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中央空调系统是现代公共建筑的能源消耗大户,其能效水平直接关系到建筑运行成本。据统计,空调系统能耗约占建筑总能耗的50%~60%[1]。而系统压力失控,尤其是冷凝压力过高,会大幅降低机组能效比(COP),浪费大量电能。此外,长期高压运行还会加剧压缩机磨损,引发安全事故。因此,掌握高压故障的成因与机理,采取有效措施加以预防和消除,对于提高系统运行效率、降低能源成本、保障设备安全具有重要意义。图片
（示意图，不对应文中任何具体信息）一：高压故障的判定1.1 表征参数 冷凝压力是衡量空调系统高压侧运行状况的关键参数。它与冷凝温度呈正相关,受冷却水流量、水温、水质、冷媒量等因素影响[2]。对于氟系统,判定依据是饱和冷凝温度;对于水系统,判定依据是冷凝器回水压力。正常情况下,冷凝压力应控制在设计值的±10%以内[3]。
1.2 测量方法 (1)安装压力表:在冷凝器出口处安装压力表,表盘直径不小于100mm,刻度范围为2.5MPa,表针应指向正常压力值的中部[4]。(2)查看控制柜:观察控制柜面板上的冷凝压力读数,判断是否超过高压报警值。高压报警值一般设定为1.6MPa[5]。(3)测量电流值:用钳形电流表测量压缩机的运行电流,判断是否超过额定电流。电流超过额定值的10%即可判定为高压故障[6]。
二：冷却水问题 2.1 冷却水量不足 冷却水量不足是导致冷凝压力升高的首要原因。水量减少会导致冷凝不完全,使更多高温高压气态冷媒进入膨胀阀,降低蒸发温度和制冷量。冷却水量不足的原因包括:(1)冷却水泵故障,如泵叶磨损、转速降低、电机烧毁等,使实际水量达不到设计值[7]。(2)冷却塔故障,如填料堵塞、喷头堵塞、风机损坏等,使进入冷凝器的水量减少。(3)水管路堵塞,如管道结垢、过滤器堵塞等,阻碍冷却水循环。(4)旁路阀门开度过大,使部分冷却水旁通,达不到冷凝器。解决措施:(1)定期检修水泵,更换易损件,确保水泵性能满足要求。(2)定期清洗冷却塔,疏通填料和喷头,保证冷却塔散热效果。(3)定期清洗水管路,投加阻垢剂,确保管路通畅。(4)合理控制旁路阀门开度,优先满足主机冷却水量[8]。
工程实例:某酒店中央空调系统冷凝压力频繁超高,高压报警不断。经检查发现,冷凝器进出口压差高达0.2MPa,远超正常值0.05MPa。拆开冷凝器水室盖板,发现管程布满水垢,堵塞严重。遂对冷凝器实施化学清洗,同时在冷却水系统加装旁滤装置,并投加液体阻垢剂。清洗后,冷凝器水侧压差恢复正常,系统运行平稳,能效提升12%。
2.2 冷却水温过高
冷却水温度过高会降低冷凝器传热效率,使冷凝温度和压力升高。导致冷却水温升高的原因包括:(1)室外环境温度过高,使冷却塔进风温度超过设计值。(2)冷却塔热负荷过大,超出设计散热量,使出水温度升高。(3)冷却塔喷淋不均匀,使局部水温过高。(4)补水温度过高,抬高了系统水温。
解决措施:(1)在夏季高温时,适当调大冷却塔风机频率,加大通风量[9]。必要时增设遮阳棚、喷雾装置等,降低进风温度。(2)优化空调系统运行策略,平衡冷热负荷,减轻冷却塔散热压力。(3)均布冷却水喷头,确保塔内水流均匀充分。定期清洗和更换喷头,保证喷淋质量。(4)优先使用市政供水作为补水,适当降低补水温度。
工程实例:某数据中心机房安装了10台风冷冷水机组,夏季高温天气时,多台机组频繁高压报警。经监测发现,环境温度高达38℃,超过机组的额定工况35℃,导致冷凝温度居高不下。为此,在冷凝器周围搭设遮阳棚,同时增设喷雾装置,利用水汽蒸发吸热降温。措施实施后,冷凝器进风温度下降5℃,机组恢复正常运行,制冷量提高8%。
