梁成儒,馬炎坤

(1.廣州市地下鐵道總公司,廣東廣州510370;2.廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東廣州510300)

1 前 言

廣州地鐵一號線地鐵站的空調(diào)系統(tǒng)是采用全空氣集中式空調(diào)系統(tǒng),分為大系統(tǒng)和小系統(tǒng)兩個獨立的分系統(tǒng),車站A、B端各設(shè)置獨立的小系統(tǒng)組合式空調(diào)機組向站廳及站臺的多個設(shè)備及管理用房供冷。每臺機組送風(fēng)量10000m3/h,制冷量200kW。在某站,B端空調(diào)小系統(tǒng)的送風(fēng)管、送風(fēng)口、回風(fēng)管、排風(fēng)管等所組成的風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。

車站房間的設(shè)計溫度為27～29℃。該站某辦公室位于車站B端,原設(shè)計有風(fēng)管供冷和排風(fēng)系統(tǒng),在往年的空調(diào)季節(jié)里,房間溫度一直在29℃以上,室溫偏高,不能有效降溫,空調(diào)效果差。

2 調(diào)查與測量

經(jīng)技術(shù)人員和檢修人員多次到現(xiàn)場揭開天花、在管道上開孔測量,發(fā)現(xiàn)該辦公室房間的送風(fēng)口處風(fēng)向竟然是反向的,室內(nèi)負(fù)壓偏大。也就是說空調(diào)送風(fēng)口不是向室內(nèi)送冷風(fēng),反而是向外抽風(fēng),風(fēng)速在2m/s以上。

在發(fā)現(xiàn)送風(fēng)口處風(fēng)向反向后,最初以為這是空調(diào)機組送風(fēng)機反向轉(zhuǎn)動引起的,是送風(fēng)機電動機三相接線錯相所導(dǎo)致的。但經(jīng)過更深入的檢查后發(fā)現(xiàn):B端空調(diào)機組的送風(fēng)機并沒有反轉(zhuǎn);在同一條送風(fēng)管路上靠近組合式空調(diào)機組出口端的環(huán)控室溫度卻低于26℃,且明顯有冷風(fēng)送入;送風(fēng)系統(tǒng)末端的站臺設(shè)備房送風(fēng)口的送風(fēng)方向正常。

調(diào)查還發(fā)現(xiàn)有一種特殊情況:當(dāng)密封性較好的消防氣體保護(hù)的站臺設(shè)備房房門被打開時,全部送風(fēng)管口送風(fēng)正常。顯而易見,在同一條送風(fēng)管路上的各送風(fēng)口,同時出現(xiàn)了送風(fēng)、排風(fēng)兩種流向或個別時間全送風(fēng)的奇怪現(xiàn)象。

圖1 地鐵某站B端空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)示意圖

由于單憑感覺無法了解空調(diào)送風(fēng)的真實走向,采用風(fēng)速儀重新核查了整個B端送風(fēng)系統(tǒng)各個送風(fēng)口的風(fēng)速大小以及方向。同時,在某辦公室的送風(fēng)支管與送風(fēng)主管相接的根部開了一個檢修口,用來調(diào)查空調(diào)送風(fēng)在該主管彎頭與支管的交匯點上的實際走向。檢查的結(jié)果如下:

(1)站廳環(huán)控室送風(fēng)口處風(fēng)速為0.2m/s;某辦公室送風(fēng)口處風(fēng)速為-2m/s(以向外吹風(fēng)速方向為正方向);站臺設(shè)備房主要送風(fēng)口處風(fēng)速為4m/s,其送風(fēng)主管彎頭與支管的交匯點的風(fēng)速為5～6m/s,風(fēng)向是向送風(fēng)口。

(2)站廳環(huán)控室及某辦公室排風(fēng)口處風(fēng)速為2～3m/s,站臺設(shè)備房的排風(fēng)口處的風(fēng)速達(dá)到8m/s,而排風(fēng)口面積為送風(fēng)口的兩倍。

(3)檢測時,發(fā)現(xiàn)B端空調(diào)機組的銘牌送風(fēng)量為10000m3/h;而站臺設(shè)備房的排風(fēng)量很大,單是消防氣體保護(hù)的站臺設(shè)備房排風(fēng)量就高達(dá)15000m3/h;加上站廳環(huán)控室和某辦公室的獨立排風(fēng)量2000m3/h,站廳設(shè)備房回風(fēng)機的回風(fēng)量為3000m3/h,可見整個 B端的回、排風(fēng)量達(dá) 20000 m3/h,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于送風(fēng)量。

