摘要：針對(duì)浦東機(jī)場(chǎng)前年夏季部分空調(diào)區(qū)域出現(xiàn)較熱的現(xiàn)象，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，分析造成這一現(xiàn)象的原因。對(duì)發(fā)現(xiàn)的水力失調(diào)等問(wèn)題進(jìn)行了相應(yīng)的整改。整改后的流量分配趨于合理，室內(nèi)溫度基本滿足了要求。

Analysis and Improvement of Air Conditioning Systems Failure in Pudong International Airport

　　Yang Wei , Yu Lingyan and Liu Chuan-ju

　?。―epartment of Thermal Energy Engineering, Tongji University）

　　Abstract: The indoor air temperature of some region in Pudong International Airport is much higher in summer. The present situation of air conditioning systems was investigated, the existing problems were analyzed. Some problems like maladjustment were solved correspondingly. After regulation, the water distribution was improved and the indoor air temperature meets the demand.

　　Keywords: hydraulic balance, heat exchanger, by-pass, regulation

　　1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)是我國(guó)最重要的交通樞紐之一。近年來(lái)隨著客流量的逐漸增加，2004

　　年已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)客流量2000萬(wàn)人次。航站樓內(nèi)的全部空調(diào)總冷、熱源由能源中心提供，采用集中供熱、供冷（DHC）的方式。其航站樓由三部分組成：主樓、長(zhǎng)廊和連接廊。整個(gè)航站樓內(nèi)部設(shè)9個(gè)熱交換站。其中，主樓地下室設(shè)4個(gè)換熱站，登機(jī)長(zhǎng)廊設(shè)5個(gè)換熱站。每個(gè)換熱站內(nèi)有2臺(tái)循環(huán)板式換熱器（簡(jiǎn)稱循環(huán)板換）和2臺(tái)新風(fēng)板式換熱器（簡(jiǎn)稱新風(fēng)板換）。

　　

　　圖1 換熱站系統(tǒng)圖

　　整個(gè)系統(tǒng)由換熱器分為兩個(gè)環(huán)路：一次側(cè)（一次環(huán)路冷源側(cè)）和二次側(cè)（二次環(huán)路輸配側(cè)）。供冷季節(jié)冷源側(cè)由能源中心提供設(shè)計(jì)溫度為5℃的空調(diào)冷凍水，設(shè)計(jì)回水溫度12℃。輸配側(cè)新風(fēng)板換的設(shè)計(jì)二次供回水溫度分別為7℃、13℃，循環(huán)板換的設(shè)計(jì)二次供回水溫度為8℃、14℃。

　　2 空調(diào)水系統(tǒng)現(xiàn)狀調(diào)查

　　浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)自1999年投入使用以來(lái)，客流量逐年增加并逐步接近設(shè)計(jì)客流量。在2004

　　年高溫季節(jié)主樓室內(nèi)溫度基本滿足要求，但長(zhǎng)廊部分空調(diào)區(qū)域的室內(nèi)溫度過(guò)高，達(dá)到了28℃以上,超過(guò)了設(shè)計(jì)值25℃。

　　針對(duì)長(zhǎng)廊部分空調(diào)區(qū)域的室內(nèi)溫度過(guò)高的現(xiàn)象，對(duì)空調(diào)的水系統(tǒng)進(jìn)行了初步調(diào)查，水量分配和水溫情況見(jiàn)下表^[1,2]：

　　 表1 航站樓一次水流量

	總干管	主樓干管	長(zhǎng)廊干管
實(shí)測(cè)流量(m3/h)	6250	3533.1	2716.9
設(shè)計(jì)流量(m3/h)	6998	3112	3886
實(shí)測(cè)值/設(shè)計(jì)值	0.89	1.14	0.7

