摘要：針對浦東機(jī)場前年夏季部分空調(diào)區(qū)域出現(xiàn)較熱的現(xiàn)象，對空調(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。對發(fā)現(xiàn)的水力失調(diào)等問題進(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)簡介
上海浦東國際機(jī)場是我國最重要的交通樞紐之一。近年來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、長廊和連接廊。整個航站樓內(nèi)部設(shè)9個熱交換站。其中，主樓地下室設(shè)4個換熱站，登機(jī)長廊設(shè)5個換熱站。每個換熱站內(nèi)有2臺循環(huán)板式換熱器（簡稱循環(huán)板換）和2臺新風(fēng)板式換熱器（簡稱新風(fēng)板換）。
圖1 換熱站系統(tǒng)圖
整個系統(tǒng)由換熱器分為兩個環(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
浦東國際機(jī)場自1999年投入使用以來，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，但長廊部分空調(diào)區(qū)域的室內(nèi)溫度過高，達(dá)到了28℃以上,超過了設(shè)計(jì)值25℃。
針對長廊部分空調(diào)區(qū)域的室內(nèi)溫度過高的現(xiàn)象，對空調(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下表[1,2]：
表1 航站樓一次水流量
|
|
總干管 |
主樓干管 |
長廊干管 |
|
實(shí)測流量(m3/h) |
6250 |
3533.1 |
2716.9 |
|
設(shè)計(jì)流量(m3/h) |
6998 |
3112 |
3886 |
|
實(shí)測值/設(shè)計(jì)值 |
0.89 |
1.14 |
0.7 |
表2 長廊換熱站一次水流量
|
|
設(shè)計(jì)流量(m3/h) |
實(shí)測流量(m3/h) |
實(shí)測值/設(shè)計(jì)值 |
|
1號換熱站 |
796 |
346 |
0.43 |
|
2號換熱站 |
560 |
－ |
－ |
|
3號換熱站 |
1158 |
563 |
0.49 |
|
4號換熱站 |
630 |
281 |
0.45 |
|
5號換熱站 |
742 |
280 |
0.38 |
表3 長廊換熱站二次水流量
|
|
設(shè)計(jì)流量(m3/h) |
實(shí)測流量(m3/h) |
實(shí)測值/設(shè)計(jì)值 |
|
1號換熱站 |
940 |
816 |
0.87 |
|
2號換熱站 |
660 |
－ |
－ |
|
3號換熱站 |
1360 |
1736 |
1.28 |
|
4號換熱站 |
740 |
1142 |
1.54 |
|
5號換熱站 |
880 |
1038 |
1.18 |
表4 3號換熱站水溫
|
|
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是三臺水泵全開的運(yùn)行工況。
②表2為正常情況下的兩臺水泵運(yùn)行工況。
③表3中“－”是因?yàn)?號換熱站沒有合適的一次水流量測量位置。
?、苡捎趽Q熱站較多，而各個換熱站水溫情況相似。故僅以較熱區(qū)域所對應(yīng)的3號換熱站為例。
主樓和長廊以及各個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，長廊的一次側(cè)水量偏小，見表1-4。同時，換熱站的二次側(cè)水量超過了設(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) |
循環(huán)板換(2臺) | ||
|
設(shè)計(jì)流量(m3/h) |
實(shí)測流量(m3/h) |
設(shè)計(jì)流量(m3/h) |
實(shí)測流量(m3/h) | |
|
1號 |
400 |
396 |
540 |
420 |
|
2號 |
280 |
324 |
380 |
344 |
|
3號 |
640 |
1090 |
680 |
646 |
|
4號 |
340 |
768 |
400 |
374 |
|
5號 |
360 |
694 |
520 |
344 |
|
合計(jì) |
2020 |
3272 |
2520 |
2128 |
|
實(shí)測/設(shè)計(jì) |
3272/2020=1.62 |
2128/2520=0.84 | ||
|
總：實(shí)測/設(shè)計(jì) |
5400/4540=1.20 | |||
由表5可知，新風(fēng)板換的二次水實(shí)測流量為設(shè)計(jì)流量的162％，循環(huán)板換二次水實(shí)測流量為設(shè)計(jì)流量的84％。通過調(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，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
對于逆流換熱而言，如果冷流體的熱容效率
時，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)域過熱的一個原因。由于長廊較熱區(qū)域?qū)?yīng)的是3號換熱站，這里僅以3號換熱站為例進(jìn)行板換供冷能力分析。
