中央空调水系统常见问题的分析与解决方案

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  [摘 要]中央空调水系统的组成复杂,对中央空调系统的运行效果作用关键。中央空调水系统一般由冷水機组、冷冻水泵、水处理设备、补水泵、冷却塔、冷却水泵、冷冻水输配及空调末端系统、凝结水系统等组成。在实际运行中,中央空调水系统往往会出现一些问题,严重影响中央空调系统的运行效果,降低空调房间的舒适性,而且也浪费能源,造成建设单位和用户的不满意。本文分析了中央空调水系统几种常见问题及其产生原因,并提出了相应的解决方案。
  [关键词]中央空调水系统;水力不平衡;管道堵塞
  中图分类号:TU914 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)23-0329-02
  1 工程概况
  上海跨国采购中心五角世贸商城,位于上海市南汇区川南奉公路5959号。工程基地面积约450亩,总建筑面积约48万平方米。商城共分五大区:A(欧洲)区、B(美洲)区、C(亚洲)区、D(澳洲)区、E(非洲)区。针对B(美洲)区、C(亚洲)区、D(澳洲)区这个三个区域的中央空调系统和通风排烟系统设备安装、风管制作安装、系统调试、竣工验收。
  2 暖通空调水系统
  2.1 空调水系统管道安装
  (a)管道支吊架制作、安装
  管道支吊架制作前,确定管架标高、位置及支吊架形式。
  管道支吊架的固定:砖墙部位以预埋铁方式固定,梁、柱、楼板部位采用膨胀螺栓法固定。支吊架固定的位置尽可能选择固定在梁、柱等部位。
  支吊架型钢开孔必须使用台钻钻眼。
  支吊架固定必须牢固,埋入结构内的深度和预埋件焊接必须严格按设计要求进行。支架横梁必须保持水平,每个支架均与管道接触紧密。
  支架安装尽可能避开管道焊口,管架离焊口距离必须大于50mm。
  固定支架的固定要严格按照设计要求进行,支架必须牢固的固定在构筑物或专设的结构上。
  大直径管道上的阀门设置专用支架支撑,不能让管道承受阀体的重量。
  (b)管道安装
  管道安装的基本流程:管道安装的基本原则:先大管,后小管;先主管,后支管;电弧焊连接的管道在放样划线的基础上按矫正管材、切割下料、坡口、组对、焊接、清理焊渣等工序进行施工。
  坡口加工及清理:无缝钢管和卷板管的切割坡口采用氧-乙炔焰气割,完成后用锉刀清除管口的氧化铁,将影响焊接质量的地方削磨平整。管道坡口采用V型坡口,坡口用机械加工或砂轮机打磨,做到光滑、平整。对坡口两侧20mm范围内将油污,铁锈和水份去除,且保证露出金属光泽,保证坡口表面不得有裂纹、夹层等缺陷,并清除坡口内外侧污物。
  焊前管口组对:管口组对采用专用的组对工具,以确保管子的平直度和对口平齐度。点焊长度为10~15mm,高度为2~4mm,且应超过管壁厚的2/3;管道焊缝表面不得裂缝、气孔、夹渣等缺陷;管子、管件组对点固时,应保持焊接区域不受恶力环境条件(风、雨)的影响;
  焊接施工必须严格按焊接作业指导书的规定进行;焊接设备使用前必须进行安全性能与使用性能试验,不合格设备严禁进入施工现场;焊接过程中做好自检与互检工作,做好焊接质量的过程控制。
  管道连接时,不得强力对口,尤其与设备连接部分当松开螺栓时,对口部分应处于正确的位置。
  管道上的对接焊口或法兰接口必须避免与支、吊架重合。水平管段上的阀件,手轮应朝上安装,只有在特殊情况下,不能朝上安装时,方可朝下或朝侧面安装。管道上的仪表取源部件的开孔和焊接应在管道安装前进行。
  焊缝表面的焊渣必须清理干净,进行外观质量检查,看是否有气孔、裂纹、夹杂等焊接缺陷。如存在缺陷必须及时进行返修,并作好返修记录。
