摘 要：在系统介绍空调系统测量方法和检测要求后，以夏热冬冷地区办公建筑为例，对空调系统各组成设备进行检测。检测结果表明制冷机组和水泵耗能严重，其他设备运行良好。针对这种情况，提出了增加冷冻供回水温差的措施及对冷冻水泵进行变频调节。该方法为提升空调运行能效和节约运行费用具有重要意义。

关键词：空调系统;温差;冷水机组;能耗

伴随着社会的快速发展和生活水平的逐年提高，人们对室内舒适性环境的需求越来越高。空调系统作为空气调节的装置，运行使用过程中存在大量能量消耗。同时，它也具有较大的节能空间，尤其是制冷机组和水泵。通过对空调系统各个设备进行检测，不仅可以准确判断它们的运行情况，还能为后期设备的升级改造提供科学依据，有助于节省运行成本，降低系统能耗。

1 测量方法

工程上，空调系统能效的测定主要采用实测法，即通过直接测定空调系统各个部分的运行参数。一般情况下，对设计空调系数的各项参数可采用如下设备进行：温度检测可采用温湿度记录仪、风速采用风速仪、流量可以采用超声波流量仪、压差可采用微压差计、压力可采用压力分析仪或直接读取机组压力表读数、功率可采用钳形数字功率表进行、制冷机组采用专用的测试设备等。

1.1 室内平均温度的检测方法

如果建筑物采用集中供暖系统或者集中空调系统，则温度的测试区域需要根据不同系统分区进行选取，形式相同系统按照20%的比例进行抽检，且房间数量不得低于房间总数的10%。若建筑物分散供冷或供暖，则需要进行温度检测的房间数按总数10%比例进行抽取。特别是三层及以上建筑物需要设置三个以上检测点，按照地面一层、二层和最顶层分散布置，且检测温度地点通常在人员经常活动的区域范围内，以距离地面高度为0.7～1.8m范围内为佳，同时避免在阳光直射区域和有辐射影响或出风风口等位置布置温度记录仪。监测点位置数量需要按照相关的规范要求进行。一般空调制冷和供暖能力的测定，分别安排在夏季最热月和冬季最冷月进行，检测时间间隔要超过30分钟，中间不能间断，最短时间为6小时。

1.2 冷水机组的性能检测方法

冷水机组检测有COP系数检测和输入功率检测，其中输入功率检测采用功率检测工具按规程操作即可，COP系数检测按照相关要求进行。抽取机组的数量按照如下规定：当同种型号机组数量在2台以下（含2台），检测数量应为1台机组以上;超过2台同种型号机组应同时抽取2台或2台以上机组进行检测。在持续测量60分钟后，将时间间隔为5～10分钟的读数累加求平均值得出最终结果。检测供回水温度差时，可同步检测供回水温度，其中流体应充满管道，应在离机组供回水进出口较近处设置检测位置。在机组出口远离局部阻力长直管段上或进口处设置流量传感器时，管段应在无阀门的长直管段上预留后5D前10D的距离。进行水管路连接时，应根据被试机组水量选择合适的水路，且不用将一侧管路上的阀门关闭。当打开水泵，确保水管无漏水后，需对测试管路进行保温，保温厚度至少30mm。

1.3 水泵和风机的检测方法

循环水泵进行效率检测，利用超声波流量计和电力分析仪多次测量的结果累加求出平均值作为最终检测结果，每次读数间隔是5～10分钟，至少连续测量1个小时。

檢测参数是效率，通常会进行多次测量，取累加的结果的平均值作为最终值。在多次测量时，相邻两次读数的时间间隔是连续测量时间在1个小时以上。

检测风机样品数量按照20%的总量进行，对于风量不同的空调机组，每种不同风量风机应最少抽取1台进行检测它的单位风量耗功率。风量采用风管风量法检测时，需要同步测量电机输入端输入功率，同时需保证风量压出端风量值至少是吸入端风量值的20倍。

当动压小于10Pa时，应该在风管直管段上选取合适截面利用数字式风速计检测。检测断面位置距离上游局部阻力应该大于5倍管径，距离下游局部阻力应该大于2倍管径[1]。对于矩形风管截面而言：当短边与长边的比值大2/3时，在界面上最少布点为25个，若长边长度超过2米，则需要在6条纵线上布置30个点以上即每条纵线上至少有5个点;若截面的长边与短边之比不小于15时，则在截面上至少应布置30个点（6条纵线，每个纵线上5个点）[2]。