3 現(xiàn)象分析

(1)站廳環(huán)控室的送風(fēng)口很接近空調(diào)機組的出口,其內(nèi)側(cè)風(fēng)壓為正壓,環(huán)控室送風(fēng)風(fēng)速低(0.2m/s),表明了B端空調(diào)機組實際的送風(fēng)正壓并不如預(yù)計的大。造成這種現(xiàn)象的可能性可以通過伯努利方程來分析。

列出圖1中1斷面和2斷面間的伯努利方程:

式中:

ρ—空氣密度,kg/m3;

g—重力加速度,m/s2;

z1—圖1中1斷面中心的相對高度,m;

z2—圖1中2斷面中心的相對高度,m;

p1—圖1中1斷面處空氣靜壓力,Pa;

p2—圖1中2斷面處空氣靜壓力,Pa;

v1—圖1中1斷面處空氣流速,Pa;

v2—圖1中2斷面處空氣流速,Pa;

P—B端小系統(tǒng)組合式空調(diào)機組送風(fēng)機全壓,Pa;

pw—1斷面至2斷面間空氣的流動壓力損失,Pa。

1)從公式1可看出,造成空調(diào)機組出口處的送風(fēng)正壓p2低,在其它條件不變的情況下,是由于機組進(jìn)風(fēng)壓力p1低引起的。這種情況可能是由于在新風(fēng)機或者回風(fēng)機不工作正常引起的。

2)從公式1可看出,當(dāng)B端小系統(tǒng)組合式空調(diào)機組送風(fēng)機全壓P很小或等于零,而其它條件不變時,也會造成空調(diào)機組出口處的送風(fēng)正壓p2低。這種情況可能是由于空調(diào)機組送風(fēng)機電機出現(xiàn)故障停轉(zhuǎn)引起的。

3)從公式1可看出,當(dāng)1斷面至2斷面間空氣的流動壓力損失pw較大,而其它條件不變時,也會造成空調(diào)機組出口處的送風(fēng)正壓p2低。這種情況可能是由于空調(diào)機組的空氣過濾網(wǎng)或表冷器堵塞嚴(yán)重,流動阻力較大引起的。

經(jīng)多次現(xiàn)場檢查后,排除了前面兩種可能性。而檢修人員在日常的檢修維護(hù)中都按照規(guī)定每周定期對空氣過濾網(wǎng)以及表冷器進(jìn)行沖洗,但沖洗效果是否良好尚未檢查確定。

(2)在同一條送風(fēng)管路上的各送風(fēng)口,同時出現(xiàn)了送風(fēng)、排風(fēng)兩種流向的現(xiàn)象是由于風(fēng)系統(tǒng)的回、排風(fēng)量大于送風(fēng)量和B端空調(diào)機組送風(fēng)正壓過低引起的。從質(zhì)量守恒的角度看,在穩(wěn)定流動的前提下,在單位時間內(nèi),流入一個系統(tǒng)物質(zhì)的量必定等于流出系統(tǒng)物質(zhì)的量。取圖1風(fēng)系統(tǒng)中虛線框的區(qū)域作為研究對象。流入研究對象的送風(fēng)量小于流出研究對象的回風(fēng)量與排風(fēng)量之和,為使研究對象進(jìn)入和排出的空氣量達(dá)平衡,因此有些送風(fēng)口變成抽風(fēng)狀態(tài)。

什么情況下送風(fēng)口會形成抽風(fēng)狀態(tài)?當(dāng)某個送風(fēng)口處的內(nèi)外壓差變?yōu)橥饷鏆鈮捍笥陲L(fēng)口內(nèi)氣流全壓時,該送風(fēng)口就從送風(fēng)狀態(tài)變?yōu)槌轱L(fēng)狀態(tài)。因此我們有必要進(jìn)行壓力分布的分析。當(dāng)B端空調(diào)機組送風(fēng)正壓過低,而送風(fēng)主管末端空間又形成了較大負(fù)壓的時候,送風(fēng)主管和支管內(nèi)的壓力重新分布。

通過風(fēng)管壓力分布分析可知:空調(diào)機組送風(fēng)機出口處主送風(fēng)管內(nèi)的正壓為最大,以后沿主送風(fēng)管正壓逐漸降低。對于本例而言,送風(fēng)管風(fēng)壓先是呈正壓逐漸降低,再變?yōu)樨?fù)壓,至送風(fēng)管末端由于排風(fēng)量大而呈很大負(fù)壓。站廳設(shè)備房和站臺設(shè)備房兩房間由于排風(fēng)量大,致使此兩房間內(nèi)的負(fù)壓大,則它們的送風(fēng)口內(nèi)側(cè)壓力大于外側(cè)壓力,此兩房間送風(fēng)口是向外吹風(fēng)的。環(huán)控室的送風(fēng)口由于靠近空調(diào)機組其內(nèi)側(cè)為正壓,大于環(huán)控室房間的微負(fù)壓,故向外吹風(fēng)。而某辦公室的送風(fēng)口由于離空調(diào)機組出口遠(yuǎn)些,又靠近排風(fēng)量大的站廳設(shè)備房的送風(fēng)口,其內(nèi)側(cè)壓力負(fù)壓較大,且大于房間的微負(fù)壓,此時該送風(fēng)口不是送風(fēng)而是變成抽風(fēng)了。