　　表2 長(zhǎng)廊換熱站一次水流量

	設(shè)計(jì)流量(m3/h)	實(shí)測(cè)流量(m3/h)	實(shí)測(cè)值/設(shè)計(jì)值
1號(hào)換熱站	796	346	0.43
2號(hào)換熱站	560	－	－
3號(hào)換熱站	1158	563	0.49
4號(hào)換熱站	630	281	0.45
5號(hào)換熱站	742	280	0.38

　　表3 長(zhǎng)廊換熱站二次水流量

	設(shè)計(jì)流量(m3/h)	實(shí)測(cè)流量(m3/h)	實(shí)測(cè)值/設(shè)計(jì)值
1號(hào)換熱站	940	816	0.87
2號(hào)換熱站	660	－	－
3號(hào)換熱站	1360	1736	1.28
4號(hào)換熱站	740	1142	1.54
5號(hào)換熱站	880	1038	1.18

　　表4 3號(hào)換熱站水溫

	新風(fēng)板換1	新風(fēng)板換2	循環(huán)板換1	循環(huán)板換2	平均值
一次水進(jìn)水溫度(℃)	5.5	5.5	5.5	5.5	5.5
一次水出水溫度(℃)	10.5	10.4	10.0	9.9	10.2
二次水進(jìn)水溫度(℃)	11.4	11.5	10.5	11	11.1
二次水出水溫度(℃)	7.8	7.7	7.9	8.1	7.9

　　注：①表1是三臺(tái)水泵全開(kāi)的運(yùn)行工況。

　　 ②表2為正常情況下的兩臺(tái)水泵運(yùn)行工況。

　　 ③表3中“－”是因?yàn)?號(hào)換熱站沒(méi)有合適的一次水流量測(cè)量位置。

　　④由于換熱站較多，而各個(gè)換熱站水溫情況相似。故僅以較熱區(qū)域所對(duì)應(yīng)的3號(hào)換熱站為例。

　　主樓和長(zhǎng)廊以及各個(gè)換熱站之間都存在水力失調(diào)的現(xiàn)象，主樓的一次側(cè)水量偏大，長(zhǎng)廊的一次側(cè)水量偏小，見(jiàn)表1-4。同時(shí)，換熱站的二次側(cè)水量超過(guò)了設(shè)計(jì)流量，導(dǎo)致一次側(cè)提供的冷量不足以滿足二次側(cè)的需求，造成二次側(cè)的溫差偏小。由表4可以看出，3號(hào)換熱站的一、二次側(cè)平均溫差為4.7℃和3.2℃，低于設(shè)計(jì)值7℃和6℃。

　　3 系統(tǒng)診斷與分析

　　3.1 管網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理

　　表5 長(zhǎng)廊換熱站新風(fēng)板換和循環(huán)板換二次水量

換熱站	新風(fēng)板換(2臺(tái))		循環(huán)板換(2臺(tái))
	設(shè)計(jì)流量(m3/h)	實(shí)測(cè)流量(m3/h)	設(shè)計(jì)流量(m3/h)	實(shí)測(cè)流量(m3/h)
1號(hào)	400	396	540	420
2號(hào)	280	324	380	344
3號(hào)	640	1090	680	646
4號(hào)	340	768	400	374
5號(hào)	360	694	520	344
合計(jì)	2020	3272	2520	2128
實(shí)測(cè)/設(shè)計(jì)	3272/2020=1.62		2128/2520=0.84
總：實(shí)測(cè)/設(shè)計(jì)	5400/4540=1.20

