李梅

首都機(jī)場動(dòng)力能源有限公司

首都機(jī)場風(fēng)水平衡調(diào)試技術(shù)研究

李梅

首都機(jī)場動(dòng)力能源有限公司

空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)、水系統(tǒng)平衡失調(diào)造成樓內(nèi)冷熱分配不均勻和能源的浪費(fèi)。首都機(jī)場T3-D航站樓重新投入使用對(duì)空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)水平衡進(jìn)行了調(diào)試，本文從理論上對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)、水平衡進(jìn)行了分析研究，并在T3-D樓的實(shí)施調(diào)試中加以應(yīng)用；詳細(xì)闡述調(diào)試過程和技術(shù)手法，并對(duì)調(diào)試前后的系統(tǒng)參數(shù)做了對(duì)比分析，最終保證了系統(tǒng)高效穩(wěn)定地將設(shè)備所需的流量準(zhǔn)確地輸送，各個(gè)管道風(fēng)量得以平衡均勻分布和輸送；保障樓內(nèi)環(huán)境品質(zhì)的同時(shí)做到了能源節(jié)約。

首都機(jī)場 空調(diào)系統(tǒng) 風(fēng)水平衡調(diào)試 節(jié)能

0 引言

現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展使得能源危機(jī)頻繁出現(xiàn)，近些年節(jié)能問題一再被提到了新的高度，建筑中的空調(diào)節(jié)能更不容忽視[1]。在空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)、水系統(tǒng)平衡失調(diào)，不但造成了機(jī)組運(yùn)行效率低、樓內(nèi)冷熱分配不均勻等供冷品質(zhì)的弊病，更造成了能源的浪費(fèi)。為此，風(fēng)、水系統(tǒng)平衡調(diào)試工程在空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行中越來越顯示出了重要性。

首都機(jī)場T3航站樓自2008年投入使用以來，對(duì)于節(jié)能問題一直是非常重視。T3-D樓地上三層，地下一層，整個(gè)樓體的空調(diào)系統(tǒng)從T3-E樓分支引入空調(diào)供水，5臺(tái)空調(diào)冷凍水泵（2備）和3臺(tái)空調(diào)熱水循環(huán)泵（1備）共同完成樓內(nèi)8個(gè)空調(diào)機(jī)房，62臺(tái)空調(diào)新風(fēng)機(jī)組空調(diào)冷熱水供給，整體提供冷暖保障。其中，T3-D樓自奧運(yùn)會(huì)使用之后，由于客流量的需求和能源節(jié)約問題停止使用。隨著旅客數(shù)量日漸增加，2012年底為保證航班的正常運(yùn)作和旅客方便使用，T3-D樓重新投入使用，原建設(shè)單位以奧運(yùn)專機(jī)保障功能設(shè)計(jì)進(jìn)行的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行模式已無法滿足現(xiàn)有服務(wù)流程功能性變化，需要對(duì)空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)、水平衡重新進(jìn)行分配調(diào)試，避免樓內(nèi)各區(qū)域出現(xiàn)冷熱分配不均的情況，有效滿足暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備安全、平穩(wěn)運(yùn)行的需要。首都機(jī)場動(dòng)力能源公司技術(shù)人員對(duì)T3-D樓空調(diào)系統(tǒng)做了風(fēng)水平衡的調(diào)試工作，保障整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)正常安全地運(yùn)行和樓內(nèi)環(huán)境的舒適。

1 水力系統(tǒng)平衡調(diào)試

1.1 水力平衡調(diào)試原理

水系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)就是將系統(tǒng)中各個(gè)支路的檢測流量調(diào)至設(shè)計(jì)流量，各個(gè)末端設(shè)備的流量達(dá)到末端設(shè)備實(shí)際瞬時(shí)負(fù)荷要求流量的同時(shí)，保證系統(tǒng)高效穩(wěn)定地將設(shè)備所需的流量準(zhǔn)確地輸送，而不受系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響。

D樓停止使用期間對(duì)不同設(shè)備做了相應(yīng)調(diào)節(jié)設(shè)置，再次投入使用，樓內(nèi)出現(xiàn)區(qū)域冷熱不均，要保障系統(tǒng)各支路水流量的充足和均勻供給，動(dòng)力能源技術(shù)人員對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)平衡設(shè)備進(jìn)行了檢查和設(shè)置。D樓空調(diào)系統(tǒng)中常用的動(dòng)態(tài)水力平衡設(shè)備主要有調(diào)節(jié)閥（各類空調(diào)箱用）。在水系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行期間，依照設(shè)計(jì)流量并參照實(shí)際測定的運(yùn)行流量，調(diào)整平衡閥門的開度，并不斷整定，最終使得末端區(qū)域?qū)嶋H流量與設(shè)計(jì)流量一致。