  (c)阀门安装
  螺纹或法兰连接的阀门,必须在关闭情况下进行安装,同时根据介质流向确定阀门安装方向。
  水平管段上的阀门,手轮应朝上安装,特殊情况下,也可水平安装。
  阀门与法兰一起安装时,如属水平管道,其螺栓孔应分布在垂直中心的左右,如属垂直管道,其螺栓孔应分布于最方便操作的地方。
  阀门与法兰组对时,严禁用槌或其他工具敲击其密封面或阀件,焊接时应防止引弧损坏法兰密封面。
  (d)管道与机组、设备连接安装
  管道与空调、泵类设备连接时,应采取隔震措施。采用波纹软管接头,法兰连接或丝口连接。管道与软接头、设备之间的连接,应在不受应力作用的影响下安装定位,严禁强行对口,确保隔震软接头安装达到施工验收规范的要求。
  与空调、泵类设备连接时,必须对设备采取可靠的保护措施,在设备与管道连接前,应在连接法兰间加设石棉纸柏做成的瞎眼状封堵。防止在施工中,焊渣、小铁块、垃圾等异物进入设备,造成隐患,损坏设备。
  与设备隔震软接头连接的管道均应有支吊架固定。确保管道与设备连接的施工质量达到设计与验收规范。
  与风机盘管的连接安装:当供回水管道三通向上方开启时,管道的坡度应该坡向总支管,管道支管标高不能高于风机盘管的进出排管口标高,否则容易产生气隔堵塞现象。阀门一般采用球阀,与风机盘管的连接应采用紫铜管涨口接管连接、橡胶软接头、不锈钢波纹管连接等软性连接方式。
  (f)凝结水管道安装与检验
  安装时,管道坡度、坡向、支架的间距和位置应符合设计要求。有条件时应尽量加大空调器滴水盘与冷凝水管的高差,减少管道变向转弯的敷设,保证冷凝水管道能够畅通。
  安装管道结束之后,需要做好管道的通水试验。开展试验之前应当清除掉空调器中滴水盘内垃圾和异物,通水试验过程中一定要逐只地检查好空调器滴水盘,不允许出现倒坡的现象,灌水量最好为滴水盘的高度的2/3,哟啊一次排放,保证畅通才能合格。   加强做好吊顶内进而管道井内管道的检验工作,管道和支吊架的安装可靠,冷凝水管没有被碰移位的现象,管道和空调器的滴水盘连接的软管没有出现弯曲折瘪或者脱落等现象,要保证管道的保温性能良好。安装的质量应当完全符合设计和施工验收的规范要求。
  2.2 空调水系统调试
  1)在整个空调系统调试前,先进行各单机设备的试运转验收。
  2)循环水泵等设备运行前应进行完整性检查、加油、清洗,确保设备能投入正常运行,对循环泵应事先做好单机试车。
  3)系统调试分:系统空载循环运行、系统热负荷或冷负荷运行。
  (a)系统空载循环运行:系统进水时先把各层面的分支管阀门全部关闭,当总管水进水时打开全部放空阀,尽可能把空气放尽,总管水灌满后再依次把各楼层阀门打开,水全部灌满后将系统内空气放净,经检验合格后开启水泵进行系统空载循环试运转,
  (b)接季节进行带热源或(冷源)的正常联合运转,时间不应少于8h,然后配合电气与通风专业进行各室内空气温度相对温度的测定和调整,并检查各管线的震动情况,调整防振支架直至最佳状态。
  3 常见问题的分析与解决方案
  3.1 水系统管道堵塞的问题
  中央空调水系统的管道发生堵塞的问题也比较常见。在调试和实际运行时,经常出现一些空调房间温度远达不到设计值的情况。经过检查,往往会发现是某些段管道发生了堵塞,在堵塞处经常会发现一些焊渣、管材碎片、纤维等杂物。所以,管道的清洁和畅通对中央空调水系统的正常工作意义重大,管道堵塞的问题可以从以下几方面着手解决。
  (1)首先,加强施工现场的管理,做好施工人员的培训。导致管道堵塞的杂物很多都是施工人员操作时不小心留在管道中的,所以应规范施工,从源头上杜绝此类事故的发生。
  (2)在施工图设计时,在管道系统最低处应设口径较大的泄水阀,以方便清洗管道。如果系统顶部设计了自动排气阀,应该完成管道系统清洗后再安装自动排气阀,这样便于排污时将管道内的水尽快排净及系统注水时可以灌满。