對3號換熱站進(jìn)行測試，測試過程中關(guān)閉兩臺新風(fēng)板換一二次側(cè)的進(jìn)出水閥門，同時關(guān)閉1號循環(huán)板換的一次進(jìn)出水閥門，對2號循環(huán)板換進(jìn)行供冷能力分析。2號循環(huán)板換調(diào)試前后的水溫情況見下表：
表6 調(diào)試前后2號循環(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號新風(fēng)板換和1號循環(huán)板換的一次進(jìn)出水管閥門。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)對冷量的需求，所以導(dǎo)致了二次側(cè)供回水溫差偏小和對應(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。同時這也說明，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)路的溫降就會減小，室內(nèi)溫度也會因?yàn)槔淞坎蛔愣?。然而，在?shí)際運(yùn)行過程中，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，主樓的一次流量已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)值的114％。長廊各換熱站實(shí)測流量和設(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。而且各個換熱站之間也存在不平衡的現(xiàn)象，1號、3號、4號和5號換熱站一次水的設(shè)計(jì)流量比例為1：1.45：0.79：0.93（由于2號換熱站沒有合適的測量位置，所以未能測到其一次水流量），而實(shí)測流量的比例為1：1.63：0.81：0.81。同時，主樓總管和長廊總管一次水流量的設(shè)計(jì)值之比為1：1.25，實(shí)測值之比為1：0.77。由于主樓和長廊一次側(cè)水流量的不平衡，導(dǎo)致長廊分配到的水流量較少，進(jìn)入各個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)致了長廊部分區(qū)域較熱。
考慮到閥門特性不一定是線性的，同時為了避免主樓發(fā)生事故顧此失彼，在主樓正常運(yùn)行的情況下對長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。對于需要調(diào)試處（如換熱站一次供水管、主樓和長廊的總干管）的閥門先摸清總開度（開關(guān)的總?cè)?shù)），然后逐步進(jìn)行調(diào)試。第一次先開啟或關(guān)閉較少的圈數(shù)(首次調(diào)整閥門總?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)使得各個換熱站以及主樓和長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)對冷量的需求。同時回水溫度的上升也有助于冷凍機(jī)的開啟，可以充分發(fā)揮冷凍站的供冷能力。
3.4 調(diào)試前后長廊室內(nèi)溫度比較
浦東機(jī)場空調(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)域超過了28℃,造成過熱現(xiàn)象。通過調(diào)試前后長廊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27℃，解決了系統(tǒng)原來存在的部分區(qū)域供冷量不足的問題。同時，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
通過對浦東國際機(jī)場空調(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。通過調(diào)試使得主樓和長廊以及各個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)是一個動態(tài)的過程，管網(wǎng)中水力失調(diào)的現(xiàn)象不可避免，所以要加強(qiáng)對整個管網(wǎng)的監(jiān)測，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，必要的時候通過閥門的調(diào)節(jié)把距離冷源近的用戶的冷量轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)端。同時對關(guān)鍵部位的閥門特性要有一個清楚的認(rèn)識，調(diào)節(jié)的時候不要盲目的執(zhí)行，以免出現(xiàn)不必要的事故，調(diào)試要逐步進(jìn)行，這樣才不會顧此失彼。平時的運(yùn)行記錄要備案，及時發(fā)現(xiàn)問題及時解決，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)
[1] 劉傳聚.《航站樓空調(diào)系統(tǒng)評估與改善》項(xiàng)目研究成果報告（第一階段）[R].2005
[2] 劉傳聚，于凌燕，楊偉.上海浦東國際機(jī)場航站樓空調(diào)評估與改善[C].天津：首屆中國制冷空調(diào)工程節(jié)能應(yīng)用新技術(shù)研討會論文集.2006,44-48
[3] Robert Petitjean等著，郎四維，馮鐵栓譯.水力管網(wǎng)全面平衡技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1992
作者簡介：楊偉(1982－)，男，在讀碩士研究生
通風(fēng)設(shè)備網(wǎng)：http://www.boshiwj.com