1.2 水系統(tǒng)平衡調(diào)試步驟

本次水平衡調(diào)試主要通過調(diào)節(jié)手動(dòng)閥門，使冷凍水流量于末端設(shè)備中按照設(shè)計(jì)比值分配。如圖1所示，首先將D樓全部的末端閥門（各個(gè)機(jī)房、風(fēng)機(jī)盤管等）打開并開啟兩臺(tái)水泵，利用TDS-100H超聲波流量計(jì)測試該系統(tǒng)主要支路的流量，同時(shí)通過計(jì)算得出水系統(tǒng)整體流量分布狀態(tài)。

圖1 T3D樓空調(diào)水系統(tǒng)示意圖

具體步驟如下：

①調(diào)節(jié)供回水主管道上的盈虧水管閥門，使得主管道水流量均勻分布。

②將冷水分水器干管碟閥關(guān)閉，將二通閥打至手動(dòng)位置，開度調(diào)節(jié)為100%，按照設(shè)計(jì)工況，開啟兩臺(tái)循環(huán)泵，打開水系統(tǒng)中的所有閥門。

③在閥門全開狀態(tài)下，記錄各個(gè)水泵、空調(diào)機(jī)組的流量、進(jìn)出水溫度、進(jìn)出水壓力和壓差，計(jì)算各個(gè)環(huán)路設(shè)計(jì)流量的分布比例。

④手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，通過超聲波流量計(jì)檢測記錄最遠(yuǎn)端環(huán)路1的流量，在現(xiàn)場關(guān)小近端環(huán)路4的閥門，調(diào)節(jié)使遠(yuǎn)端環(huán)路1流量接近設(shè)計(jì)流量比例。

⑤固定最遠(yuǎn)端環(huán)路1的閥門，按照步驟④關(guān)小近端環(huán)路4的閥門，檢測次遠(yuǎn)端環(huán)路流量，調(diào)節(jié)使次遠(yuǎn)端環(huán)路2流量接近設(shè)計(jì)流量比例。逐次調(diào)節(jié)各環(huán)路的閥門使得各環(huán)路流量至設(shè)計(jì)流量，使得各環(huán)路得到按需分配水流量。

⑥調(diào)節(jié)冷凍水調(diào)頻泵轉(zhuǎn)速，直至冷凍水集水器主管的靜態(tài)水力平衡閥流量與設(shè)計(jì)流量一致，此時(shí)系統(tǒng)所有末端設(shè)備的流量均等于夏季設(shè)計(jì)流量，記錄下此時(shí)分集水器壓差，此即為壓差控制器的設(shè)定壓差。

本次水系統(tǒng)調(diào)試保證了系統(tǒng)高效穩(wěn)定地將設(shè)備在各個(gè)時(shí)刻所需的流量準(zhǔn)確地輸送過去，使得空調(diào)水系統(tǒng)母管的水流量最終滿足了1484m3/h，使得西側(cè)北區(qū)、西側(cè)南區(qū)、東側(cè)北區(qū)和東側(cè)南區(qū)四個(gè)分支環(huán)路根據(jù)實(shí)際需要按照25%的流量分配輸入，而不受系統(tǒng)壓力波動(dòng)的影響。水系統(tǒng)平衡調(diào)試最終為整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的冷水供給做到按需分配、均勻供給，為系統(tǒng)末端冷量供應(yīng)提供了不可或缺的保障。

2 風(fēng)系統(tǒng)平衡調(diào)試

由于T3-D室內(nèi)工況不能滿足實(shí)際要求，部分通風(fēng)口由于不同閥門等設(shè)備的脫落老損，導(dǎo)致風(fēng)道不通的現(xiàn)象，加大風(fēng)量的供給不僅造成了分支風(fēng)道的風(fēng)量浪費(fèi)，更對(duì)一些故障嚴(yán)重的風(fēng)道沒有起到一定的作用，所以為保障整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量供給均勻和充足，保障環(huán)境質(zhì)量，并做到節(jié)約能源，動(dòng)力能源技術(shù)人員進(jìn)行了風(fēng)系統(tǒng)檢測及平衡調(diào)試，排除系統(tǒng)的故障，使系統(tǒng)得以正常高效運(yùn)行。