　　由表5可知，新風(fēng)板換的二次水實(shí)測(cè)流量為設(shè)計(jì)流量的162％，循環(huán)板換二次水實(shí)測(cè)流量為設(shè)計(jì)流量的84％。通過(guò)調(diào)查，新風(fēng)板換和循環(huán)板換的二次供回水管是連通的。由于新風(fēng)板換和循環(huán)板換二次供水管的連通，使得管網(wǎng)的阻力系數(shù)變小，導(dǎo)致二次側(cè)流量偏大。如圖2所示，原有的二次水供水管網(wǎng)的阻力系數(shù)為S₁，對(duì)應(yīng)二次側(cè)的水流量為Q₁。但由于旁通管的介入，管網(wǎng)的阻力系數(shù)減小為S₂，水流量相應(yīng)增加到Q₂，加劇了二次側(cè)供回水溫差小的事實(shí)。同時(shí)，新風(fēng)板換和循環(huán)板換之間由于旁通管的連通使得循環(huán)板換的二次水量不足，其所提供的冷量不能滿足要求，造成部分區(qū)域較熱。

　　

　　圖2 二次水流量增大原理圖

　　新風(fēng)板換和循環(huán)板換的二次供回水的連通管關(guān)閉后，溫差有所加大，二次水的平均溫差由2.8℃提高到5.5℃。

　　3.2 板式換熱器傳熱量小于設(shè)計(jì)值

　　對(duì)于逆流換熱而言，如果冷流體的熱容效率時(shí)，最大可能的供冷量為：

　　

　　實(shí)際供冷量為：

　　

　　式中：—流體質(zhì)量流量，kg/s;

　　—流體比熱容，kJ/(kg·K);

　　—冷、熱流體中熱容效率較小者，kJ/(s·K);

　　、—冷流體進(jìn)、出口溫度，K；

　　、—熱流體進(jìn)、出口溫度，K。

　　

　　圖3 換熱器換熱原理圖

　　板換面積不足或一次側(cè)流量較小導(dǎo)致二次側(cè)得到的冷量少，這也可能是導(dǎo)致部分區(qū)域過(guò)熱的一個(gè)原因。由于長(zhǎng)廊較熱區(qū)域?qū)?yīng)的是3號(hào)換熱站，這里僅以3號(hào)換熱站為例進(jìn)行板換供冷能力分析。

　　對(duì)3號(hào)換熱站進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中關(guān)閉兩臺(tái)新風(fēng)板換一二次側(cè)的進(jìn)出水閥門(mén)，同時(shí)關(guān)閉1號(hào)循環(huán)板換的一次進(jìn)出水閥門(mén)，對(duì)2號(hào)循環(huán)板換進(jìn)行供冷能力分析。2號(hào)循環(huán)板換調(diào)試前后的水溫情況見(jiàn)下表：

　　表6 調(diào)試前后2號(hào)循環(huán)板換水溫

	一次進(jìn)水溫度(℃)	一次出水溫度(℃)	二次進(jìn)水溫度(℃)	二次出水溫度(℃)	一次側(cè)水量(m3/h)	二次側(cè)水量(m3/h)
調(diào)試前	5.5	9.9	11	8.1	218	323
調(diào)試后	7	10.8	12.5	9	284	295

　　需要說(shuō)明的是，這里的“調(diào)試”是指切斷了二次側(cè)的旁通管，關(guān)閉1、2號(hào)新風(fēng)板換和1號(hào)循環(huán)板換的一次進(jìn)出水管閥門(mén)。由表6可知，調(diào)試前一次側(cè)實(shí)際供冷量為1119.1 kW，二次側(cè)得到的冷量為1092.8 kW。調(diào)試后一次側(cè)實(shí)際供冷量為1259.1 kW，二次側(cè)得到的冷量為1204.6 kW。調(diào)試后實(shí)際供冷能力提高了12.5％，二次側(cè)實(shí)際得到的冷量增大了10.2％。

　　調(diào)試后增加了2號(hào)循環(huán)板換的一次側(cè)水量，一次側(cè)的實(shí)際供冷能力和二次側(cè)得到的冷量都有所增加而且比例相近。所以板換的換熱面積滿足要求。由于調(diào)試前一次側(cè)提供的冷量并不能滿足二次側(cè)對(duì)冷量的需求，所以導(dǎo)致了二次側(cè)供回水溫差偏小和對(duì)應(yīng)區(qū)域室溫偏高。調(diào)試后增加了一次側(cè)水量，一次側(cè)供冷能力增加，二次側(cè)供回水溫差加大，二次側(cè)得到的冷量相應(yīng)增加，滿足了要求。同時(shí)這也說(shuō)明，換熱器換熱效果是建立在一次側(cè)流量滿足要求的基礎(chǔ)上的。因此一次側(cè)流量的合理分配也顯得格外重要。

