首都机场风水平衡调试技术研究

李梅

首都机场动力能源有限公司

首都机场风水平衡调试技术研究

李梅

首都机场动力能源有限公司

空调系统中风、水系统平衡失调造成楼内冷热分配不均匀和能源的浪费。首都机场T3-D航站楼重新投入使用对空调系统风水平衡进行了调试，本文从理论上对空调系统的风、水平衡进行了分析研究，并在T3-D楼的实施调试中加以应用；详细阐述调试过程和技术手法，并对调试前后的系统参数做了对比分析，最终保证了系统高效稳定地将设备所需的流量准确地输送，各个管道风量得以平衡均匀分布和输送；保障楼内环境品质的同时做到了能源节约。

首都机场 空调系统 风水平衡调试 节能

0 引言

现代化工业的发展使得能源危机频繁出现，近些年节能问题一再被提到了新的高度，建筑中的空调节能更不容忽视[1]。在空调系统中风、水系统平衡失调，不但造成了机组运行效率低、楼内冷热分配不均匀等供冷品质的弊病，更造成了能源的浪费。为此，风、水系统平衡调试工程在空调系统运行中越来越显示出了重要性。

首都机场T3航站楼自2008年投入使用以来，对于节能问题一直是非常重视。T3-D楼地上三层，地下一层，整个楼体的空调系统从T3-E楼分支引入空调供水，5台空调冷冻水泵（2备）和3台空调热水循环泵（1备）共同完成楼内8个空调机房，62台空调新风机组空调冷热水供给，整体提供冷暖保障。其中，T3-D楼自奥运会使用之后，由于客流量的需求和能源节约问题停止使用。随着旅客数量日渐增加，2012年底为保证航班的正常运作和旅客方便使用，T3-D楼重新投入使用，原建设单位以奥运专机保障功能设计进行的空调系统运行模式已无法满足现有服务流程功能性变化，需要对空调系统风、水平衡重新进行分配调试，避免楼内各区域出现冷热分配不均的情况，有效满足暖通空调系统设备安全、平稳运行的需要。首都机场动力能源公司技术人员对T3-D楼空调系统做了风水平衡的调试工作，保障整个空调系统正常安全地运行和楼内环境的舒适。

1 水力系统平衡调试

1.1 水力平衡调试原理

水系统平衡调节的实质就是将系统中各个支路的检测流量调至设计流量，各个末端设备的流量达到末端设备实际瞬时负荷要求流量的同时，保证系统高效稳定地将设备所需的流量准确地输送，而不受系统压力波动的影响。

D楼停止使用期间对不同设备做了相应调节设置，再次投入使用，楼内出现区域冷热不均，要保障系统各支路水流量的充足和均匀供给，动力能源技术人员对空调水系统平衡设备进行了检查和设置。D楼空调系统中常用的动态水力平衡设备主要有调节阀（各类空调箱用）。在水系统满负荷运行期间，依照设计流量并参照实际测定的运行流量，调整平衡阀门的开度，并不断整定，最终使得末端区域实际流量与设计流量一致。

1.2 水系统平衡调试步骤

本次水平衡调试主要通过调节手动阀门，使冷冻水流量于末端设备中按照设计比值分配。如图1所示，首先将D楼全部的末端阀门（各个机房、风机盘管等）打开并开启两台水泵，利用TDS-100H超声波流量计测试该系统主要支路的流量，同时通过计算得出水系统整体流量分布状态。

图1 T3D楼空调水系统示意图

具体步骤如下：

①调节供回水主管道上的盈亏水管阀门，使得主管道水流量均匀分布。

②将冷水分水器干管碟阀关闭，将二通阀打至手动位置，开度调节为100%，按照设计工况，开启两台循环泵，打开水系统中的所有阀门。

③在阀门全开状态下，记录各个水泵、空调机组的流量、进出水温度、进出水压力和压差，计算各个环路设计流量的分布比例。

④手动调节阀门，通过超声波流量计检测记录最远端环路1的流量，在现场关小近端环路4的阀门，调节使远端环路1流量接近设计流量比例。

⑤固定最远端环路1的阀门，按照步骤④关小近端环路4的阀门，检测次远端环路流量，调节使次远端环路2流量接近设计流量比例。逐次调节各环路的阀门使得各环路流量至设计流量，使得各环路得到按需分配水流量。

⑥调节冷冻水调频泵转速，直至冷冻水集水器主管的静态水力平衡阀流量与设计流量一致，此时系统所有末端设备的流量均等于夏季设计流量，记录下此时分集水器压差，此即为压差控制器的设定压差。