三：冷凝器问题 3.1 冷凝器换热不佳 冷凝器是影响冷凝温度和压力的关键部件,其传热性能直接决定了系统的冷凝效果。常见的冷凝器换热恶化问题包括:(1)水垢:冷却水中的钙镁离子等矿物质析出,形成水垢附着在管壁上,大幅增加了传热热阻,降低了换热系数[10]。(2)油泥:冷冻油随冷媒进入冷凝器,在高温下氧化聚合,形成油泥堵塞管程,减小了过流面积,增加了流动阻力[11]。(3)气阻:不凝性气体如空气、氮气等聚集在冷凝器,形成气阻层,阻碍冷媒冷凝放热,使冷凝压力升高[12]。(4)腐蚀:冷却水水质不达标,加之管材选用不当,导致冷凝器管壁腐蚀穿孔,冷却水进入冷媒侧,降低换热效率。解决措施:(1)采用软化水作为冷却水,适时注入阻垢缓蚀剂,减少水垢和腐蚀的发生。(2)定期对冷凝器实施化学清洗,去除管壁水垢、油泥等沉积物。(3)在冷凝器进出口加装不凝性气体分离器,及时排出聚集的空气和氮气。(4)优选耐腐蚀的铜合金或不锈钢作为冷凝器管材,延长其使用寿命[13]。
工程实例:某宾馆中央空调系统投运5年后,制冷量逐年下降,冷凝压力逐年升高,高压报警频现。经检测发现,冷凝器铜管壁厚减薄50%以上,管壁全面锈蚀。原因是冷却水采用地表水,水质酸性,加之未清洗水垢,导致腐蚀加剧。最终管理员决定,整体更换冷凝器铜管,选用内壁镀锡的ASTM B111 C12200铜管,并对冷却塔和管道实施全面清洗,投加复合阻垢缓蚀剂。改造后,冷凝器热工性能提升35%,冷凝压力恢复正常,制冷量提高15%。
四：系统杂质问题 4.1 不凝性气体混入 空调系统真空度不足或存在漏点时,空气、氮气等不凝性气体会被吸入系统。不凝气聚集在冷凝器,会压缩冷媒冷凝空间,使冷凝压力升高[14]。此外,不凝气还会引起气蚀,加剧压缩机磨损。导致不凝气混入的原因包括:(1)装配时未按规范要求抽真空,残留大量空气。(2)存在微小泄漏点,使空气持续进入系统。(3)冷媒更换时未用氮气置换,混入空气。解决措施:(1)装配时严格执行真空规程,真空度应优于-0.1MPa,真空时间不少于15min/m³[15]。(2)定期检测系统密封性,发现泄漏点及时修复。检漏应采用电子检漏仪,灵敏度高于5g/a[16]。(3)冷媒更换前,用氮气反复置换系统3~5次,确保置换彻底。
工程实例:某办公楼多联机系统,室外机频繁高压停机,制冷剂液位也逐渐降低。经检测,在冷凝器背面焊口处发现泄漏点,空气持续进入系统。遂对泄漏点进行重新焊接,并用氮气置换系统5次,再彻底抽真空至-0.1MPa,真空时间180min。最后对系统进行试运行,高压恢复正常,各项参数符合要求。
五：冷媒问题 5.1 冷媒过量 冷媒过量会增加冷凝器传热负荷,导致冷凝温度和压力升高。机组低负荷运行时,过量冷媒难以完全蒸发,大量液态冷媒进入压缩机,引发液击事故[17]。导致冷媒过量的原因包括:(1)充注冷媒时操作不当,过量充注。(2)冷媒泄漏后,盲目补充,未校核泄漏量。(3)冷媒型号不匹配,使用高压型冷媒替代低压型冷媒。解决措施:(1)充注冷媒应严格执行称重法,充注量误差应控制在±5%以内[18]。(2)发现冷媒泄漏,先查明泄漏原因,修复泄漏点,再补充冷媒。补充量应通过称重确定。(3)严禁使用型号不匹配的冷媒,确保冷媒物性参数符合机组设计工况。
工程实例:某商场中央空调系统,连续高温天气下,压缩机频繁高温报警,冷凝压力高达2.3MPa。经排查,发现系统R22冷媒比设计量超出15kg。原来,一个月前曾发生冷媒泄漏,维修员仅修补了泄漏点,而没有校核泄漏量,盲目补充了20kg冷媒,导致冷媒过量。后对系统进行冷媒回收,回收至设计充注量,冷凝压力迅速恢复正常,压缩机高温报警消除。
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