1.4 供回水温差及冷源的检测方法

在进行供回水温差及冷源检测时，温度记录装置应同步进行，时间保持一致。尽量保证温度监测点在进出口附近，确保数据准确，否则应采取保温措施，以降低热量损失造成的数据误差最小。对于预留温度计预留孔洞的，可在孔洞中重新注入导热油来测量水温，否则应将一定计量精度的热电偶贴片贴在供回水管道外壁，并在测点周围覆盖保温层，防止热量疏散导致数据不准确。

需要不间断测量1小时以上，每隔一段时间读取读数一次，需要测量6～12次，取所测结果平均值为最终值。通常采用巡检仪同步检测流量、供回水温度和室内环境温度等数值，且可实时记录并保存多组数据。该仪器具有储存功能，可用于后期对节能状况进行比对分析。

1.5 冷源系统能效系数检测

节能检测规范规定，按照节能检测规范要求，对于冷源系统独立的空调系统需要进行能效系数检测，并以多次累加求平均值作为最终值，其中每次读数间隔为5～10分钟且需要连续测量1个小时以上。

2 检测依据

检测依据是判定空调设备是否节能的标准。按照先个体后系统整体的原则，对各组成设备进行逐一判定，有助于确定单体设备的耗能情况，从而为整个系统节能降耗的实施提供参考依据。

2.1 温度检测依据

温度检测结果必须符合在夏季以设计温度为基准，在它附近-1℃～2℃之间波动。如果设计没有该要求，应按照《公共建筑节能设计标准》GB50189的规定进行。

2.2 冷水机组检测依据

当机组正常运行时，它本身的运行负荷最低限值应为额定负荷的80%，并需持续稳定运行，同时系统负荷最低限值为系统运行最大负荷的60%。水冷机组冷水出口水温应在6℃～9℃之间，水冷机组冷却水进口水温应在29℃～32℃之间[3]。当冷水出水温度以7℃为基准时，冷水出水温度在它附近以-1℃～2℃幅度波动;当冷却水进水温度以32℃为基准时，冷却水进水温度以-3℃～0℃幅度波动，现场检测工况满足或相对优于机组额定工况。

2.3 水泵和风机检测依据

水泵效率检测值最低限值为该设备铭牌值的80%。风机单位风量耗功率应不大于单位风量耗功率限值。

2.4 供回水温差及冷源检测依据

当检测时应保持冷水量稳定，检测工况最小值应为冷水机组负荷的80%数值时，则冷水供回水温差应为4℃以上且大于设计温差的80%。

3 案例评价

3.1 项目概况

以夏热冬冷地区某办公大楼为例，该建筑由14层主楼和7层裙楼组成，其中在裙楼地下一层设置了两台螺杆式冷水机组，供回水温度为7/12℃，在裙楼的7层屋顶与冷水机组对应设置两台逆流式冷却塔，2台冷冻水泵与2台冷水机组一对一配置，且采用一次泵变流量系统。与冷水机组一一对应各设2台冷却水循环泵，冷却水的供回水温度32/37℃，冷却水系统工作压力为600KPa，空调末端采用风机盘管+新风机组形式，具体配置的主要设备见表1。

3.2 檢测结果

（1）按照室内温度检测要求，分别抽检了四种不同类型房间，其中抽检的办公室面积分别为17.5m2、25m2、28m2，抽检的会议室面积分别为40m2、50m2、56m2，抽检的两个教室面积均为120m2，餐厅的面积为98.7m2。所有抽检房间均达标。具体检测数据如表2。

（2）按照螺杆式冷水机组的检测要求规定：2台同种型号机组，应至少抽取1台机组进行检测。经抽检其中一台，所得性能参数的测试结果见表3。经检测：该型机组运行负荷占60%的额定负荷，检测结果不达标。

