45 KW，以每天运行12 小时，每月开机30 天计算，仅此一项每月可节约10440 度电，节约费用近6000 元。第二，由于电制冷机可分10 档调节，调节范围从10%～100%，降低了无用的消耗，节约了运行费用。第三：2005 年，热网夏季供汽价格调整到158 元/t，而电价调整到0.56 元/KW，进一步节省了运行费用。
5.2 操作方便
与原系统相比，改造后的系统流程更加简单合理，操作难度降低，维护管理更为方便。自运行以来，用户反映良好。
参考文献：
[1]．李佐周、吴继红 . 中央空调工程设计与施工. 北京：高等教育出版社。
[2]．李娥飞 . 暖通空调设计通病分析手册. 北京：中国建筑工业出版社