2.1 風(fēng)系統(tǒng)平衡調(diào)試原理

由流體力學(xué)可知，風(fēng)管的阻力近似與風(fēng)量的平方成正比[2]：

式中：H為風(fēng)管阻力；Q為風(fēng)量；k為風(fēng)管阻力特性系數(shù)。在圖2中所示的送風(fēng)系統(tǒng)中管段1的阻力為H1（風(fēng)量為Q1，阻力特性系數(shù)為k1），管段2的阻力系數(shù)為H2（風(fēng)量為Q2，阻力特性系數(shù)為k2）則H1=Q1k12，H2=Q2k22，由于H1=H2，所以Q1k12=Q2k22，則

由式（2）可知，如果三通閥門的位置（A點(diǎn)）不變，只改變送風(fēng)機(jī)出口處的總風(fēng)閥，雖然總風(fēng)量發(fā)生變化，只要A處的三通調(diào)節(jié)閥位置不變，不論總風(fēng)量如何變化，管段1和管段2風(fēng)量總是按一定比例進(jìn)行分配的，空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)節(jié)就是根據(jù)這一原理進(jìn)行的[3]。

圖2 空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)示意圖

2.2 檢測儀器

風(fēng)平衡調(diào)試所用測量儀器主要是電子多功能表（數(shù)字顯示讀數(shù)），流量罩與多功能表配合來測量風(fēng)口風(fēng)量，Testo512型微壓差計(jì)對(duì)盤管前后、過濾網(wǎng)前后風(fēng)道靜壓的檢測，此外，還用到TESTO416型葉輪風(fēng)速儀和畢托管，同時(shí)使用PROVA-6600三相鉗式電力計(jì)對(duì)風(fēng)機(jī)三相電路、電壓、功率進(jìn)行檢測。

2.3 風(fēng)平衡調(diào)試步驟

T3-D樓空調(diào)系統(tǒng)在地下一層有8大空調(diào)機(jī)房，62臺(tái)空調(diào)機(jī)組，5臺(tái)空調(diào)冷凍水泵（2備）和3臺(tái)空調(diào)熱水循環(huán)泵（1備），保障整個(gè)樓內(nèi)的環(huán)境溫度。E3機(jī)房A24空調(diào)機(jī)組的風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道分布軸測圖如圖3所示，E3機(jī)房A24機(jī)組首先通過送風(fēng)通道上9個(gè)和回風(fēng)通道上的8個(gè)防火閥保證風(fēng)道的送風(fēng)安全。其次，A24空調(diào)機(jī)組送風(fēng)總管道將風(fēng)量分支成3個(gè)支管道分別送風(fēng)給二層鋼浮島、二層D06客橋旁安全出口以南、二層D06客橋斜對(duì)面和三層鋼浮島四個(gè)區(qū)域；5個(gè)多葉閥門分別調(diào)整機(jī)組送回風(fēng)總支管道的風(fēng)量平衡，4個(gè)送風(fēng)總支路通過末端的球形噴口向各個(gè)區(qū)域供給冷風(fēng)。其中，三層鋼浮島區(qū)域通過1個(gè)球形噴口供送冷風(fēng)；二層鋼浮島、D06客橋旁安全出口以南和二層D06客橋斜對(duì)面三個(gè)區(qū)域分別通過2個(gè)、2個(gè)和4個(gè)球形噴口供送冷風(fēng)。A24機(jī)組風(fēng)平衡調(diào)試之前要做好充分的準(zhǔn)備工作，首先將各個(gè)機(jī)房各個(gè)機(jī)組的供風(fēng)系統(tǒng)的軸測圖給出，通過圖形查找各個(gè)管道上各個(gè)防火閥、拉桿閥門、多葉閥門等設(shè)備的數(shù)量和位置；其次到現(xiàn)場核查各個(gè)閥門設(shè)備的完好情況和設(shè)置開度；最后在保證各個(gè)管道內(nèi)足夠清潔和完好的情況下將系統(tǒng)內(nèi)的其他閥門全部打開準(zhǔn)備調(diào)試工作。

