西安咸陽國際機(jī)場

西安咸陽國際機(jī)場

現(xiàn)在，機(jī)場的大型空間建筑通常采用噴口側(cè)流風(fēng)或旋轉(zhuǎn)流風(fēng)的混合動(dòng)力氣流組織。夏季不可避免地會(huì)有大量冷氣，空氣過于潮濕。員工活動(dòng)區(qū)的溫度分布不均，局部風(fēng)速過高。因此，節(jié)省了很大的輸送能力。西安咸陽國際機(jī)場是國內(nèi)首個(gè)采用地板輻射供冷、供熱和置換通風(fēng)的機(jī)場,由地板輻射盤管承擔(dān)室內(nèi)基本冷負(fù)荷,空氣經(jīng)溶液式熱泵機(jī)組處理后由置換式送風(fēng)末端送出,處理內(nèi)區(qū)的潛熱負(fù)荷和承擔(dān)一定量的冷負(fù)荷,在人員活動(dòng)區(qū)營造一個(gè)溫濕度分布均勻的高舒適度環(huán)境,而且冷熱空氣的摻混極少。這種末端形式確定了溫度濕度獨(dú)立控制的系統(tǒng)形式。本文根據(jù)西安咸陽國際機(jī)場T3A航站樓(以下簡稱T3A航站樓)空調(diào)系統(tǒng)實(shí)測數(shù)據(jù),介紹了其室內(nèi)環(huán)境控制成效,分析了溶液式熱泵機(jī)組和輻射地板的運(yùn)行情況,并對制冷站的整體能效比進(jìn)行了測算。1末端空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)T3A航站樓是西安咸陽國際機(jī)場二期擴(kuò)建工程項(xiàng)目之一,航站樓面積約28.0萬m2,地上2層、地下1層,地上最大高度37.0m,地下深度8.6m,最大層高(辦票大廳)27.0m,屬于典型的高大空間建筑。T3A航站樓高大空間采用溫度濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的面積為4.7萬m2,其余面積使用常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)。航站樓空調(diào)的供冷、供熱由室外制冷、換熱站集中提供,制冷、換熱站距航站樓約1km。為了充分利用當(dāng)?shù)胤骞入妰r(jià)的差異,空調(diào)制冷采用冰蓄冷系統(tǒng),以節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。為了減少從制冷站到航站樓的冷水輸配能耗,系統(tǒng)實(shí)行冷水大溫差運(yùn)行。因此,航站樓末端既有使用低溫水的常規(guī)空調(diào)設(shè)備,又有使用高溫水的溫度濕度獨(dú)立控制空調(diào)設(shè)備,如溶液式熱泵新風(fēng)機(jī)、地板輻射盤管、干式地板風(fēng)機(jī)盤管和干盤管空調(diào)機(jī)。冷水系統(tǒng)采用直接供冷的多級(jí)泵系統(tǒng)形式,即制冷站設(shè)一次和二次循環(huán)泵,滿足機(jī)房內(nèi)壓頭和必要的外網(wǎng)揚(yáng)程。用戶側(cè)由于不同的管網(wǎng)阻抗及水溫要求,各支路設(shè)置了空調(diào)末端循環(huán)泵,提供末端循環(huán)壓頭。末端空調(diào)水系統(tǒng)采用的串聯(lián)及混水循環(huán)系統(tǒng)見圖1。根據(jù)設(shè)計(jì)的供水溫度的高低,將末端用戶分為低溫用戶和高溫用戶,即一級(jí)用戶和二級(jí)用戶。