　　3.3 水力失調(diào)問(wèn)題

　　任何負(fù)荷下，一次環(huán)路可提供的冷量至少應(yīng)等于所需冷量，可以用以下形式表達(dá)^[3]:

　　可供（）≥所需（）

　　如果不考慮換熱器的散熱損失，一次側(cè)冷量應(yīng)等于二次側(cè)的冷量。如果一次側(cè)的水量不能提供足夠的冷量給二次環(huán)路，二次環(huán)路的溫降就會(huì)減小，室內(nèi)溫度也會(huì)因?yàn)槔淞坎蛔愣?。然而，在?shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于管網(wǎng)中存在著水力失調(diào)的現(xiàn)象，靠近冷源的用戶得到的冷水量較大，而遠(yuǎn)離冷源的用戶得到的冷水量相對(duì)較少。這樣由于水力失調(diào)的原因，末端用戶一次側(cè)水量就不能滿足要求，提供的冷量偏小，造成二次側(cè)及室內(nèi)溫度出現(xiàn)了問(wèn)題。

　　由表1和表2可以看出，總干管流量為設(shè)計(jì)值的89％時(shí)，主樓的一次流量已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)值的114％。長(zhǎng)廊各換熱站實(shí)測(cè)流量和設(shè)計(jì)流量有很大差距，一次側(cè)流量是設(shè)計(jì)流量的43％左右。而且各個(gè)換熱站之間也存在不平衡的現(xiàn)象，1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)和5號(hào)換熱站一次水的設(shè)計(jì)流量比例為1：1.45：0.79：0.93（由于2號(hào)換熱站沒(méi)有合適的測(cè)量位置，所以未能測(cè)到其一次水流量），而實(shí)測(cè)流量的比例為1：1.63：0.81：0.81。同時(shí)，主樓總管和長(zhǎng)廊總管一次水流量的設(shè)計(jì)值之比為1：1.25，實(shí)測(cè)值之比為1：0.77。由于主樓和長(zhǎng)廊一次側(cè)水流量的不平衡，導(dǎo)致長(zhǎng)廊分配到的水流量較少，進(jìn)入各個(gè)換熱站的流量自然不能滿足要求并且存在分配不均的現(xiàn)象，這也就導(dǎo)致了長(zhǎng)廊部分區(qū)域較熱。

　　考慮到閥門(mén)特性不一定是線性的，同時(shí)為了避免主樓發(fā)生事故顧此失彼，在主樓正常運(yùn)行的情況下對(duì)長(zhǎng)廊換熱站及總干管進(jìn)行調(diào)試。把冷水量多的轉(zhuǎn)移到冷水量不足的地方，使之合理分配。對(duì)于需要調(diào)試處（如換熱站一次供水管、主樓和長(zhǎng)廊的總干管）的閥門(mén)先摸清總開(kāi)度（開(kāi)關(guān)的總?cè)?shù)），然后逐步進(jìn)行調(diào)試。第一次先開(kāi)啟或關(guān)閉較少的圈數(shù)(首次調(diào)整閥門(mén)總?cè)?shù)的5％，以后每次視調(diào)試后的效果而定)，調(diào)試后觀察一兩天，在主樓室內(nèi)溫度不高于26℃的情況下，逐步調(diào)節(jié)使得各個(gè)換熱站以及主樓和長(zhǎng)廊總干管之間的流量分配更加接近設(shè)計(jì)要求。

