重慶機(jī)場長途換乘中心空調(diào)系統(tǒng)智慧閥改造

王奕程

摘 要：目的 重慶機(jī)場長途換乘中心空調(diào)系統(tǒng)智慧閥改造項目，探尋新式設(shè)備的節(jié)能性能。方法 將原有普通閥門更換為杭州哲達(dá)（ZETA）智慧閥門，記錄測試數(shù)據(jù)，并對分析結(jié)果進(jìn)行對照研究。結(jié)果 智慧閥門自帶控制器DDC內(nèi)置的壓力無關(guān)型調(diào)節(jié)特性曲線（閥門開度VS流量的曲線）所對應(yīng)的目標(biāo)控制流量進(jìn)行實時對比，經(jīng)過數(shù)學(xué)模型計算，迅速調(diào)整開度以消除流量偏差，實現(xiàn)流量的動態(tài)平衡。結(jié)論 該智慧閥集成了壓力、溫度、流量、能量的在線測量功能，它通過應(yīng)用不同內(nèi)置程序可實現(xiàn)輸配節(jié)能控制和流量、能量的按需分配，提高空調(diào)系統(tǒng)的輸送能效比，通過檢測閥門某一開度下的實測流量，避免過流（大流量、小溫差），節(jié)省水泵整體功耗，實現(xiàn)節(jié)能。

關(guān)鍵詞：機(jī)場 空調(diào)系統(tǒng) 改造 智慧閥門

中圖分類號：TU83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（b）-0077-06

2013年底重慶機(jī)場需要對新式空調(diào)閥門產(chǎn)品進(jìn)行對比測試，以便為新建的T3航站樓空調(diào)及閥門相關(guān)設(shè)施設(shè)備進(jìn)行招標(biāo)選型。筆者作為重慶機(jī)場甲方代表全程參與了T2A航站樓長途換乘中心空調(diào)系統(tǒng)智慧閥改造項目，經(jīng)過分析業(yè)主方及廠家最終選擇換乘中心候車廳空調(diào)機(jī)房為改造試點，理由如下：重慶機(jī)場樓宇控制系統(tǒng)（BAS）可監(jiān)測系統(tǒng)參數(shù)，該系統(tǒng)空調(diào)箱所控制的區(qū)域相對獨立，由于該機(jī)房距離換乘中心出入口大門僅5 m，同時不在機(jī)場隔離控制區(qū)內(nèi)，對機(jī)場運營活動影響最小，有利于改造實施，并且?guī)缀醪皇芷渌照{(diào)機(jī)組溫控的干擾，便于對局部區(qū)域進(jìn)行傳統(tǒng)方案和智慧閥門方案進(jìn)行溫度控制效果、水力平衡效果等的對比分析。

1 項目背景

經(jīng)過我們現(xiàn)場實地勘查，改造前末端空調(diào)箱溫控裝置采用美國honeywell電動調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器（送風(fēng)、回風(fēng)或房間）和DDC（受樓宇BAS系統(tǒng)控制）、TA壓差控制器組成。常規(guī)水力平衡溫控系統(tǒng)工作原理[1]：DDC采集回風(fēng)或者房間溫度，通過PID計算，輸出閥門開度變化；壓差控制器感應(yīng)供回水壓差變化，通過機(jī)械自力式彈簧膜片的作用力變化調(diào)整壓差控制器閥芯開度，穩(wěn)定供回水壓差。TA壓差控制器在調(diào)試時通過外接儀器測量流量，在滿足電動調(diào)節(jié)閥全開時達(dá)到設(shè)計流量條件時的供回水壓差作為壓差控制器調(diào)整目標(biāo)，該壓差一般以夏季設(shè)計流量為目標(biāo)，由于冬季流量減小很多，因此，設(shè)定壓差將以流量的平方關(guān)系下降更多，冬季必須重新設(shè)定壓差，否則壓差控制器將失去平衡功能，變成不能動作的阻力元件。

2 分析過程

通過多方選型比較及驗證，選擇了杭州ZETA（浙達(dá)） 智慧閥門方案，該方案主要具備以下優(yōu)勢。

（1）集成電動調(diào)節(jié)閥、平衡閥（動態(tài)、靜態(tài)）、流量計、傳感器、控制器等多種產(chǎn)品的組合，若大量采用性價比較高。

（2）以最小阻力實現(xiàn)能量平衡。由于水力平衡、能量平衡功能通過閥門自帶DDC控制器內(nèi)的數(shù)學(xué)模型和控制程序?qū)崿F(xiàn)，取消了傳統(tǒng)平衡閥高阻力的彈簧、膜片等復(fù)雜機(jī)械裝置，因此，閥門阻力很小，大大減少了水泵能耗。