本次水系统调试保证了系统高效稳定地将设备在各个时刻所需的流量准确地输送过去，使得空调水系统母管的水流量最终满足了1484m3/h，使得西侧北区、西侧南区、东侧北区和东侧南区四个分支环路根据实际需要按照25%的流量分配输入，而不受系统压力波动的影响。水系统平衡调试最终为整个空调系统的冷水供给做到按需分配、均匀供给，为系统末端冷量供应提供了不可或缺的保障。

2 风系统平衡调试

由于T3-D室内工况不能满足实际要求，部分通风口由于不同阀门等设备的脱落老损，导致风道不通的现象，加大风量的供给不仅造成了分支风道的风量浪费，更对一些故障严重的风道没有起到一定的作用，所以为保障整个空调系统风量供给均匀和充足，保障环境质量，并做到节约能源，动力能源技术人员进行了风系统检测及平衡调试，排除系统的故障，使系统得以正常高效运行。

2.1 风系统平衡调试原理

由流体力学可知，风管的阻力近似与风量的平方成正比[2]：

式中：H为风管阻力；Q为风量；k为风管阻力特性系数。在图2中所示的送风系统中管段1的阻力为H1（风量为Q1，阻力特性系数为k1），管段2的阻力系数为H2（风量为Q2，阻力特性系数为k2）则H1=Q1k12，H2=Q2k22，由于H1=H2，所以Q1k12=Q2k22，则

由式（2）可知，如果三通阀门的位置（A点）不变，只改变送风机出口处的总风阀，虽然总风量发生变化，只要A处的三通调节阀位置不变，不论总风量如何变化，管段1和管段2风量总是按一定比例进行分配的，空调系统风量调节就是根据这一原理进行的[3]。

图2 空调风系统示意图

2.2 检测仪器

风平衡调试所用测量仪器主要是电子多功能表（数字显示读数），流量罩与多功能表配合来测量风口风量，Testo512型微压差计对盘管前后、过滤网前后风道静压的检测，此外，还用到TESTO416型叶轮风速仪和毕托管，同时使用PROVA-6600三相钳式电力计对风机三相电路、电压、功率进行检测。

2.3 风平衡调试步骤

T3-D楼空调系统在地下一层有8大空调机房，62台空调机组，5台空调冷冻水泵（2备）和3台空调热水循环泵（1备），保障整个楼内的环境温度。E3机房A24空调机组的风系统风道分布轴测图如图3所示，E3机房A24机组首先通过送风通道上9个和回风通道上的8个防火阀保证风道的送风安全。其次，A24空调机组送风总管道将风量分支成3个支管道分别送风给二层钢浮岛、二层D06客桥旁安全出口以南、二层D06客桥斜对面和三层钢浮岛四个区域；5个多叶阀门分别调整机组送回风总支管道的风量平衡，4个送风总支路通过末端的球形喷口向各个区域供给冷风。其中，三层钢浮岛区域通过1个球形喷口供送冷风；二层钢浮岛、D06客桥旁安全出口以南和二层D06客桥斜对面三个区域分别通过2个、2个和4个球形喷口供送冷风。A24机组风平衡调试之前要做好充分的准备工作，首先将各个机房各个机组的供风系统的轴测图给出，通过图形查找各个管道上各个防火阀、拉杆阀门、多叶阀门等设备的数量和位置；其次到现场核查各个阀门设备的完好情况和设置开度；最后在保证各个管道内足够清洁和完好的情况下将系统内的其他阀门全部打开准备调试工作。

图3 T3D楼E3A23空调机组送风管道轴测图

系统总阀门处于实际运行位置，在风机阀门全关的情况下启动风机，然后逐渐开启阀门至最大。风机启动后，初测各风口风量，计算初测风量与设计风量之间的比值。在各支管中选择比值最小的风口作为基准风口进行初调，目的是使各风口的实测风量与设计风量的比值接近相等。此次调试从离通风机最远的支干管开始(见图3三层钢浮岛冷风供送支管)，先选择支干管上实际测量值与设计值比值最小的一个风口作为基准风口。调整两个总支管道上的风量平衡。由于A24机组送风总管道共有3个总分支，没有涉及较多的分支管道，可以忽略该处三通阀门的设置和调节。调节完送风总管的风量后，下一步调节送风支管的风量，使各送风支管达到风量平衡。送风主支管风量的测量同样采用毕托管、斜管微压计和风速仪，计算实测风量Qm与设计风量Q的比值，两者比值设为K。

