0引言
商业综合体建筑往往具有建筑体量超大、建筑功能多样、建筑设备复杂的特征[1];自2000年以来,我国商业综合体建筑发展迅速,保持着25%左右的年增长率[2];近年来随着人们消费习惯的变化,商业建筑出现了业态调整、招商改造的需求,在此过程中伴随的设备利旧和资产处置,是企业主普遍面临的课题。本文结合北京市某商业综合体工程的案例,从工程设计角度介绍供水设备评估的情况。
1工程概况
该商业综合体工程位于北京市,分为东、西两个区:西区总建筑面积6.45万m2,地下2层,地上5层,地下室为汽车库和设备用房,地上首层为商铺,2、3层为超市,4、5层为冰场及餐饮配套;东区为商业及办公业态,总建筑面积15.39万m2,地下3层,地上13层。地下1层为商铺、餐饮及物业管理用房,地下2、3层为汽车库和设备用房,地上首层至六层为商业及餐饮,7至13层为办公楼、影院。该工程给水系统根据区域和业态划分,给水系统如图1所示。2019年8月至2020年12月,该工程商业区域进行了改造,为配合商业改造以及机电系统的改造,对建筑主要供水设备的性能进行评估,主要目的包含以下两方面:①结合项目机电系统改造情况,对于改造后是否继续使用现有设备作出预判;②测试设备性能,考察设备的老化情况,对于设备是否继续在本项目或该业主集团内的其他项目上使用作出建议。评估内容包括该工程为商业区域服务的给水系统、中水系统变频供水机组,配置见表1。
2评估方法
2.1评估技术路线
本次评估采用基于现场测试的技术路线,具体如图2所示。
2.2现场评估内容
对供水设备的性能进行评估,需通过现场测试工作,考察以下内容:①水泵外观检查,有无异常变形、锈蚀;②水泵扬程和流量,额定性能达标度;③水泵输入功率和设备效率。
2.3水泵测试步骤
评估工作期间,商业建筑处于正常营业状态,为尽可能获取设备实际运行信息,采取设备“在线”测试的方法,根据以下步骤对于变频供水机组做现场运行测试:①检查水泵设备外观、仪表设置情况。②国内已有工程技术人员对变频水泵测试作了研究,人为控制水泵工频运行,获取测试工况参数是常见方法[3-4]。本文采用变频供水设备在线测试,在适当时机人为设置供水设备水泵逐台工频运行,测试流量、扬程、运行电流;③在有条件时人为设置管网中大用户(例如冷却塔补水管)控制阀全开进行测试,或选取用水高峰时段进行测试。④恢复供水设备至正常(自动变频)工作状态,观察记录网管压力变化和水泵自动启停控制情况。水泵测试过程直接利用设备管道上安装的压力表,配合超声波流量计、钳形电流表等仪器,在不破坏系统完整性的情况下进行。
2.4水泵性能计算方法
评估工作通过性能偏离度、输入功率百分率两个指标评估水泵的实际性能。水泵性能偏离度,指测试取得的工况点偏离特性曲线的度量。在既有建筑工程中运转多年的水泵,性能偏离多为向下偏离,偏离原因主要为运行工况与设计工况不一致,或水泵长时间运转导致老化效率下降等[5]。本文将水泵性能偏离度定义为:测试工况点较水泵特性曲线上与测试工况点符合切削率的A点,输入功率百分率,指测试取得的工况点的电机输入功率与其额定功率的比值。
3现场评估过程
本工程所有生活给水、中水加压设备均采用成套变频供水设备,均为成套集成设备,含CR系列立式多级离心泵与电机、CU351控制模块,及稳压隔膜罐。各套设备现场评估的技术手段相似,本文仅对其中具有代表性的两套设备的评估过程进行讨论。
3.1西区超市生活给水变频机组评估
超市生活给水泵变频机组,配3台水泵(2用1备),水泵铭牌参数:CR20-7型,Q=21m3/h,H=81.7m,N=7.50kW。性能测试期间人工打开其供水管网上的DN65冷却塔补水管,将水泵逐台人工设定为50Hz工频运行。读取测试运行时的电流、流量、水泵进出口压力,测试取得数据如表2所示。生活给水变频供水机组无锈蚀、机体变形和液体渗漏的情况,水泵进出水管保温完善、仪表正常,两组变频供水机组在运行过程中无异常噪声。
3.2东区商业中水供水变频机组评估