（3）可實時尋找到系統(tǒng)最不利環(huán)路，實現(xiàn)變壓差水泵變頻運行，降低水泵能耗，提高水系統(tǒng)動態(tài)輸送能效比。

（4）實現(xiàn)能量計量和水系統(tǒng)數(shù)據(jù)在線監(jiān)測，幫助診斷系統(tǒng)運行狀況，預(yù)判和解決系統(tǒng)運行問題，降低系統(tǒng)運行風(fēng)險，提高空調(diào)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。根據(jù)實際能源消耗統(tǒng)計直接控制閥門的動作，實現(xiàn)26 ℃最低設(shè)定溫度的節(jié)能運行，真正意義上從系統(tǒng)管理的角度實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能[2]。

（5）自動實現(xiàn)冬、夏運行模式切換，確保不同季節(jié)流量控制的精度。

（6）免費提供給機(jī)場使用并提供1年質(zhì)保，業(yè)主不產(chǎn)生使成本并可觀察使用節(jié)能效果。

2.1 現(xiàn)場照片

改造現(xiàn)場示意圖如圖1所示

由于該機(jī)房距離換乘中心出入口大門僅5 m， 同時不在機(jī)場隔離控制區(qū)內(nèi)，對機(jī)場運營活動影響最小，有利于改造實施。

2.2 原閥門方案

原閥門方案如圖2所示。

2.3 改造目的

原方案壓差控制器、靜態(tài)平衡閥及電動調(diào)節(jié)閥的組合配置形式存在實時流量無法顯示、平衡效果無法檢驗、無法檢驗調(diào)節(jié)特性是否為等百分比理想效果、限流功能差、節(jié)能效果不夠理想、運行人員缺乏對空調(diào)末端運行狀況的透明化掌控等問題。

因此，原控制方式還未達(dá)到最佳節(jié)能控制效果，更換為杭州哲達(dá)（ZETA）方案，我們主要為了檢測是否智慧閥門是否能實現(xiàn)以下標(biāo)稱功能。

（1）在不同量控制目標(biāo)下的流量控制精度更優(yōu)。

（2）對動態(tài)流量干擾的屏蔽效果更好。

（3）對不同季節(jié)（冬、夏季節(jié)）的流量可實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)整。

（4）水泵輸配能耗更低，評估節(jié)能率。

（5）對能源消耗可實現(xiàn)數(shù)據(jù)化管理。

3 改造過程

由于是原方案和智慧閥門方案的對比測試，故在改造前，首先需要測試原平衡系統(tǒng)“壓差控制器+電動調(diào)節(jié)閥+靜態(tài)平衡閥”進(jìn)行各項功能測試；原控制方式運行時，在供水管的TA靜態(tài)平衡閥上連接TA平衡調(diào)試儀，用于記錄實際流量[3]。

3.1 原方案原理圖

原方案原理圖如圖3所示

其中，P1-P2為靜態(tài)閥阻力，P3～P4為壓差控制器阻力，則P1～P4為該空調(diào)機(jī)組末端輸配的總阻力（系統(tǒng)壓差）。

3.2 智慧閥門改造

原方案測試完畢后，我們將空調(diào)機(jī)組停機(jī)，關(guān)閉供回水手動閥，拆除TA壓差控制器的保溫材料，卸下壓差控制器，用ZETA智慧閥替換原“壓差控制器”，通知樓宇控制室（BAS）將hoenywell電動調(diào)節(jié)閥全開，固定在100%的開度，不允許動作；將電動調(diào)節(jié)閥的旁通閥全開，固定在100%的開度，不允許動作。打開手動閥通水施壓，檢查不漏并將管道重新保溫；在送、回風(fēng)風(fēng)管原測試孔處各安裝一支溫度傳感器，最后試驗智慧閥門動作和溫度顯示正常。

3.3 新方案效果圖

新方案效果圖如圖4所示

智慧閥門控制方式時，記錄智慧閥門上自帶的液晶顯示器所測量的實際流量（或可仍舊由TA平衡調(diào)試儀記錄流量）；閥門前后壓差測量由智慧閥門自身壓力傳感器測量，供回水壓差測量可用TA平衡調(diào)試儀。