具体步骤为：

①首先记录地下一层送风总管道上的总风量，逐一测量管上的三个分支管三层钢浮岛St、二层钢浮岛Ssx、二层客桥斜对面Ssf的风量Qt、Qx、Qf及K值。

②根据步骤①的记录，找出K值最接近为1的支管（首次检测为Ssx）和K值与1值偏差最大的支管（S）t。

③在风量满足要求的情况下，以Ssx支送风管的K值作为基准值。全开St支管道的防火阀并调整末端风口阀门，使St的K值达到基准值。

④按照步骤③，如图3设置Ssf支管道上多叶阀门为平衡状态，计算并记录Ssf支管上的2个小分支路的K值，以K值最接近1的支路为基准逐次调节其他两个支路的阀门，使其K值达到基准值。分布逐次调节使得一层送风支路管上的各个分支管道送风量尽量达到各自设计风量。

⑤按照步骤②逐一测量记录各支管道上小支路以及K值。

⑥找出K值最接近为1的支管和K值与1值偏差最大的支管。在风量满足要求的情况下固定调整阀门，根据现场温度调整末端分口阀门开度，保证整个区域的均匀送风。

⑦按照上述的步骤对风量调整后，如各风口之间的偏差≤±15%，则作为风口风量的最终调试数值记录下来；如果各风口之间的偏差>±15%，则重复上述步骤进行微调。

注：风机启动时，用电流表测电动机的启动电流是否符合要求。

3 风平衡调试结果分析

风系统平衡调节之前，可以看到，为了满足洁净要求和送风量要求，计算各支管总风量可得各支路的实际送风风量值都出现了不同程度的与支管设计风量的偏差，所以为了保证风量最小房间的风量满足要求，必须将风机风量加大。而实际上这时的总风量已经达到了要求，只不过在各支管的分配不均匀，所以这时增加的这些风量纯属于浪费，本次的风平衡调试工程解决了上述问题。从E3机房A24机组平衡调试前后各支管道风量和风口对照表（表1）可以看出：调整前总风量20500m3/h调整后为37500m3/h调整后风量与调整前风量没有很大变化，但却达到了洁净度和风量的要求。其他支路调试前后的差值很大，尤其是三层钢浮岛区域的送风量，在调试前防火阀脱落堵塞风道以及二层支管风量的分流，令该风量不能顺利送出。平衡前所供风量为550m3/h，为了达到风量和洁净度要求，平衡调试后所供风量为2910m3/h，增加了近4倍的风量。由上面的分析，从理论上和从实际调试检测数据上平衡后的送风功率比平衡前的节约量大。

表1 T3D楼E3空调机房A24机组风量对照表

本次调试工程完E3机房A24空调机组完成风系统平衡调试之后，再逐一进行该机房其他空调、新风机组的类似平衡调试，最终完成了像E3机房A24空调机组类似的机房62台，共对风道532个防火阀、193个拉杆阀、108个多叶阀以及51个VAV设备进行了不同程度的调节，最终完成T3D楼整体风系统平衡调试，保证了所有空调系统风道的畅通和各个管道风量的平衡均匀分布，保证了各个送风区域充足均匀的风量供给。

4 总结

由上述风、水平衡调试可见：T3D楼空调水系统中通过合理地安装水、力平衡阀以及按照实际需求采用合理实用的方法进行系统联调，极大地改善系统的水力特性，从而既为系统的正常运行提供了保证，又节省了能源使系统经济高效运行，风平衡调试降低洁净室的送风量，减小了风机的负荷，使得D楼的机组开机数量由初运行时期的35台减少至25台，节约近30%电耗、冷耗，达到了节能的目的。使得整个D楼的夏季楼内温度的部分冷热分布不均匀的区域个数减少为0，楼内的平均温度达到了24±2℃的标准。本次调试使D楼空调系统中的设备机组充分发挥潜力，实现大温差小流量的节能调节，提高风机、水泵运行效率和冷量输送效率，改善T3航站楼供冷品质，为首都机场的能源节约问题和整体运行发展提供了有力的保障。

[1]宫玖兵,朱能,刘俊杰.空调系统风平衡与节能[J].山西能源与节能,2003,28:12-14

[2]秦继恒,安爱明.通风空调系统风平衡调试技术研究[J].技术与部品,2013,(7):59-60

[3]赵亚洲,刘冬华,翁维安.闭式管网系统平衡调节策略[J].机械与电子,2013,(17):108-110

[4]张吉礼,赵天怡,陈永攀.大型公建空调系统节能控制研究进展[J].建筑热能通风空调,2011,(3):1-15

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，硕士；北京市首都机场动力能源有限公司（10000）；E-mail:fandemuzi@126.com