其中,低溫用戶設(shè)備包括常規(guī)空調(diào)新風(fēng)機(jī)組、空調(diào)機(jī)組和濕式風(fēng)機(jī)盤管,新風(fēng)機(jī)組與空調(diào)機(jī)組的設(shè)計(jì)總供水溫度為3℃,濕式風(fēng)機(jī)盤管的設(shè)計(jì)供水溫度為7℃;高溫用戶設(shè)備包括輻射地板、干式風(fēng)機(jī)盤管和溶液新風(fēng)機(jī)組預(yù)冷盤管,輻射地板和干式風(fēng)機(jī)盤管的設(shè)計(jì)供水溫度為14℃,溶液新風(fēng)機(jī)組預(yù)冷盤管的設(shè)計(jì)供水溫度為16℃,設(shè)計(jì)工況下總回水溫度為21℃,總供回水溫差為18℃。2012年4月航站樓正式啟用,筆者于2012年7月對航站樓空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了全面測試。2混凝土地板溫度和關(guān)鍵設(shè)備測試2.1溫濕度測試結(jié)果T3A航站樓主樓2層的辦票大廳和南指廊候機(jī)大廳采用溫度濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)。溫度控制方面,用地板輻射盤管承擔(dān)空調(diào)基本冷負(fù)荷;濕度控制方面,采用帶預(yù)冷的溶液熱泵新風(fēng)機(jī)組對新風(fēng)進(jìn)行除濕降溫。在T3A航站樓2樓辦票大廳和南指廊的候機(jī)大廳布置溫濕度測點(diǎn),對其溫濕度進(jìn)行測量。測試日7月21日10:00時(shí),室外溫度為27.8℃。圖2,3所示的測試結(jié)果表明,主樓辦票大廳和南指廊候機(jī)大廳的室內(nèi)溫度范圍為22~24℃,其中少數(shù)室溫為24℃的測點(diǎn)位于人流量較大的區(qū)域。主樓和南指廊的空氣含濕量均在11g/kg左右,測點(diǎn)間含濕量的極差在2g/kg以內(nèi),室內(nèi)空氣含濕量分布均勻性好。說明輻射地板盤管配合置換式送風(fēng)的方式達(dá)到了室內(nèi)人員活動(dòng)區(qū)溫濕度分布高度均勻的設(shè)計(jì)目標(biāo)。2.2溶液熱泵高值排放特性空調(diào)系統(tǒng)中的溶液熱泵新風(fēng)機(jī)組均是帶預(yù)冷裝置的,機(jī)組僅處理新風(fēng),先將新風(fēng)用16℃的高溫冷水預(yù)冷,再進(jìn)入溶液除濕機(jī)組除濕,稀溶液用新風(fēng)再生,再生后的高溫新風(fēng)排至室外。溶液熱泵新風(fēng)機(jī)組的工作原理圖見圖4,對應(yīng)的空氣處理過程的焓濕圖見圖5。對溶液熱泵新風(fēng)機(jī)組進(jìn)行了性能測試。從圖6所示的結(jié)果可看出,溶液熱泵新風(fēng)機(jī)組實(shí)測總供冷量為229kW,除濕量為226kg/h。圖6c表明預(yù)冷量約占總供冷量的15%。溶液除濕機(jī)組處理后的新風(fēng)含濕量約為9g/kg,而室內(nèi)含濕量為11g/kg,可以承擔(dān)室內(nèi)濕源的產(chǎn)濕量。2.3地板輻射盤管西安咸陽國際機(jī)場大面積采用地板輻射盤管進(jìn)行供冷、供熱,使用的地板主要為橡膠地板和大理石地板。2.3.1熱阻和熱阻的計(jì)算橡膠和大理石地板對輻射盤管供冷的影響對比見表1。2種地板構(gòu)造相同,橡膠地板厚5mm,大理石地板厚25mm,雖然厚度相差較多,但熱阻相差不多,橡膠地板的熱阻為0.21m2·℃/W,大理石地板的熱阻為0.1m2·℃/W。