  (3)在空调末端装置和水泵、冷热源机组等设备进水管上设置过滤装置,一般采用Y型过滤器,以过滤掉管道系统内的杂物,防止设备的堵塞报废。过滤器的安装方式和设置位置应便于过滤器的拆洗。
  (4)在空调末端装置的进、出水管之间进、出水口阀门之前的位置可设一根旁通管,管上设置阀门。如要单独清洗管道系统时,打开旁通管上的阀门,关闭空調末端装置的进、出水口阀门,即可单独对管道系统进行清洗。在各层供、回水水平干管上设置泄水阀,便于清洗水平干管时泄水,这样可以分层清洗水平干管,不影响其他层空调系统的使用。
  (5)应保证合格的水质且保持定期监测,避免因水质不合格导致管道系统的堵塞和腐蚀。在施工图设计时,冷冻水系统应设置软化水装置,系统补水应采用软化水,冷却水系统应设置具有防藻除垢功能的电子水处理仪。
  3.2 空调凝结水的问题
  (1)有些空调系统的凝结水无法顺利排出,往往是因为凝结水管缺少坡度。空调末端装置的凝结水如要重力自然排出,必须保证凝结水水平管有坡向排出方向的不小于8‰的坡度,而且凝结水管应有足够大的管径,管径的具体选取可参见《实用供热空调设计手册》。凝结水管不应有上升段,否则可能导致管内存气,从而凝结水无法顺利排出。凝结水管管材可以采用PP-R管等内壁光滑的塑料管材,管内不易积存杂物。其次,如果风机盘管的集水盘倾斜方向不对就会使凝结水无法从集水盘排水口顺利,从而导致盘中积存凝结水,最后溢出影响环境卫生,损害装修。所以安装时应使风机盘管的集水盘保持向排水孔1%左右的倾斜度。对某些现场自制的集水盘,盘的翻边应做等水平高度补偿,使集水盘不因倾斜而减少容水量,集水盘倾斜程度不可过小也不可过大。
  (2)冷冻水管道和阀门应做好保温,如果不做保温或保温做得不好容易造成表面结露,产生凝结水。制作保温层时应严格按照施工规范施工,保温层应紧贴管壁,隔气层要严实、密封。另外,系统运行时阀门的阀杆无法保持不渗水,而且外露的阀杆及手轮可能结露,所以阀门保温与管道保温之间一定要设置防水层,且不得使用厚薄不均、密度不一的劣质保温材料。
  (3)如果风机盘管或空调器集水盘上的排水口过小且集水盘处于负压区,那么当开启风机后,可能会导致凝结水无法顺利排出,有可能将集水盘中的凝结水吸入风机,还可能造成集水盘中积存的凝结水溢出。如果凝结水管直接接在污废水排水管上,还可能导致空调系统的污染。所以首先应将风机盘管或空调器的集水盘设置在风机的正压区,同时要将集水盘的排水口加大或设置水封。如果空调器采用的是落地风机,则其基础可增至高于地面150mm,在排水管下部设置水封,或在凝结水立管下端设置水封。
  3.3 水泵的问题
  (1)每台水泵都有一定的耐压强度,当建筑物较高且系统没有竖向分区时,在建筑物底部设置的水泵会承受很大的静水压力。如果选用了不满足建筑物耐压要求的水泵,水泵在运行了一段时间后往往会出现水泵壳体碎裂的现象。所以在施工图设计时,设计者首先要根据工程实际合理划分系统的竖向分区,然后根据系统竖向分区情况提出水泵的耐压要求。建设单位在选用水泵时,一定要按照施工图提供的耐压要求选用。
  (2)中央空调系统的冷热源机房内,无论是冷冻水系统还是冷却水系统,经常有并联使用多台水泵的情况,其水泵容量均安最大负荷时选取。而在实际运行中,系统大部分时间为部分负荷运行,不需开启全部水泵,这时系统总水流量减小,压力损失下降,单台水泵水流量反而增加,这就有可能造成水泵的电机过载,轻则跳闸,重则烧坏电机,导致中央空调系统无法正常运行。所以建议在并联使用多台水泵的系统中,在每台水泵的出口处设置限定流量的装置,如流量控制阀,使水泵的流量保持相对稳定。