　　表7 調(diào)試前后主樓、長(zhǎng)廊流量分配比例

	設(shè)計(jì)值		調(diào)試前		調(diào)試后
	流量(m3/h)	百分比	流量(m3/h)	百分比	流量(m3/h)	百分比
主樓	3112	44.5％	3533	56.5％	2426	47.5％
長(zhǎng)廊	3886	55.5％	2716	43.5％	2676	52.5％

　　表8 航站樓一次水總管調(diào)試前后供回水溫差

	調(diào)試前		調(diào)試后
測(cè)量次數(shù)	1 2		1 2 3 4 5
供水溫度(℃)	6.0	5.6	4.99	6.03	6.18	5.67	5.0
回水溫度(℃)	9.8	9.9	10.05	10.84	11.07	10.73	10.27
供回水溫差(℃)	3.8	4.3	5.06	4.81	4.89	5.06	5.27

　　由表8和表9可知，調(diào)試后主樓和長(zhǎng)廊之間流量的分配更加接近設(shè)計(jì)比例更加合理，，一次側(cè)供回水平均溫差由4.05℃上升到5.02℃，提高了一次側(cè)的供冷能力，能更好的滿足二次側(cè)對(duì)冷量的需求。同時(shí)回水溫度的上升也有助于冷凍機(jī)的開(kāi)啟，可以充分發(fā)揮冷凍站的供冷能力。

　　3.4 調(diào)試前后長(zhǎng)廊室內(nèi)溫度比較

　　浦東機(jī)場(chǎng)空調(diào)區(qū)域室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為25℃,調(diào)試前室內(nèi)溫度普遍較高,部分區(qū)域超過(guò)了28℃,造成過(guò)熱現(xiàn)象。通過(guò)調(diào)試前后長(zhǎng)廊12m層的室內(nèi)溫度的比較可以看出，調(diào)試后明顯改善了室內(nèi)溫度狀況，80％的區(qū)域溫度都低于26℃，最高也不超過(guò)27℃，解決了系統(tǒng)原來(lái)存在的部分區(qū)域供冷量不足的問(wèn)題。同時(shí)，主樓調(diào)試前后室內(nèi)溫度變化不大，低于溫度26℃，滿足室內(nèi)條件的要求。

　　

　　圖4 調(diào)試前室內(nèi)溫度分布比例圖 圖5 調(diào)試后室內(nèi)溫度分布比例圖

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀調(diào)查，發(fā)現(xiàn)由于一、二次側(cè)的水力失調(diào)導(dǎo)致了部分區(qū)域較熱。通過(guò)調(diào)試使得主樓和長(zhǎng)廊以及各個(gè)換熱站之間的流量分配更加合理，一次側(cè)供回水溫差相應(yīng)提高了1℃，這樣更加有利于發(fā)揮一次側(cè)的供冷能力，也更加有利于冷凍機(jī)的開(kāi)啟，為能源中心的合理運(yùn)行提供了有利條件。

　　空調(diào)的水系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，管網(wǎng)中水力失調(diào)的現(xiàn)象不可避免，所以要加強(qiáng)對(duì)整個(gè)管網(wǎng)的監(jiān)測(cè)，在關(guān)鍵位置要配置流量計(jì)、壓力表、溫度計(jì)以及調(diào)節(jié)閥等，必要的時(shí)候通過(guò)閥門(mén)的調(diào)節(jié)把距離冷源近的用戶的冷量轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)端。同時(shí)對(duì)關(guān)鍵部位的閥門(mén)特性要有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，調(diào)節(jié)的時(shí)候不要盲目的執(zhí)行，以免出現(xiàn)不必要的事故，調(diào)試要逐步進(jìn)行，這樣才不會(huì)顧此失彼。平時(shí)的運(yùn)行記錄要備案，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決，這樣才有助于空調(diào)系統(tǒng)合理經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

　　參考文獻(xiàn)

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　　作者簡(jiǎn)介：楊偉(1982－)，男，在讀碩士研究生

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