當(dāng)供冷量相同時(shí),輻射地板的表面溫度相近,但由于橡膠地板的熱阻比大理石地板大,當(dāng)供冷量為35W/m2時(shí),橡膠地板輻射盤管的供回水平均溫度為11.8℃,而大理石地板的供回水平均溫度為19.7℃。2.3.2不同濃度的逐時(shí)變化利用熱流計(jì)測量了主樓和南指廊輻射地板的供冷量,其逐時(shí)變化見圖7。主樓的輻射地板平均供冷量為40W/m2,南指廊的輻射地板平均供冷量為35W/m2,均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2.3.3變質(zhì)單元的質(zhì)量控制輻射地板上有座椅遮擋時(shí),一方面太陽光無法直接照射到地板表面,另一方面地板和溫度較低的座椅表面換熱較多,而和溫度較高的圍護(hù)結(jié)構(gòu)換熱減少。導(dǎo)致了輻射地板的供冷量減小,地板溫度也較低。在南指廊分別測試了有座位遮擋和無座位遮擋的兩處輻射地板的表面溫度,圖8所示結(jié)果顯示,有座位遮擋的地板表面比無座位遮擋的表面溫度平均低0.7℃。3制冷站測試3.1制冷站的運(yùn)行模式由于系統(tǒng)冷水大溫差運(yùn)行,制冷站設(shè)計(jì)為帶蓄冰裝置的串聯(lián)逐級(jí)制冷系統(tǒng)。其運(yùn)行模式主要有蓄冰模式和融冰模式。制冷站的系統(tǒng)示意圖見圖9。3.1.1制冷機(jī)冷水泵a雙工況制冷機(jī)A制取的低溫乙二醇送入蓄冰槽中,在盤管外蓄冰。冷水經(jīng)夜間小負(fù)荷制冷機(jī)(即制冷機(jī)C)制冷后直接通過冷水泵A送入航站樓。當(dāng)供冷量很小時(shí),可用冷水中蓄存的冷量直接供冷,即冷水不經(jīng)過制冷機(jī)直接通過冷水泵在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。3.1.2冷機(jī)a冷冰回收冷水回水先經(jīng)過基載制冷機(jī)(即制冷機(jī)B)制冷,然后通過制冷板式換熱器與雙工況制冷機(jī)(即制冷機(jī)A)制取的低溫乙二醇換熱,繼而進(jìn)入冰槽外融冰,再由冷水循環(huán)泵送入航站樓。目前,在融冰模式下,由于冷卻塔的原因(冷卻塔全部開啟時(shí),近端冷卻塔抽空,遠(yuǎn)端冷卻塔溢水),暫未開啟基載制冷機(jī),此時(shí)冷水暫未經(jīng)過基載制冷機(jī),而是直接通入制冷板式換熱器中,然后進(jìn)入蓄冰槽。3.2冷式機(jī)組的性能測試3.2.1濕球溫度2.5%濕球溫度5.655510.6510.6510.6510.65.10測試時(shí),室外溫度24℃,相對濕度74.2%,濕球溫度20.6℃。制冷站運(yùn)行蓄冰模式,開啟2臺(tái)雙工況制冷機(jī)(即制冷機(jī)A),2臺(tái)乙二醇泵,2臺(tái)冷卻水泵,2臺(tái)冷卻塔。2濕球溫度測試時(shí),室外溫度32.2℃,相對濕度46.3%,濕球溫度23.0℃。制冷站運(yùn)行融冰模式,開啟2臺(tái)雙工況冷機(jī)(即制冷機(jī)A),2臺(tái)乙二醇泵,2臺(tái)冷卻水泵,2臺(tái)冷卻塔。3.2.2制冷機(jī)性能優(yōu)化表2給出了制冷機(jī)測試結(jié)果,由表可見,蒸發(fā)溫度與乙二醇出口溫度的差值以及冷凝溫度與冷卻水出口溫度的差值都約為1℃,制冷機(jī)換熱器性能優(yōu)異,制冷機(jī)的熱力完善度約為0.5。