151上海市公共建筑空调系统清洗的现状及其节能效果分析正文

1上海市公共建筑空调系统清洗的现状及其节能效果分析同济大学刘锦刘燕敏龙惟定上海市节能监察中心楼振飞魏玉剑摘要根据对上海200多栋公共建筑的调研，分析上海公共建筑中央空调系统清洗的现状，并通过理论和实践两方面来分析清洗空调通风系统的主要部件—表冷器的节能效果。关键词清洗表冷器节能0引言随着空调能耗与能源紧张的矛盾日益加剧，全国大中城市夏季电力缺口日益增加，同时构建节约型社会已日益成为共识[1]。为缩小城市夏季电力缺口，2005年上海市节能监察中心联合同济大学，组织了空调系统清洗培训班，对上海约500家机关、商场、商务楼、宾馆和剧场等公共建筑的空调管理人员进行专业的空调清洗培训，并制定了“空调使用管理评估表”，通过自查和抽查的形式对200多栋空调大楼的空调清洗节能措施的落实情况和节能效果进行了调研，督促各大楼采取切实有效的节能措施。1.上海公共建筑空调系统的清洗现状本次调查200多栋空调大楼中，主要调查的对象有政府机关、商场，商务办公楼，宾馆和剧场等空调大楼，其中商务楼占到了一半以上（图1）。图1调查对象机关2%商场15%宾馆25%商务楼59%空调系统设施的清洗或更换等维护管理措施已普遍为人们接受，然而各自的清洗方式不尽相同，如图2所示。0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%过滤器比例表冷器比例风机盘管比例风冷热泵比例气体吹洗水洗清洗剂清洗图2空调风系统的清洗方式各种设备的清洗除过滤器有2%是由专业厂家进行气体吹洗外，其他主要的清洗手段是水洗，少量是用专业清洗剂清洗。1.1.空调风系统过滤网的清洗本次调研的中央空调大楼中，空调通风系统的过滤装置大部分使用的是粗效或粗效以下过滤网，使用最多的是金属丝过滤网（图3）。图3空调风系统过滤形式0%5%10%15%20%25%30%35%40%45%金属丝网无纺布尼龙活性炭粗效粗中效中效中高效图3表明近四成的空调通风系统采用金属丝过滤网，而金属丝过滤网效率很低，对可吸入颗粒物无过滤效率可言，导致系统中原本换热用的表冷器也充当过滤器，不仅增2加了表冷器的空气流通阻力、风量减少，而且使表冷器的换热量下降，影响室内热湿环境。空调过滤设施的清洗或更换等维护管理措施已普遍为人们接受，然而各自的清洗周期和清洗方式不尽相同，如图2和图4所示。图4空调风系统过滤网的清洗周期0%5%10%15%20%25%30%35%0～1次/年1～2次/年2～3次/年3～4次/年4～12次/年12～26次/年26～52次/年52次以上/年无规律空气过滤网基本上都进行了清洗，且清洗后超过80%的过滤网阻力明显减小，风量增加（图5和图6）。但只有少数大楼（少于20%）采用清洗剂专业清洗，总体来说清洗频率和清洗方式都不够规范，大多凭经验甚至凭感觉来操作。图5清洗后空调过滤网阻力变化程度变化不明显15%明显变小85%图6清洗后风量增加程度增加明显74%少许增加15%增加不明显1%1.2.空调箱表冷器的清洗由于空调过滤器先天不足，表冷器积灰严重风量剧减，为此多数大楼对通风系统换热器进行定期清洗，图7和图2显示各空调大楼的表冷器的清洗周期和清洗方式。图7空调箱表冷器清洗周期0%5%10%15%20%25%30%35%40%1次/年1～2次/年2～3次/年3～4次/年4次以上/年无规律未清洗由图可见，大部分空调箱表冷器只是用清水冲洗，约三分之一的大楼用清洗剂专业清洗，但清洗操作程序上不够科学和专业。资料表明表冷器翅片用专业清洗剂是用清水清洗效果约为3-5倍[2]。图8是表冷器清洗前后空调风量变化情况。图8表冷器清洗后风量增加程度未测15%变化明显71%变化不明显14%3由此可见，多于70%空调箱表冷器的清洗能使风量明显增加。