圖3 T3D樓E3A23空調(diào)機(jī)組送風(fēng)管道軸測圖

系統(tǒng)總閥門處于實(shí)際運(yùn)行位置，在風(fēng)機(jī)閥門全關(guān)的情況下啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，然后逐漸開啟閥門至最大。風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，初測各風(fēng)口風(fēng)量，計(jì)算初測風(fēng)量與設(shè)計(jì)風(fēng)量之間的比值。在各支管中選擇比值最小的風(fēng)口作為基準(zhǔn)風(fēng)口進(jìn)行初調(diào)，目的是使各風(fēng)口的實(shí)測風(fēng)量與設(shè)計(jì)風(fēng)量的比值接近相等。此次調(diào)試從離通風(fēng)機(jī)最遠(yuǎn)的支干管開始(見圖3三層鋼浮島冷風(fēng)供送支管)，先選擇支干管上實(shí)際測量值與設(shè)計(jì)值比值最小的一個(gè)風(fēng)口作為基準(zhǔn)風(fēng)口。調(diào)整兩個(gè)總支管道上的風(fēng)量平衡。由于A24機(jī)組送風(fēng)總管道共有3個(gè)總分支，沒有涉及較多的分支管道，可以忽略該處三通閥門的設(shè)置和調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)完送風(fēng)總管的風(fēng)量后，下一步調(diào)節(jié)送風(fēng)支管的風(fēng)量，使各送風(fēng)支管達(dá)到風(fēng)量平衡。送風(fēng)主支管風(fēng)量的測量同樣采用畢托管、斜管微壓計(jì)和風(fēng)速儀，計(jì)算實(shí)測風(fēng)量Qm與設(shè)計(jì)風(fēng)量Q的比值，兩者比值設(shè)為K。

具體步驟為：

①首先記錄地下一層送風(fēng)總管道上的總風(fēng)量，逐一測量管上的三個(gè)分支管三層鋼浮島St、二層鋼浮島Ssx、二層客橋斜對(duì)面Ssf的風(fēng)量Qt、Qx、Qf及K值。

②根據(jù)步驟①的記錄，找出K值最接近為1的支管（首次檢測為Ssx）和K值與1值偏差最大的支管（S）t。

③在風(fēng)量滿足要求的情況下，以Ssx支送風(fēng)管的K值作為基準(zhǔn)值。全開St支管道的防火閥并調(diào)整末端風(fēng)口閥門，使St的K值達(dá)到基準(zhǔn)值。

④按照步驟③，如圖3設(shè)置Ssf支管道上多葉閥門為平衡狀態(tài)，計(jì)算并記錄Ssf支管上的2個(gè)小分支路的K值，以K值最接近1的支路為基準(zhǔn)逐次調(diào)節(jié)其他兩個(gè)支路的閥門，使其K值達(dá)到基準(zhǔn)值。分布逐次調(diào)節(jié)使得一層送風(fēng)支路管上的各個(gè)分支管道送風(fēng)量盡量達(dá)到各自設(shè)計(jì)風(fēng)量。

⑤按照步驟②逐一測量記錄各支管道上小支路以及K值。

⑥找出K值最接近為1的支管和K值與1值偏差最大的支管。在風(fēng)量滿足要求的情況下固定調(diào)整閥門，根據(jù)現(xiàn)場溫度調(diào)整末端分口閥門開度，保證整個(gè)區(qū)域的均勻送風(fēng)。

⑦按照上述的步驟對(duì)風(fēng)量調(diào)整后，如各風(fēng)口之間的偏差≤±15%，則作為風(fēng)口風(fēng)量的最終調(diào)試數(shù)值記錄下來；如果各風(fēng)口之間的偏差>±15%，則重復(fù)上述步驟進(jìn)行微調(diào)。

注：風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，用電流表測電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流是否符合要求。

3 風(fēng)平衡調(diào)試結(jié)果分析

風(fēng)系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)之前，可以看到，為了滿足潔凈要求和送風(fēng)量要求，計(jì)算各支管總風(fēng)量可得各支路的實(shí)際送風(fēng)風(fēng)量值都出現(xiàn)了不同程度的與支管設(shè)計(jì)風(fēng)量的偏差，所以為了保證風(fēng)量最小房間的風(fēng)量滿足要求，必須將風(fēng)機(jī)風(fēng)量加大。而實(shí)際上這時(shí)的總風(fēng)量已經(jīng)達(dá)到了要求，只不過在各支管的分配不均勻，所以這時(shí)增加的這些風(fēng)量純屬于浪費(fèi)，本次的風(fēng)平衡調(diào)試工程解決了上述問題。從E3機(jī)房A24機(jī)組平衡調(diào)試前后各支管道風(fēng)量和風(fēng)口對(duì)照表（表1）可以看出：調(diào)整前總風(fēng)量20500m3/h調(diào)整后為37500m3/h調(diào)整后風(fēng)量與調(diào)整前風(fēng)量沒有很大變化，但卻達(dá)到了潔凈度和風(fēng)量的要求。其他支路調(diào)試前后的差值很大，尤其是三層鋼浮島區(qū)域的送風(fēng)量，在調(diào)試前防火閥脫落堵塞風(fēng)道以及二層支管風(fēng)量的分流，令該風(fēng)量不能順利送出。平衡前所供風(fēng)量為550m3/h，為了達(dá)到風(fēng)量和潔凈度要求，平衡調(diào)試后所供風(fēng)量為2910m3/h，增加了近4倍的風(fēng)量。由上面的分析，從理論上和從實(shí)際調(diào)試檢測數(shù)據(jù)上平衡后的送風(fēng)功率比平衡前的節(jié)約量大。