（3）水泵性能检测。通过实测冷冻水泵和冷却水泵的流量、扬程和功率，通过计算其实测效率均接近或高于铭牌值的80%，符合相关规范要求。具体检测数据见表4。

（4）风机性能检测。在对风机的风量和输入功率检测后，确定风机性能达到规范设定要求，具体数值见表5。

3.3 测试结果分析及改造建议

3.3.1 空调末端装置

对夏季室内温度检测结果表明，室内温度基本能满足设计要求，同时满足室内舒适要求，室内空调机组运转正常，未出现异常噪声，室内温度调节开关设置温度满足节能要求。

3.3.2 冷水机组

冷水机组的运行能效偏低。在实际运行中，冷冻水平均供水温度为8.07℃超过设计温度7℃，回水温度为1067℃低于设计温度12℃，冷冻水平均供回水温度均高于设计工况，这说明机组的蒸发温度高于设计温度，冷凝温度低于设计温度。从实测数据来看，冷冻水的最大温差为3℃，最小温差为1.7℃，且机组的供冷量在276.3～551.8kW之间。经测算，正常情况下仅需一台机组就能满足运行制冷需要。但是，末端负荷降低导致其中一台制冷机组关闭，存在一部分冷冻水由关闭的冷机旁通，冷机的出水温度上升[4]，最高温度达到12.1℃。同时，由于末端的水阀没有调节功能，而且末端也没有旁通，供回水温差小也是由冷冻水和冷却水的流量过大造成的。从实测数据可发现，冷冻水的流量基本恒定，并没有随负荷变化而改变。进一步拟合冷冻供回水的温差和冷水机组COP值可以发现，当温差越大，对应的COP值就越大，具体见右图。解决问题的关键就是提高冷冻水的供回水温差和冷冻水量随负荷改变而变化。因此，当备用制冷主机处于闲置状态时，确保旁通阀处于关闭状态。

冷水机组结垢严重。经查阅该主机参数可知：蒸发器侧水头损失为54kPa，冷凝器侧水头损失为48kPa。通过实际检测该机组蒸发器和冷凝器侧水头压差均高于额定值，且经目测发现机组长期未清洗，集聚了大量水垢、污泥等，严重影响了机组的COP值。解决办法是机组应该按照操作规程，定期对系统进行清洗，确保机组运行状态良好。

3.3.3 水泵的选型不当

虽然冷冻泵与系统管道的阻力比较匹配，但是冷冻泵和冷却泵的选型不当，与冷机并不匹配，导致了供回水的温差较小，流量过大。以全年最热的七月为例，冷水机组的最大供冷量为551.8kW，若选定介质温度变化的幅度为5℃，根据水泵流量公式[5]计算得冷冻水泵流量为9478m3/h，仅为单台冷冻水泵额定流量的67.7%。由于水泵在改变转速时，转速与流量成正比，且转速的平方与立方分别与养成和轴功率成正比，故通过降低水泵转速同步降低其流量和轴功率，避免电动机过载并节约能耗。解决办法是水泵系统加装变频调节装置，调节运转速度。

3.3.4 冷却塔

冷却塔的记录数据比较少，以其中一次记录数据为例，当室外空气的湿球温度为30.73℃，冷却塔的进水温度为36.1℃，出水温度为32℃。根据冷却塔效率的计算公式[6]可知效率为76.4%。冷却塔的效率较高，建议对冷却塔填料进行更换，冷却塔进出水上增设电动水阀[7]，进一步提升其效率。

3.3.5 其他改造建议

建议对空调系统增设自动控制装置，能随终端负荷变化自主调节，避免人为操作不当引起能量耗损，比如设置电动二通调节阀，调节进入风机盘管的进水量。同时应做好技术资料的记载整理工作，及时对空调运行季节能耗情况进行统计，作为运行调整的依据，挖掘节能潜力。在此基础上，还可以进行运行异常情况分析判断，查找异常点并及时解决，保证系统处于良好运行态势。

空调系统进行能效测定与评价一方面可以检测系统在设计阶段的初始选型设备的能耗水平，另一方面可以对实际运行的设备进行评估，掌握它的整体运行状况。空调系统经过长期的运行，均存在设备老化、运行能效低下等问题，尤其是“大流量小温差”现象比较普遍。这除了与空调系统设备设计选型不当有关外，还存在运行使用过程中自控阀门失灵、结垢严重等问题。定期对空调系统进行检测评估，不仅可以准确发现系统运行存在的问题，指导系统进一步优化，还可以进一步提升空调系统运行能效，提升节能水平，避免不必要的能源浪费，促进资源和环境的可持续发展。

参考文献：

[1]资晓琦.深圳市高层综合办公建筑空调节能诊断与对策研究[D].重庆：重庆大学硕士学位论文，2007.

[2]胡晓俊.中央空调系统“大流量小温差”现象的原因分析及改进措施[J].上海节能，2013（2）：4448.

[3]杨文.浅谈建筑节能检测的规范要求[J].建材与装饰，2013（5）：341342.

[4]陈魁.通风与空调系统节能性能现场检测方法及节能性能分析[J].福建建设科技，2017（2）：6971.

[5]魏冉.基于实测的公共建筑空调系统节能改造及能耗分析[D].沈阳：沈阳建筑大学，2018.

[6]康俊儒.某公共建筑空调系统能效实测与分析[D].北京：北京建筑大学硕士学位论文，2017.

[7]郭林文，郭勇，屈永强.广州某商场中央空调系统运行情况分析与建议[J].制冷，2021（40）：7478.

基金项目：湖北省教育厅科学技术研究项目“暖通空调系统运行能效优化研究”（B2018490）阶段性成果

作者简介：刘成（1981— ），男，汉族，湖北荆州人，硕士，讲师，研究方向：决策分析和暖通空调教学研究。