而风量变化不明显的绝大部分是用水洗的。1.3.风机盘管的清洗由于风机盘管安装位置不同，清洗方式和手段差别较大。风机盘管的清洗情况如图9和图2。图9风机盘管清洗周期0%10%20%30%40%50%60%0～1次/年1～2次/年2～3次/年3～4次/年4次以上/年无规律未清洗约一半的大楼对风机盘管进行定期清洗，但大部分（多于70%）的大楼采用清水冲洗。因此有必要提倡采用专业清洗剂进行专业清洗，以确保清洗质量。1.4.风冷热泵的清洗由于风冷热泵大都位于大楼屋面，风吹雨淋使散热翅片表面严重积尘。通过清洗剂专业清洗能使热泵的能效比提高2%-5%[2]。较多的风冷热泵系统对热泵进行定期清洗，但以清水冲洗为主，少数采用清洗剂专业清洗，但凡是用专业清洗剂清洗后风冷热泵的供回水温差明显增大（图10、图2和图11）。图10风冷热泵清洗周期0%10%20%30%40%50%60%0～1次/年1～2次/年2～3次/年3～4次年4次以上/年无规律图11风冷热泵清洗后供回水温差增大程度变化明显75%未测17%变化不明显8%1.5.空调水系统的清洗大多数大楼对空调水系统进行了定期清洗或投药等维护，相对于通风系统的清洗更加规范和专业化（图12和图13）。图12空调水系统清洗周期0%20%40%60%定期投药定期抽样外包0~1次/年1~2次/年2次以上/年其他不清洗冷冻水冷却水4图13空调水系统清洗前后供回水温差增加程度0%20%40%60%80%增加明显增加不明显未测冷冻水冷却水1.6.空调系统清洗的节能评价从调查的结果来看，清洗空调系统确实有一定的节能效果，是一项行之有效的节能措施。上海市多数大楼中央空调系统的运行管理人员均有空调清洗的意识，但在实际操作中缺乏规范性和专业性，具体表现在：中央空调系统清洗周期不科学；清洗的方式不专业，大多没有请专门的清洗公司，而是由一般的空调操作人员甚至是大楼保洁工进行清洗工作，这些人员很少经过专门的培训达标。有的大楼由于清洗操作不当，不仅没有改善空调系统性能，还可能破坏空调系统或造成空调风系统的二次污染[3]。图14对清洗空调系统节能性的评价很好25%较好47%稍好13%没效果1%未比较14%2.空调系统清洗的节能性分析在空调风系统清洗中，节能效果显著的是空调箱表冷器的清洗。实验数据[4]显示，换热器翅片上污垢厚度达到0.30毫米时，压缩机工作时间将延长一倍，耗电量将增加到正常的2.4倍。结合现场清洗前后测试的数据，对清洗通风系统的节能性进行分析。2.1.清洗换热器对风量的影响清洗空调换热器，除去换热器表面的结垢、积尘以及寄生的微生物，可以增大流通截面，减小翅片表面的粗糙度，降低通风阻力。图15是结合通风系统的运行状态，分析换热器清洗对送风量的影响。QHQBQA321HBHABA图15通风系统运行状态曲线1为空调通风管路清洗前的性能曲线，曲线3为风机的性能曲线，两条曲线的交点即为风机的初始运行工况点，此时风机提供的风压即管路所需要的压头为HA,风量为QA.换热器清洗后，通风阻力降低，管路的性能曲线移至曲线2的位置，此时风机的运行状态点也随之移到交点B,风机提供的风压即管路所需要的压头为HB,风量为QB，（QA-QB）即为表冷器清洗前后送风量的增加值[5]。2.2.换热器清洗对传热的影响不计辐射换热，有肋片的换热器的传热系数公式为[5]：WWKλδβηαλδα+++=21111（1）式中：K—总传热系数[W/㎡·℃]1α—水侧对流换热系数[W/㎡·℃]2α—风侧对流换热系数[W/㎡·℃]δ—壁厚[m]λ—肋壁导热系数[W/m·℃]5β—肋化系数η—肋壁的总效率Wδ—污垢厚度[m]Wλ—污垢导热系数[W/m·℃]其中WWλδ项又被称为污垢热阻。换热器表面的结垢和积尘使得传热热阻中多了污垢热阻一项，从而使总的传热系数减少，换热器的传热效率降低。