公共建筑空调系统问题分层通用诊断方法与流程

本发明涉及一种空调系统故障诊断技术，特别涉及一种公共建筑空调系统问题分层通用诊断方法。

背景技术：

公共建筑中央空调系统在实际运营中常出现末端房间夏季过热或冬季过冷等热环境舒适性差的问题。如何快速诊断出空调系统这些问题的原因，一直是工程难题。既有的相关研究大多着眼于空调系统中的某一子系统的单独诊断，如水系统、或者风系统、或者空气和水热交换系统等。中国空间技术研究院的赵方提出一种通过测试空调水系统不同环路节点的输送介质温差、压损的一致性来判断水系统是否失调及失调程度的水系统动态平衡诊断法；中建二局的吴滨主要从空调风系统方面对办公建筑空调系统进行了诊断分析，采用将通常的分步调节法和比例平衡法与计算机结合的方法，计算各调节阀门的理论开度，进而按照分步调节法以此对风系统从主风管至末端风口进行诊断，能够快速准确的诊断出风系统中的主要问题；就建筑空调系统中的空气和水热交换系统诊断方面，河南工业大学的王海涛采用残差cusum控制图对vav空气处理机组的送风温度控制过程进行检测，以此诊断变风量空气处理机组是否故障。以上研究为公共建筑空调系统问题诊断提供了重要参考。然而空调系统中水系统、风系统及其末端热环境相互紧密联系，仅从某单一子系统着手对公共建筑空调系统问题的诊断，很难给出空调系统故障的整体分析。

技术实现要素：

本发明是针对空调系统故障的整体分析的问题，提出了一种公共建筑空调系统问题分层通用诊断方法，从空调水系统、水与空气热交换系统和风系统入手分层对公共建筑空调系统进行诊断，快速诊断出空调系统问题的。

本发明的技术方案为：一种公共建筑空调系统问题分层通用诊断方法，具体包括如下步骤：

1)水系统检测与诊断：分别检测建筑水系统的供水总管和回水总管的水流量和水温，由此计算建筑的实际总的供冷量和供热量，并与设计负荷对比分析，给出供冷量和供热量情况数据；同时检测分析水系统中各层供水主要并联支管的流量不平衡率，不平衡率是否在设计允许范围内或者平衡率满足相关要求，给出各层空调房间总的冷热不均数据；

2)空气与水热交换系统检测与诊断：检测建筑各层空调箱总水管或者风机盘管空气与水热交换系统设备的供回水温差是否满足温差为5℃范围内的要求；同时检测各层空调箱总风管送风和回风温差是否满足设计要求，对每层的冷热交换情况给出数据分析结果；

3)风系统检测与诊断：检测同一个送风支路末端各风口的送风温度和送风量的不平衡率是否满足要求；对最小单元房间进行各项指标检测，对热环境热舒适性进行评估；

4)依据步骤1)～3)，从空调水系统、空调风水换热系统和空调风系统三个方面逐层找到空调系统可能存在的故障，为后续空调系统的调整优化提供依据。

本发明的有益效果在于：本发明公共建筑空调系统问题分层通用诊断方法，着眼于空调故障的整体分析，而不仅仅局限于某一子系统的单独诊断；为实际工程中的公共建筑空调系统问题的全方位诊断提供了一种重要参考，其中水系统检测是该方法的核心步骤；本发明诊断出发点和诊断步骤十分明确，可为类似公共建筑的空调系统诊断提供较为通用有效的诊断方法参考。

附图说明

图1为本发明公共建筑中央空调系统问题分层通用诊断方法诊断路线图；

图2为本发明建筑夏季水系统总管供冷量与设计冷负荷对比图。

具体实施方式

本发明以层次分析法为核心的公共建筑空调系统问题分层通用诊断方法，如图1所示诊断路线图，主要通过以下步骤实现的：

步骤1：水系统检测与诊断，分别检测建筑水系统的供水总管和回水总管的水流量和水温，由此计算建筑的实际总的供冷(热)量，并与设计负荷对比分析，给出供冷(热)量情况数据；同时检测分析水系统中各层供水主要并联支管的流量不平衡率，不平衡率是否在设计允许范围内或者平衡率满足相关要求，给出各层空调房间总的冷热不均数据。

步骤2：空气与水热交换系统检测与诊断，检测建筑各层空调箱总水管或者风机盘管空气与水热交换系统设备的供回水温差是否满足温差为5℃范围内的要求；同时检测各层空调箱总风管送风和回风温差是否满足相关要求。对每层的冷热交换情况给出数据分析结果。