3.2.3蓄冰模式下冰場供冷量計(jì)算表3給出了融冰工況時(shí)制冷站的能耗拆分結(jié)果,制冷站的供冷量由制冷機(jī)供冷和融冰供冷兩部分組成。冷水供/回水溫度為1.9℃/10.6℃,總供冷量為15700kW,其中制冷機(jī)供冷量9200kW,冰槽供冷量6500kW。蓄冰時(shí),雙工況制冷機(jī)的COP為3.9,考慮乙二醇泵、冷卻水泵和冷卻塔電耗,計(jì)算得到蓄冰模式下制冷站EER為2.74。冰槽供冷量除以蓄冰模式下制冷站的EER,得到白天融冰供冷的折算電功率為2372kW,綜合計(jì)算得到,融冰工況下,制冷機(jī)電耗、冰蓄冷折算能耗和泵類設(shè)備的能耗各占總能耗的1/3。制冷站總耗電6161kW,EER為2.55。4討論4.1高溫用戶二級(jí)用戶末端混水泵冷水系統(tǒng)采用直連多級(jí)循環(huán)泵的形式,所有的泵組均為多用一備的形式,變頻方式為單臺(tái)變頻。一級(jí)用戶(低溫用戶)加壓循環(huán)泵的連接示意圖見圖10。泵組直接將空調(diào)總供水加壓供給一級(jí)用戶。通過水泵變頻控制用戶側(cè)供回水壓差,從而控制各用戶流量。二級(jí)用戶(高溫用戶)末端混水泵的連接示意圖見圖11。對于二級(jí)用戶,首先根據(jù)設(shè)定水溫進(jìn)行判斷,若一級(jí)用戶回水溫度低于設(shè)定值,則供水采用空調(diào)一次回水,關(guān)閉一次側(cè)總供水閥門;若一次用戶回水溫度高于設(shè)定值,則供水直接采用一次側(cè)總管供水,關(guān)閉一級(jí)用戶回水閥門。通過調(diào)整三通閥,使供水與用戶側(cè)回水混合后的水溫達(dá)到設(shè)定值。通過水泵變頻控制用戶側(cè)供回水壓差或溫差,從而控制各用戶流量。按設(shè)計(jì)工況,一級(jí)用戶應(yīng)確保10℃的溫差,而二級(jí)用戶應(yīng)確保8℃的溫差,如此總供回水溫差才能達(dá)到18℃。對一級(jí)用戶的自控,系統(tǒng)初調(diào)節(jié)時(shí)各用戶側(cè)設(shè)定合理壓差值,確保用戶側(cè)流量合適,確保10℃的溫差。而對于二級(jí)用戶,關(guān)鍵在于混水閥的自控,通過混水保證供給二級(jí)用戶的冷水溫度為14℃,并在系統(tǒng)初調(diào)節(jié)時(shí)用戶側(cè)設(shè)定合理壓差即可。總之,冷水系統(tǒng)確保大溫差需要靠自控實(shí)現(xiàn)。4.2串聯(lián)表現(xiàn)功能的制冷機(jī)制冷站設(shè)計(jì)為了降低冷水的輸送能耗和提高制冷機(jī)的COP,設(shè)計(jì)采用了大溫差供回水,如果僅用同一蒸發(fā)溫度的制冷機(jī)制冷,蒸發(fā)溫度勢必與供水溫度匹配,導(dǎo)致蒸發(fā)溫度過低,COP過低。為充分利用蓄冷空調(diào)系統(tǒng),T3A航站樓制冷站設(shè)計(jì)采用了能量梯級(jí)利用的串聯(lián)逐級(jí)制冷模式,對冷水回水逐級(jí)降溫,圖12為制冷機(jī)逐級(jí)制冷的示意圖。制冷機(jī)的蒸發(fā)溫度逐級(jí)遞降,可以提高制冷機(jī)組的整體COP。5冷液熱泵站和冷源管之間的匹配T3A航站樓的輻射地板供冷、供熱配合置換式送風(fēng),實(shí)現(xiàn)了高大空間室內(nèi)人員活動(dòng)區(qū)溫濕度分布高度均勻的控制效果,其輻射地板的供冷量達(dá)到了預(yù)期效果,不同的地板材料對輻射盤管的供冷量有影響。帶預(yù)冷的溶液熱泵機(jī)組