表1 T3D樓E3空調(diào)機(jī)房A24機(jī)組風(fēng)量對(duì)照表

本次調(diào)試工程完E3機(jī)房A24空調(diào)機(jī)組完成風(fēng)系統(tǒng)平衡調(diào)試之后，再逐一進(jìn)行該機(jī)房其他空調(diào)、新風(fēng)機(jī)組的類似平衡調(diào)試，最終完成了像E3機(jī)房A24空調(diào)機(jī)組類似的機(jī)房62臺(tái)，共對(duì)風(fēng)道532個(gè)防火閥、193個(gè)拉桿閥、108個(gè)多葉閥以及51個(gè)VAV設(shè)備進(jìn)行了不同程度的調(diào)節(jié)，最終完成T3D樓整體風(fēng)系統(tǒng)平衡調(diào)試，保證了所有空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)道的暢通和各個(gè)管道風(fēng)量的平衡均勻分布，保證了各個(gè)送風(fēng)區(qū)域充足均勻的風(fēng)量供給。

4 總結(jié)

由上述風(fēng)、水平衡調(diào)試可見：T3D樓空調(diào)水系統(tǒng)中通過合理地安裝水、力平衡閥以及按照實(shí)際需求采用合理實(shí)用的方法進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，極大地改善系統(tǒng)的水力特性，從而既為系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了保證，又節(jié)省了能源使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行，風(fēng)平衡調(diào)試降低潔凈室的送風(fēng)量，減小了風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，使得D樓的機(jī)組開機(jī)數(shù)量由初運(yùn)行時(shí)期的35臺(tái)減少至25臺(tái)，節(jié)約近30%電耗、冷耗，達(dá)到了節(jié)能的目的。使得整個(gè)D樓的夏季樓內(nèi)溫度的部分冷熱分布不均勻的區(qū)域個(gè)數(shù)減少為0，樓內(nèi)的平均溫度達(dá)到了24±2℃的標(biāo)準(zhǔn)。本次調(diào)試使D樓空調(diào)系統(tǒng)中的設(shè)備機(jī)組充分發(fā)揮潛力，實(shí)現(xiàn)大溫差小流量的節(jié)能調(diào)節(jié)，提高風(fēng)機(jī)、水泵運(yùn)行效率和冷量輸送效率，改善T3航站樓供冷品質(zhì)，為首都機(jī)場的能源節(jié)約問題和整體運(yùn)行發(fā)展提供了有力的保障。

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Re s e a rc h on Hydra ulic a nd Air Flow Sys te m Ba la nc e De bugging of the Air-c onditioning Sys te m in Ca pita l Inte rna tiona l Airport

LI Mei
Beijing Capital Airport Power&Energy Co.,Ltd.

The hot and cold uneven distribution and waste of energy are always caused by the hydraulic and air flow system imbalance in the building air-conditioning systems.Before the Capital Airport T3-D was back into use,the hydraulic and air flow system balance of the air conditioning system were debugged.The hydraulic and air flow system balance debugging technology of the air-conditioning systems were analyzed theoretically in this paper and applied in the implementation debugging of the T3-D well.In addition,the actual process of debugging and technology was elaborated and the comparative analysis was given about the system parameters before and after debugging.Ultimately,the device desired flow was accurately conveyed by system efficiently and stable,air flow was balanced to distribute and transport into each pipeline uniform to ensure environmental quality when it was saving the building energy.

Capital International Airport,air-conditioning systems,hydraulic and air flow system balance debugging, energy saving

1003-0344（2015）03-066-4

2014-3-25

李梅（1987～），女，碩士；北京市首都機(jī)場動(dòng)力能源有限公司（10000）；E-mail:fandemuzi@126.com