东区商业中水泵变频机组,配2台水泵(1用1备),水泵铭牌参数:CR20-6型,Q=21m3/h,H=70.4m,N=7.50kW。性能测试期间观察该套设备的运行工况,发现其在自动变频运行的条件下,出现了2台水泵同时满转速工作的情况,并有短时间仍不能达到预设管网压力,预设管网控制压力为0.80MPa,但此时刻2台水泵均投入运转,设备出口压力仅为0.64MPa。鉴于以上情况,水泵的性能测试可利用管网高峰运行时段的工况,避免水泵工频运转造成管网压力骤然升高的风险。测试仍采取将水泵逐台人工设定为50Hz工频运行。读取测试运行时的电流、流量、水泵进出口压力,测试取得数据如表3所示。针对东区商业中水管网高峰运行时段,供水设备不能满足供水需求的工况,记录了该工况下工作泵和备用泵同时开启时的运行数据:设备入口压力为0.014MPa出口压力为0.76MPa,出水流量为16.7m3/h,运行电流为14.9A,计算功率7.7kW。
4分析与评估建议
在本次评估内容包含的5套供水设备当中,有三套设备评估结果理想,在上一节描述的两套设备存在问题,将问题分析与建议分别叙述见下文。
4.1设备性能有较大程度衰减
超市生活给水变频设备采用GrundfosCR20-7型水泵,将测试工况点绘制在其特性曲线中,如图4所示。由图4可知,3台水泵工况均位于特性曲线以下,分别偏离约-15.1%,-13.4%,-4.0%。实际功率分别为额定功率的89.1%、88.3%和86.9%,设备运行状况一般。在测试过程中发现,该套机组的控制逻辑未能将3台水泵设定为“轮换工作”,3号泵长期作为备用泵,故3台水泵的性能衰减程度有较大差异。本次评估建议业主更换该设备,在超市用水量没有变化的前提下可选用同型号水泵,并优化机组的控制逻辑。东区商业中水变频设备采用GrundfosCR20-6型水泵,将测试工况点绘制在其特性曲线中,如图5所示。即便在水泵满转速测试时,管网压力下滑。计算电功率仅为额定功率的57.3%和40.0%。测试时两台水泵的流量与扬程工况点,均在特性曲线下方,分别偏离约-4.7%,-22.7%。设备运行状况不理想。
4.2设备不满足供水需求
东区商业中水变频设备,配2台水泵,原设计为1用1备,水泵额定扬程为70m,但现场预设控制水压为0.80MPa,在测试过程中发现,出现有备用泵启动并联工作的情况,且此时管网压力仍下滑,设备入口压力为0.015MPa,出口压力为0.64~0.81MPa,2台水泵同时满转速工作时的计算电功率仅为额定功率的54.0%。根据以上测试结果,确认了该设备与系统用水量不匹配,经过与商管公司了解,商业招租后有大量餐饮商铺内部增加了卫生间,造成用水需求增大。商管人员试图通过提高供水机组预设控制压力,以达到增加水泵工作时间的方式保障供水,但此举导致水泵长期偏离高效段运行,性能衰减严重。本次评估建议业主更换该设备,根据商业改造后的管网重新做设备选型计算。
4.3设备效率低
东区商业中水变频设备的性能衰减,同时表现在水泵效率降低。东区商业给水变频设备与其同时服役,并服务于同一场所,根据现场测试取得的水泵运行数据,分别计算了两套机组各台水泵效率,并将其与节能评价值作比较,如表4所示。
5结语
本次对商业综合体供水设备的评估工作,采用性能偏离度、输入功率百分率两个指标评估水泵的实际性能,其中性能偏离度反映了水泵做功的衰减量,作为主要指标,而输入功率百分率由于随水泵所处工况变化不规律,加之供应商在额定功率上留有余量,故作为参考指标。本次参加测试的5套供水设备运行年限为7~11年,已有2套出现不同程度性能衰减,为保证大型商业综合体供水安全,建议使用方应定期进行设备检测。设计选用变频供水机组时,宜采用一对一全变频机组,并设置1套机组各台水泵轮换运行,以保证各泵运行效率、时间相对均衡,总体延缓设备性能衰减进程。本次评估工作是在商业处于正常营业状态时开展的,采取设备“在线”的测试方法不可避免受到实际运行工况的制约,取得的测试数据不足以全面反映水泵性能,但评估过程仍能够定性地发现问题,为指导该工程改造设计,以及业主做资产处置提供了有效参考。
作者:王昊 乔沐阳 宋维 单位:国家建筑工程技术研究中心 中国建筑科学研究院有限公司