  (3)末端有水量过量的需求,阀门口径也能为此提供条件,但是,同样情况下的一级泵空调水系统,为什么却较少出现用户侧系统“小温差、大流量”问题?究其原因,显然是因为二级泵系统中的次级泵组与初级泵组在控制环节上完全分开,耦合管为2个泵组不同流量运行提供了条件。在大部分实际的二级泵系统中,次级泵组的控制大都是以水系统压差作为目标函数的,并通过次级泵变频(或者增减运行台数)来实现目标。一旦末端控制阀开大,一个控制系统良好的二级泵系统必将自动加大次级泵组的总水流量,满足用户侧冷水流量的这一过量需求。但在一级泵系统中,由于冷水泵流量无法随用户过量要求而加大(只能与冷水机组相关),不能为用户提供过量需求,对于整个水系统来说,大流量的问题得以缓解,只是过量需求的末端不能满足使用要求而已。   二级泵系统的最理想设计状态是:在设计工况下,耦合管内水流为静止的。这样冷水机组的制冷量能够得到最充分的发挥。在一级泵系统设计时,由于大部分设计师都有较多的经验,其水泵扬程的选择也有较多的参考工程,因此即使依靠经验估算来选择水泵扬程,只要不偏小,对满足末端设计需求都不存在问题;如果偏大,仅仅是水泵运行能耗的增加。但是,二级泵系统是一个多级动力串联的输配管网,其中每一级动力负担的范围都是明确的。如果按照设计一级泵系统的经验,先估算水系统总阻力,然后再比较随意地分配初级泵和次级泵扬程,或者只是按照各泵组的负担原则(初级泵负担机房侧,次级泵负担用户侧)简单地进行估算而没有进行详细计算,都有可能导致次级泵扬程选择过大的情况发生。如果此时没有做好相关的调试工作,将导致甚至在设计工况下,耦合管也出现从B点到A点的反向流。
  3.4 水力不平衡的问题
  (1)冷热源机组的水力不平衡问题及其解决方案
  出于保护设备的原因,冷热源机组一般都有规定的冷冻水和冷却水流量允许范围,在流量超过这一范围时,机组将自动停止运行。时断时续的运行机组将减小机组的出力,以致影响空调使用效果,而且当水量突然变小时,机组反应不及,来不及调整出力,就有可能造成管内水冻结,产生严重的后果。当同时并联使用多台机组时,就有可能发生各台机组间水力不平衡的问题,有些机组水流量与设计值相差过大,导致这些机组频繁启停,这将导致机组效率降低、能耗增加和使用寿命缩短。为解决多台冷热源机组间水力不平衡的问题,可以在每台机组冷冻水和冷却水进口或出口处设置平衡阀,使机组实际流量保持在设计值的一定范围内。当多台冷却塔并联使用时,可以在各塔底盘之间安装平衡管,并加大出水管共用管段的管径。一般平衡管可取比总回水管的管径加大一号。
  (2)输配系统的水力不平衡问题及其解决方案
  在冷冻水和冷却水输配系统中,距离循环水泵近的环路差压大,距离循环水泵远的环路差压小。因此,距离循环水泵远的环路阻力小,水流量就会比设计值大;距离循环水泵远的环路阻力大,水流量就会比设计值小,各环路水流量均达不到设计值。从而各环路服务的房间温度也达不到设计值,距离循环水泵远的环路服务的房间温度过热(供冷时)且降温缓慢,距离循环水泵近的环路服务的房间温度过冷(供冷时)且降温较快。解决输配系统的水力不平衡问题的方法,一是尽可能通过系统布置和管径选择,减少并联环路之间压力损失的差额;二是在各环路回水管端部设调节装置(如平衡阀),将各环路水流量调至设计值的一定范围内。异程式水系统中并联环路的压力损失计算差额大于15%时,必须设置调节装置。
  结语
  以上为中央空调水系统经常出现的一些问题及其解决方案,笔者在多年工作实践中采用上述解决方案均取得了较好的效果。由于影響中央空调水系统运行的因素面广、复杂,可能出现的问题还有很多,有待今后进一步深入研究。
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