(3)當(dāng)密封性較好的消防氣體保護(hù)站臺設(shè)備房打開房門時,大量室外空氣涌入,提升了室內(nèi)氣壓,送風(fēng)管末端的氣壓也升高。此時,整個B端送風(fēng)管內(nèi)的壓力又重新分布,各送風(fēng)口內(nèi)側(cè)壓力均變成了正壓,大于各房間內(nèi)的氣壓。所以此時同一條送風(fēng)管道上所有送風(fēng)口送風(fēng)轉(zhuǎn)為正常狀態(tài)。由于內(nèi)外側(cè)壓差的減小,消防氣體保護(hù)的站臺設(shè)備房送風(fēng)口處風(fēng)速急劇降低,此時測量得風(fēng)速為2m/s。

綜合上述分析,造成車站某辦公室不能有效降溫和送風(fēng)流向不穩(wěn)定的原因是:送風(fēng)管最末端負(fù)壓過大和空調(diào)機組送風(fēng)正壓不足造成該辦公室送風(fēng)口倒抽風(fēng)。當(dāng)送風(fēng)口倒抽風(fēng)時,該辦公室吸入外界溫度較高的空氣,使之在空調(diào)季節(jié)室溫偏高。

4 處理措施

針對上面分析得到的故障原因,我們采取了如下處理措施:

(1)針對空調(diào)機組送風(fēng)正壓不足的處理

車站B端空調(diào)機組的送風(fēng)正壓偏低主要是因為表冷器堵塞。由于吊頂式空調(diào)機組的結(jié)構(gòu)以及安裝位置的限制,檢修人員在日常的清洗中,對表冷器無法全面沖洗甚至無法清洗,使表冷器某個區(qū)域的灰垢日積月累,最終堵塞了表冷器的部分過風(fēng)面積。有鑒于此,我們采取的措施是:在B端空調(diào)機組進(jìn)風(fēng)口前0.5m的風(fēng)管處,開一個寬60cm,長120cm的活動檢修口,讓檢修人員能夠有足夠的操作空間定期對表冷器進(jìn)行沖洗,徹底解決表冷器迎風(fēng)面的堵塞問題,增大送風(fēng)量。

(2)針對送風(fēng)系統(tǒng)末端負(fù)壓過大的處理

針對排風(fēng)量過大,我們采取的整改措施是:在確保能滿足事故排煙情況下,用防火鋁泊膠帶合理修正站臺設(shè)備房排風(fēng)口有效面積,在暫時未更換排風(fēng)機 (設(shè)計選型時排風(fēng)量過大)的情況下減小排風(fēng)閥開度。這樣既可維持消防監(jiān)控聯(lián)動又盡量降低站臺設(shè)備房的排風(fēng)負(fù)壓。

在實施了上述的處理措施后,某辦公室的送風(fēng)口風(fēng)向終于正常,風(fēng)速也達(dá)到2m/s以上,房間空調(diào)溫度也控制在27℃左右。

5 總結(jié)與體會

在本次的故障處理、檢修過程中,有兩點值得在日后的工作中注意:

(1)空調(diào)機組應(yīng)預(yù)設(shè)活動檢修口。以前我們在表冷器清洗和空氣過濾網(wǎng)更換的時候遇到了相當(dāng)多的麻煩,特別是無檢修位置、不能夠進(jìn)行徹底的清洗。這就導(dǎo)致表冷器在長時間使用后,部分表面被嚴(yán)重堵塞,影響了送風(fēng)量。

(2)空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)量過大的問題在其它車站也出現(xiàn)過。如另一地鐵站的B端小系統(tǒng)空調(diào)機組,其空調(diào)送風(fēng)量竟低于實際排風(fēng)量70%。在站臺設(shè)備房的排風(fēng)系統(tǒng)沒有設(shè)計空調(diào)回風(fēng)管的情況下,這可能影響了B端的空調(diào)送風(fēng)主管和支管的實際管路壓力分布,擾亂空調(diào)系統(tǒng)運行,造成目前部分車站設(shè)備房和管理用房室溫波動較大。

[1]蔡增基,龍?zhí)煊?流體力學(xué)泵與風(fēng)機 [M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999,12

[2]孫一堅.工業(yè)通風(fēng) [M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1985,12