林俊峰

（上海民航新時(shí)代機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)研究院有限公司廣州分公司)

1 引言

21世紀(jì)以來，我國(guó)機(jī)場(chǎng)建設(shè)啟動(dòng)了快速發(fā)展階段。2018年民航局黨組提出“平安、綠色、智慧、人文”四型機(jī)場(chǎng)建設(shè)，綠色機(jī)場(chǎng)內(nèi)涵包含資源節(jié)約、環(huán)境友好、運(yùn)行高效和以人為本四個(gè)方面，其中節(jié)能減排是資源節(jié)約方面的重要組成部分。資料顯示，截至2016年，我國(guó)有中小型機(jī)場(chǎng)140個(gè)，占全部217個(gè)民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)的64.5%。140個(gè)中小型機(jī)場(chǎng)的旅客吞吐量年均增速高于全國(guó)平均增速，增速21.3%，大大高于大型機(jī)場(chǎng)10.7% 的增速[1]?？梢灶A(yù)見，未來中小型機(jī)場(chǎng)在民航業(yè)占比將越來越大。

2 中小型機(jī)場(chǎng)生活供水現(xiàn)狀

中小型機(jī)場(chǎng)生活供水有以下特點(diǎn)：

1）中小型機(jī)場(chǎng)建設(shè)地點(diǎn)一般在中小城市的郊區(qū)，離市區(qū)較遠(yuǎn)，海拔較高，通常離最近的市政生活供水管網(wǎng)距離達(dá)十幾千米，很難做到市政直接供水。

2）航管樓塔臺(tái)用水點(diǎn)高度超過24m，其他都是多層或者單層建筑，用水點(diǎn)高度（包括航站樓）在12m以下，場(chǎng)內(nèi)生活供水壓力普遍不高。

3）機(jī)場(chǎng)建筑用水分散，大型用水用戶集中在航站樓、值班用房和綜合辦公樓，其他機(jī)場(chǎng)功能性用房用水量比較小。

4）中小型機(jī)場(chǎng)工作區(qū)占地不大，建筑單體數(shù)量不多，一般設(shè)置一座生活供水站統(tǒng)一供給工作區(qū)生活用水和消防用水。

目前此類機(jī)場(chǎng)生活供水設(shè)計(jì)的通常做法是自建生活供水站和生活水池，市政水源通過中途加壓進(jìn)入水池后，再通過生活供水站加壓泵組統(tǒng)一供往各用水點(diǎn)，消防供水和生活供水分開，不同消防系統(tǒng)生活供水也各自獨(dú)立運(yùn)行。單/多層建筑和高層建筑未形成分區(qū)供水。

結(jié)合中小型機(jī)場(chǎng)生活供水的特點(diǎn)，本文從二級(jí)分區(qū)供水和變頻泵選型組合高效區(qū)間兩個(gè)方面對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行分析研究。

3 中小型機(jī)場(chǎng)生活供水節(jié)能分析

3.1 針對(duì)航管樓塔臺(tái)高樓層用水的二級(jí)分區(qū)供水節(jié)能效果分析

某支線機(jī)場(chǎng)用水量情況詳見表1

由表1可見，機(jī)場(chǎng)生活用水最高日用水量330m3/d，最大時(shí)用水量為40m3/h，最大用水用戶為航站樓、值班用房以及綜合辦公樓，用水量超過機(jī)場(chǎng)總用水量的二分之一，用水壓力不超過0.15MPa。航管樓用水量不大，壓力約為0.36MPa。

可采用以下兩種生活供水方式：

1）采用一級(jí)供水，供水站出水滿足總用水量和航管樓塔臺(tái)用水壓力，其他建筑用水采取減壓措施。一級(jí)供水參數(shù)取值為：流量Q=40m3/h，揚(yáng)程H=42m。

2）采取二級(jí)分區(qū)供水，供水站出水滿足總用水量和單/多層建筑生活用水壓力，航管樓塔臺(tái)采取二次無負(fù)壓生活供水方式。供水站供水參數(shù)取值為：流量Q=40m3/h，揚(yáng)程H=21m，塔臺(tái)二次供水參數(shù)取值為：流量Q=1m3/h，揚(yáng)程H=21m。

運(yùn)行水泵的電耗值W按下式計(jì)算

式中t為水泵運(yùn)行的小時(shí)數(shù)；η1及η2分別為水泵及電機(jī)的效率值。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)不同流量和揚(yáng)程的泵運(yùn)行效率一致。為了方便計(jì)數(shù)，將系數(shù)記為k，則公式（1）簡(jiǎn)化為

代入公式（2），一級(jí)供水耗電量理 論 值 W1為 ：W1=40?42?kt=1680kt，二級(jí)分區(qū)供水耗電理論值W2為W2=40?21?kt+1?21?kt =861kt，則節(jié)省耗電率η為：

η=（W1-W2）/W1=（1680kt-861kt）/1680kt=48.75%

由計(jì)算結(jié)果可見，采用二級(jí)分區(qū)供水可較大地降低系統(tǒng)的耗電量，并且航管樓用水量越少，用水點(diǎn)水壓越高，這種優(yōu)化效果越明顯。即在中小型機(jī)場(chǎng)采用方案二的二級(jí)分區(qū)供水方式節(jié)能效果明顯。

表1 各建筑用水情況統(tǒng)計(jì)表

3.2 生活用水水泵泵組選型組合高效區(qū)間對(duì)比分析

根據(jù)水泵相似定律，同一臺(tái)葉片泵流量Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比，揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，軸功率N與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比。由此可見，降低轉(zhuǎn)速時(shí)，功率的降低量遠(yuǎn)大于流量的降低量。變頻調(diào)速水泵正是基于這種原理，通過變頻調(diào)速器改變電源輸出頻率，是一種高效調(diào)速方式，已經(jīng)在生活供水中得到了廣泛的運(yùn)用。

