重慶機場長途換乘中心空調系統智慧閥改造

王奕程

摘 要：目的 重慶機場長途換乘中心空調系統智慧閥改造項目，探尋新式設備的節能性能。方法 將原有普通閥門更換為杭州哲達（ZETA）智慧閥門，記錄測試數據，并對分析結果進行對照研究。結果 智慧閥門自帶控制器DDC內置的壓力無關型調節特性曲線（閥門開度VS流量的曲線）所對應的目標控制流量進行實時對比，經過數學模型計算，迅速調整開度以消除流量偏差，實現流量的動態平衡。結論 該智慧閥集成了壓力、溫度、流量、能量的在線測量功能，它通過應用不同內置程序可實現輸配節能控制和流量、能量的按需分配，提高空調系統的輸送能效比，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），節省水泵整體功耗，實現節能。

關鍵詞：機場 空調系統 改造 智慧閥門

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

2013年底重慶機場需要對新式空調閥門產品進行對比測試，以便為新建的T3航站樓空調及閥門相關設施設備進行招標選型。筆者作為重慶機場甲方代表全程參與了T2A航站樓長途換乘中心空調系統智慧閥改造項目，經過分析業主方及廠家最終選擇換乘中心候車廳空調機房為改造試點，理由如下：重慶機場樓宇控制系統（BAS）可監測系統參數，該系統空調箱所控制的區域相對獨立，由于該機房距離換乘中心出入口大門僅5 m，同時不在機場隔離控制區內，對機場運營活動影響最小，有利于改造實施，并且幾乎不受其他空調機組溫控的干擾，便于對局部區域進行傳統方案和智慧閥門方案進行溫度控制效果、水力平衡效果等的對比分析。

1 項目背景

經過我們現場實地勘查，改造前末端空調箱溫控裝置采用美國honeywell電動調節閥、溫度傳感器（送風、回風或房間）和DDC（受樓宇BAS系統控制）、TA壓差控制器組成。常規水力平衡溫控系統工作原理[1]：DDC采集回風或者房間溫度，通過PID計算，輸出閥門開度變化；壓差控制器感應供回水壓差變化，通過機械自力式彈簧膜片的作用力變化調整壓差控制器閥芯開度，穩定供回水壓差。TA壓差控制器在調試時通過外接儀器測量流量，在滿足電動調節閥全開時達到設計流量條件時的供回水壓差作為壓差控制器調整目標，該壓差一般以夏季設計流量為目標，由于冬季流量減小很多，因此，設定壓差將以流量的平方關系下降更多，冬季必須重新設定壓差，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） 智慧閥門方案，該方案主要具備以下優勢。

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

（2）以最小阻力實現能量平衡。由于水力平衡、能量平衡功能通過閥門自帶DDC控制器內的數學模型和控制程序實現，取消了傳統平衡閥高阻力的彈簧、膜片等復雜機械裝置，因此，閥門阻力很小，大大減少了水泵能耗。

（3）可實時尋找到系統最不利環路，實現變壓差水泵變頻運行，降低水泵能耗，提高水系統動態輸送能效比。

（4）實現能量計量和水系統數據在線監測，幫助診斷系統運行狀況，預判和解決系統運行問題，降低系統運行風險，提高空調系統運行穩定性。根據實際能源消耗統計直接控制閥門的動作，實現26 ℃最低設定溫度的節能運行，真正意義上從系統管理的角度實現空調系統節能[2]。

（5）自動實現冬、夏運行模式切換，確保不同季節流量控制的精度。

（6）免費提供給機場使用并提供1年質保，業主不產生使成本并可觀察使用節能效果。

2.1 現場照片

改造現場示意圖如圖1所示

由于該機房距離換乘中心出入口大門僅5 m， 同時不在機場隔離控制區內，對機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、靜態平衡閥及電動調節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、無法檢驗調節特性是否為等百分比理想效果、限流功能差、節能效果不夠理想、運行人員缺乏對空調末端運行狀況的透明化掌控等問題。

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

（1）在不同量控制目標下的流量控制精度更優。

（2）對動態流量干擾的屏蔽效果更好。

（3）對不同季節（冬、夏季節）的流量可實現自適應調整。

（4）水泵輸配能耗更低，評估節能率。

（5）對能源消耗可實現數據化管理。

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“壓差控制器+電動調節閥+靜態平衡閥”進行各項功能測試；原控制方式運行時，在供水管的TA靜態平衡閥上連接TA平衡調試儀，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為靜態閥阻力，P3～P4為壓差控制器阻力，則P1～P4為該空調機組末端輸配的總阻力（系統壓差）。

3.2 智慧閥門改造

原方案測試完畢后，我們將空調機組停機，關閉供回水手動閥，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電動調節閥全開，固定在100%的開度，不允許動作；將電動調節閥的旁通閥全開，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、回風風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為靜態閥阻力，P7～P8為智慧閥門阻力，由于靜態閥不是需要的，則P6～P8為該空調機組末端輸配的總阻力（系統壓差）。

4 測試數據

4.1 動態平衡控制

手動調節供回水手動閥開度大小，產生系統壓差擾動，測量在控制信號不變情況下的流量變化，系統壓差變化幅度應盡可能大，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+靜態平衡閥的功能進行評測，判斷其是否能夠屏蔽系統壓力波動對電動調節閥流量的影響[4]，其功能的良好運行直接決定了空調系統的舒適性以及水力平衡設備的控制效果，其測試數據如圖6所示。

4.2 等百分比調節特性測試

供回水手動閥全開，給定多點不同的電動閥門控制信號，測量系統流量，繪制曲線。

等百分比調節特性主要反映的是電動調節閥的調節熱量輸出能力，其功能的良好運行直接決定了控制系統的控制效果，測試結果如圖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對不同季節的適應能力，其功能直接決定了冬季是否存在平衡效果。

根據經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）模擬冬季轉夏季或夏季轉冬季，設定100%閥門全開信號，測量實際控制流量是否符合要求，記錄數據如表1所示。

4.4 輸配節能測試

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

×100% （1）

改造前，輸配系統的流量及P2～P4的壓差，如圖8和圖9所示。

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

輸配節能對比如表2所示。

根據空調機組設計流量或原控制方式測試時確定的流量值作為設計值，測量該設計流量下的末端輸配總阻力。

5 結語

通過以上對比測試，我們發現杭州哲達（ZETA）智慧閥門在動態平衡控制測試中性能優異，領先壓差控制器+電動調節閥+靜態平衡閥的方案，具有優異的等百分比調節性能、優異的冬夏季模式切換功能，其能夠自動判斷冬夏季模式，并自動轉換，實現冬夏季模式無需重新調試達到精確控制的目標；消耗揚程小，有效的節約了水泵的功耗。安裝調試簡單，三合一閥門使得業主方采購成本下降；液晶顯示屏信息量大，可顯示流量、介質溫度、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，且可視化真正體現樓宇控制系統（BAS）的監控優勢；最后廠方免費提供給機場業主進行“零成本”試用并質保，可進一步驗證該閥門的可靠性。

參考文獻

[1] 中國建筑標準設計研究院編.智能建筑弱電工程設計與施工[M].北京：中國計劃出版社，2010：52-78.

[2] 住房與城鄉建設部編.智能建筑設計標準[S].北京：中國計劃出版社，2015：26-30.

[3] 中國建筑標準設計研究院編.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.智能建筑系統集成與控制技術[M].北京：化學工業出版社，2011：180-195.