步骤3：风系统检测与诊断，检测同一个送风支路末端各风口的送风温度和送风量的不平衡率是否满足要求；对最小单元房间热环境热舒适性进行评估，对房间热环境热舒适的评估主要通过对各末端房间的温度、湿度、风速等参数的均匀度，以及pmv、ppd等热舒适性指标来衡量。

依据上述3个步骤，可以从空调水系统、空调风水换热设备和空调风系统三个方面为抓手，逐层找到空调系统可能存在的故障，为后续空调系统的调整优化提供重要依据。

实施例：区域能源办公大厦夏季空调系统运行期间室内温度过高问题诊断。

此案例建筑为区域能源办公大厦，总建筑面积32878平方米，地下部分3层建筑面积共16793平方米，地上部分10层建筑面积共16085平方米，建筑高度为50米。大厦的冷热源通过板换与该区域集中能源站相连；空调水系统路径为从板换出来的冷水沿着总管分至两根并联支管送至各层空调箱，其中大厦标准层办公区分为西区和东区，每层的东、西两个区域均设置一台空调箱；空调风系统中二层-八层标准层办公室、九层会议室及办公室和十层高层领导办公室均采用变风量(vav)空调系统。

步骤1：水系统检测诊断

(1)“总管冷量与设计负荷对比”

现场测试得到该案例建筑冷水总管流量、供回水温度等参数，并进一步计算得到建筑水系统设计供冷量，具体参见图2。由图2初步估算得到该建筑冷水系统全开所能提供的冷量为1284.5kw，远小于《实用供热空调设计手册》规定的机组容量至少为设计负荷的80％的要求，因此供冷量不足是该建筑室内热环境温度过高、舒适性不佳的主要原因之一。

(2)“主要并联支管水流量平衡校核”

检测该建筑空调水系统中两根主要支管的水流量平衡情况，见表1所示夏季水系统并联主要支管供回水流量实测结果。

表1

由表1知支管1和支管2的流量分别在60-70m³/h之间和90-100m³/h之间，建筑水系统并联主要支管的不平衡率达到33％，超过小于15％的规范要求，主要并联支管水流量不平衡的问题是导致夏季各层空调房间总的冷热不均的主要原因。

步骤2：空气与水热交换系统检测诊断

(1)“供回水温差”

案例建筑的空气与水热交换设备集中在地下一层大堂至10楼的每层东西两侧的空调箱。表2为该建筑各层楼东西两侧空调箱盘管供、回水温度的检测数据。

表2

由表2检测结果可见，有占95％的空调箱不满足《空调通风系统运行管理规范》规定的5℃的供、回水温差最佳设计推荐值，实测中最大供、回水温差达10℃，最小温差为2℃，且个别空调箱存在供水温度过高，回水温度过低的现象。这说明部分空调箱提供的冷量不能满足房间需求，导致夏季空调房间温度过高。

(2)“送、回风温差”

表3给出了大厦2至10层空调箱总风管的送、回风温度现场检测数据。

表3

由表3中可见，绝大多数的空调箱主风管送、回风温差接近10℃，基本满足规范的要求。

步骤3：风系统检测诊断

(1)“房间各风口风量不平衡率”

依据抽样检测法抽取案例建筑八楼某房间作为典型房间，对该房间的不同vavbox(变风量空调系统的末端装置)和同一vavbox的各风口的送风风速和温度进行现场实测，得到的数据分别见表4建筑夏季典型房间不同vavbox下风口风速与温度检测结果和表5建筑夏季典型房间同一vavbox下风口风速与温度检测结果。

表4

表5

从表中实测数据计算可得其风口的风量不平衡率分别为53.1％和41.7％，都超过了相关标准所规定的15％的阈值。

(2)“房间热环境热舒适性评估”

对于大厦内典型功能房间的温湿度、风速、pmv、ppd和均匀度采用抽样检测法进行检测校核，主要代表房间的相关检测结果见表6建筑夏季各房间热环境及热舒适性现场实测结果。

表6

注：表格中均在该建筑夏季空调季无新风运行的工况下的实测结果。

从热环境舒适度评价指标的数值来看抽检的三个房间的pmv均处于(-1,1)之间，且ppd＜27％，基本满足人员舒适的温湿度和风速需求，但是因为该大厦环控系统未开启新风系统，因此人员的健康需求不能满足；且开启新风系统后因将导致空调冷负荷上升，将引起房间过热，导致这些抽检的房间热舒适性下降。

综上，建筑水系统供冷量不足和主要支管流量不平衡是引起案例建筑夏季空调工况房间温度过高的主要原因。