一般用于制造换热器的金属的导热系数在10～500W/m·℃之间，而灰尘粉末的导热系数只有约0.15W/m·℃，两者相差近一百多倍，因此尽管积尘的厚度较小，但由于其热阻很大，对总的传热系数的影响较显著。此外，清洗换热器还可以提高风速，从而提高风侧对流换热系数2α以及总的传热系数。2.3.清洗换热器对制冷机能效比的影响及其节能性分析换热器的传热计算公式为[6]：)(21ffttKFQ−=（2）式中：Q—空气-水传热量[W]K—总传热系数[W/㎡·℃]F—表冷器外表面积[㎡]tf1—空气温度[℃]tf2—水温度[℃]对于给定的空调区域，室内所需冷（热）量Q一定，即送风温度和回风温度也为定值，换热器的换热面积F不变。如式（1）分析所述，清洗换热器可以提高传热系数K，根据传热计算公式（2），冷冻水的供水温度可以提高，这意味着清洗换热器后，可以提高制冷剂的蒸发温度。根据理想逆卡诺循环的制冷系数计算公式[7]：21202TTTwq−=＝ε（3）式中:ε—制冷系数q2—制冷量[W]W0—耗功量[W]T1—冷凝温度[℃]T2—蒸发温度[℃]若冷凝温度T1保持不变，提高蒸发温度T2，能够提高制冷循环的制冷系数，也就可以提高制冷机的能效比。能效比的提高意味着向空调区域输送相等的冷（热）量时制冷主机将消耗更少的能量。此外，冷冻水供水温度的提高，也可以降低在输送管道中的热损失，减少制冷主机的制冷量，降低冷冻机的能耗。同样冬季运行工况时也可减少热源的能耗。2.4.清洗节电实例表1反映的是上海两个典型商场的中央空调系统空调箱表冷器清洗后的节能情况，主要是根据商场空调清洗前后两年夏季7、8、9三个月的空调系统实际用电数统计。表1表冷器清洗节能实例建筑商场甲商场乙商场面积（㎡）8000030000使用年数99空调系统全空气全空气空气过滤方式50%粗效加中效50%金属丝网金属丝网日常清洗1次清水清洗表冷器/年1次清水清洗表冷器/年专业清洗部位商场全部28台空调箱换热器（100000m3/h，6排管）1层、2层21台空调箱换热器（10000m3/h，6排管）专业清洗时间2004.52004.7清洗后风量增幅（%）70.050.2专业清洗后空调主机夏季运行减少率（%）28.610.0清洗后04年夏比03年夏平均月节电22.45.06率（%）显然空调表冷器清洗后由于换热效果改善、通风阻力减少、风量明显增加，在达到相同的室内环境温湿度条件下，空调冷冻机少开或开启时间减少，使空调系统耗电明显下降，从而有效地节省了空调能耗。3.结语空调系统清洗可以增加风量、提高表冷器的换热系数，提高空调箱供冷量，减少空调冷源和热源的运行台数或运行时间，从而降低空调系统能耗。但空调系统的清洗在我国还处在起步阶段，专业的清洗公司较少，大多实际操作时缺乏专业性和规范性。因此，应将规范专业的空调系统清洗作为空调维护管理的一项重要内容。空调系统清洗是一个影响大众健康、节约能耗的公益行为，也是一个可以创造利润和就业机会的市场行为，更是创建环境与能源和谐及构建节约型社会的重要行为。参考文献1龙惟定.我国电力紧缺对空调业的挑战.暖通空调，2004，35(5):39－462刘燕敏、聂一新等.空调通风系统污染及其控制.暖通空调，2005，38(2):39－463刘燕敏、杨德林等.空调系统清洗引起的污染分析.洁净与空调技术，2005，46(2):52－544王斌.空调清洗市场分析.洁净技术5屠大燕等.流体力学与流体机械.第三版.北京：中国建筑工业出版社，19936章熙民等.传热学.第三版.北京：中国建筑工业出版社，19937廉乐明等.工程热力学.北京：中国建筑工业出版社，1999刘锦男，1982年1月生，同济大学硕士研究生，同济大学机械学院上海市曹安公路4800号15号楼603室，邮编：201804，电话:[phone]，E-mail:[e-mail]