3.4 新方案原理圖

新方案原理圖如圖5所示

P5～P6為靜態(tài)閥阻力，P7～P8為智慧閥門阻力，由于靜態(tài)閥不是需要的，則P6～P8為該空調(diào)機(jī)組末端輸配的總阻力（系統(tǒng)壓差）。

4 測試數(shù)據(jù)

4.1 動態(tài)平衡控制

手動調(diào)節(jié)供回水手動閥開度大小，產(chǎn)生系統(tǒng)壓差擾動，測量在控制信號不變情況下的流量變化，系統(tǒng)壓差變化幅度應(yīng)盡可能大，但要符合閥門最小和最大工作壓差要求，主要是對壓差控制器+靜態(tài)平衡閥的功能進(jìn)行評測，判斷其是否能夠屏蔽系統(tǒng)壓力波動對電動調(diào)節(jié)閥流量的影響[4]，其功能的良好運行直接決定了空調(diào)系統(tǒng)的舒適性以及水力平衡設(shè)備的控制效果，其測試數(shù)據(jù)如圖6所示。

4.2 等百分比調(diào)節(jié)特性測試

供回水手動閥全開，給定多點不同的電動閥門控制信號，測量系統(tǒng)流量，繪制曲線。

等百分比調(diào)節(jié)特性主要反映的是電動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)熱量輸出能力，其功能的良好運行直接決定了控制系統(tǒng)的控制效果，測試結(jié)果如圖7所示。

4.3 冬夏季模式自動切換

冬夏季模式的切換反映的是平衡輸配系統(tǒng)對不同季節(jié)的適應(yīng)能力，其功能直接決定了冬季是否存在平衡效果。

根據(jù)經(jīng)驗冬天模式的熱水流量為夏季模式的冷凍水流量的50%，我們通知樓宇控制室（BAS）模擬冬季轉(zhuǎn)夏季或夏季轉(zhuǎn)冬季，設(shè)定100%閥門全開信號，測量實際控制流量是否符合要求，記錄數(shù)據(jù)如表1所示。

4.4 輸配節(jié)能測試

輸配節(jié)能測試主要反映了平衡輸配系統(tǒng)對水泵揚(yáng)程的消耗，其直接決定了水泵功率的消耗；根據(jù)空調(diào)機(jī)組設(shè)計流量或原控制方式測試時確定的流量值作為設(shè)計值，測量該設(shè)計流量下的末端輸配總阻力（P6～P8）。并與原控制方式對比節(jié)能率，計算方式如式（1）所示。

×100% （1）

改造前，輸配系統(tǒng)的流量及P2～P4的壓差，如圖8和圖9所示。

改造后，輸配系統(tǒng)的流量及P6（左側(cè)表壓）～P8（智慧閥P1）的壓差，如圖10和圖11所示。

輸配節(jié)能對比如表2所示。

根據(jù)空調(diào)機(jī)組設(shè)計流量或原控制方式測試時確定的流量值作為設(shè)計值，測量該設(shè)計流量下的末端輸配總阻力。

5 結(jié)語

通過以上對比測試，我們發(fā)現(xiàn)杭州哲達(dá)（ZETA）智慧閥門在動態(tài)平衡控制測試中性能優(yōu)異，領(lǐng)先壓差控制器+電動調(diào)節(jié)閥+靜態(tài)平衡閥的方案，具有優(yōu)異的等百分比調(diào)節(jié)性能、優(yōu)異的冬夏季模式切換功能，其能夠自動判斷冬夏季模式，并自動轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)冬夏季模式無需重新調(diào)試達(dá)到精確控制的目標(biāo)；消耗揚(yáng)程小，有效的節(jié)約了水泵的功耗。安裝調(diào)試簡單，三合一閥門使得業(yè)主方采購成本下降；液晶顯示屏信息量大，可顯示流量、介質(zhì)溫度、房間溫度、閥門壓力、壓差，做到信息一覽無遺，故障判斷簡單明了，且可視化真正體現(xiàn)樓宇控制系統(tǒng)（BAS）的監(jiān)控優(yōu)勢；最后廠方免費提供給機(jī)場業(yè)主進(jìn)行“零成本”試用并質(zhì)保，可進(jìn)一步驗證該閥門的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院編.智能建筑弱電工程設(shè)計與施工[M].北京：中國計劃出版社，2010：52-78.

[2] 住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部編.智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國計劃出版社，2015：26-30.

[3] 中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院編.管道閥門選用及安裝[M].北京：中國計劃出版社，2009：126-150.

[4] 魏立明.智能建筑系統(tǒng)集成與控制技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011：180-195.