在日常設(shè)計(jì)中，一般按照機(jī)場(chǎng)最大時(shí)用水量來選取水泵額定流量，但往往實(shí)際用水過程中不可能保證供水時(shí)段內(nèi)水泵一直在最高效率點(diǎn)附近運(yùn)行，導(dǎo)致水泵實(shí)際運(yùn)行效率變低。

變頻調(diào)速水泵（以下簡(jiǎn)稱變頻泵）的調(diào)速范圍在0.7～1，根據(jù)水泵相似定律，變頻泵的流量調(diào)節(jié)范圍也應(yīng)在0.7～1[2]。為了簡(jiǎn)化分析，假設(shè):①兩臺(tái)工作泵的吸水口至出水管匯合點(diǎn)管段的水頭損失相同；②不同組合的管路特性曲線相同；③不考慮備用泵對(duì)組合形式的干擾；④采用出口恒壓控制[3]。在此條件下，以總生活供水量Q為基礎(chǔ)，我們分別對(duì)單臺(tái)變頻泵、兩臺(tái)相同型號(hào)變頻泵和兩臺(tái)不同型號(hào)變頻泵三種組合方式的高效區(qū)間進(jìn)行研究分析。

3.2.1 單臺(tái)變頻泵供水高效區(qū)間

組合1：?jiǎn)闻_(tái)變頻泵供水，供水流量為Q。

在這種情況下，根據(jù)前提條件，高效區(qū)間為0.7Q～Q，即高效區(qū)間寬度為0.3Q。

3.2.2 兩臺(tái)相同型號(hào)變頻泵聯(lián)合供水高效區(qū)間

組合2：兩臺(tái)相同型號(hào)變頻泵聯(lián)合供水，單臺(tái)供水流量為0.5Q，單臺(tái)泵高效區(qū)間為0.35Q～0.5Q。這種組合情況可分為兩種情況來分析，如下圖1

①當(dāng)系統(tǒng)流量小于單臺(tái)泵流量（0.5Q）時(shí)，只有單臺(tái)泵工作，這種工況下高效區(qū)間為0.35Q～0.5Q。

②當(dāng)系統(tǒng)流量大于單臺(tái)泵流量（0.5Q）時(shí)，兩臺(tái)泵同時(shí)工作，此時(shí)相當(dāng)于一臺(tái)流量為Q的變頻泵工作，這種工況下高效區(qū)間為0.7Q～Q。

在組合2整個(gè)流量變化過程中，屬于高效區(qū)間的范圍為0.35Q～0.5Q和0.7Q～Q，比組合1多了0.35Q～0.5Q的高效區(qū)間。

3.2.3 兩臺(tái)不同型號(hào)變頻泵聯(lián)合供水高效區(qū)間

組合3：兩臺(tái)不同型號(hào)變頻泵聯(lián)合供水，小流量泵流量為0.25Q，大流量泵流量為0.75Q。小流量變頻泵高效區(qū)間為0.175Q～0.25Q，大流量變頻泵高效區(qū)間為0.525Q～0.75Q。

這種組合情況可分為四種情況來分析見圖2。

①當(dāng)系統(tǒng)流量小于小流量泵流量（0.25Q）時(shí)，只有小流量泵工作，如圖2所示，這種工況下高效區(qū)間為0.175Q～0.25Q。

②當(dāng)系統(tǒng)流量介于小流量泵流量（0.25Q）和大流量泵流量（0.75Q）之間時(shí)，可看成轉(zhuǎn)換大流量泵工作，如圖2所示，這種工況下高效區(qū)間為0.525Q～0.75Q。

③當(dāng)系統(tǒng)流量大于大流量泵流量（0.75Q）時(shí)時(shí)，兩臺(tái)變頻泵同時(shí)工作，如圖2所示，這種工況下高效區(qū)間為0.75Q～Q。

圖1 兩臺(tái)相同型號(hào)變頻泵組工作示意圖

圖2 兩臺(tái)不同型號(hào)變頻泵組工作示意圖

④還有一種情況是系統(tǒng)流量介于0.7Q和大流量泵流量（0.75Q）之間時(shí)，不論是大流量泵單臺(tái)工作還是兩臺(tái)變頻泵同時(shí)工作的情況，都屬于在各自高效區(qū)間工作。

綜合三種組合，假設(shè)全天供水時(shí)段的生活用水量從0～Q是均勻分布的，則

組合1高效區(qū)間占全天供水時(shí)段比例為a1=30%；

組合2高效區(qū)間占全天供水時(shí)段比例為 a2=（0.5-0.35）+（1-0.7）=45% ；

組合3高效區(qū)間占全天供水時(shí)段比例 為 a3=（0.25-0.175）+（0.75-0.525）+（1-0.75）=55%；

即高效區(qū)間占全天供水時(shí)段比例由大到小順序?yàn)椋航M合3＞組合2＞組合1，三種組合中最優(yōu)組合為組合3，即一大一小兩臺(tái)變頻泵聯(lián)合供水效率更高。

4 結(jié)語(yǔ)

①針對(duì)機(jī)場(chǎng)航管樓塔臺(tái)高樓層的生活供水，在現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)條件允許的情況下，宜采用二級(jí)分區(qū)加壓生活供水方式。

②供水站生活給水變頻泵組合，宜采用一大一小兩臺(tái)變頻泵聯(lián)合供水，可保證機(jī)場(chǎng)生活供水在全天較長(zhǎng)的供水時(shí)段內(nèi)處在泵組的高效區(qū)間，供水效率更高。