重庆机场长途换乘中心空调系统智慧阀改造

王奕程

摘 要：目的 重庆机场长途换乘中心空调系统智慧阀改造项目，探寻新式设备的节能性能。方法 将原有普通阀门更换为杭州哲达（ZETA）智慧阀门，记录测试数据，并对分析结果进行对照研究。结果 智慧阀门自带控制器DDC内置的压力无关型调节特性曲线（阀门开度VS流量的曲线）所对应的目标控制流量进行实时对比，经过数学模型计算，迅速调整开度以消除流量偏差，实现流量的动态平衡。结论 该智慧阀集成了压力、温度、流量、能量的在线测量功能，它通过应用不同内置程序可实现输配节能控制和流量、能量的按需分配，提高空调系统的输送能效比，通过检测阀门某一开度下的实测流量，避免过流（大流量、小温差），节省水泵整体功耗，实现节能。

关键词：机场 空调系统 改造 智慧阀门

中图分类号：TU83 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（b）-0077-06

2013年底重慶机场需要对新式空调阀门产品进行对比测试，以便为新建的T3航站楼空调及阀门相关设施设备进行招标选型。笔者作为重庆机场甲方代表全程参与了T2A航站楼长途换乘中心空调系统智慧阀改造项目，经过分析业主方及厂家最终选择换乘中心候车厅空调机房为改造试点，理由如下：重庆机场楼宇控制系统（BAS）可监测系统参数，该系统空调箱所控制的区域相对独立，由于该机房距离换乘中心出入口大门仅5 m，同时不在机场隔离控制区内，对机场运营活动影响最小，有利于改造实施，并且几乎不受其他空调机组温控的干扰，便于对局部区域进行传统方案和智慧阀门方案进行温度控制效果、水力平衡效果等的对比分析。

1 项目背景

经过我们现场实地勘查，改造前末端空调箱温控装置采用美国honeywell电动调节阀、温度传感器（送风、回风或房间）和DDC（受楼宇BAS系统控制）、TA压差控制器组成。常规水力平衡温控系统工作原理[1]：DDC采集回风或者房间温度，通过PID计算，输出阀门开度变化；压差控制器感应供回水压差变化，通过机械自力式弹簧膜片的作用力变化调整压差控制器阀芯开度，稳定供回水压差。TA压差控制器在调试时通过外接仪器测量流量，在满足电动调节阀全开时达到设计流量条件时的供回水压差作为压差控制器调整目标，该压差一般以夏季设计流量为目标，由于冬季流量减小很多，因此，设定压差将以流量的平方关系下降更多，冬季必须重新设定压差，否则压差控制器将失去平衡功能，变成不能动作的阻力元件。

2 分析过程

通过多方选型比较及验证，选择了杭州ZETA（浙达） 智慧阀门方案，该方案主要具备以下优势。

（1）集成电动调节阀、平衡阀（动态、静态）、流量计、传感器、控制器等多种产品的组合，若大量采用性价比较高。

（2）以最小阻力实现能量平衡。由于水力平衡、能量平衡功能通过阀门自带DDC控制器内的数学模型和控制程序实现，取消了传统平衡阀高阻力的弹簧、膜片等复杂机械装置，因此，阀门阻力很小，大大减少了水泵能耗。

（3）可实时寻找到系统最不利环路，实现变压差水泵变频运行，降低水泵能耗，提高水系统动态输送能效比。

（4）实现能量计量和水系统数据在线监测，帮助诊断系统运行状况，预判和解决系统运行问题，降低系统运行风险，提高空调系统运行稳定性。根据实际能源消耗统计直接控制阀门的动作，实现26 ℃最低设定温度的节能运行，真正意义上从系统管理的角度实现空调系统节能[2]。

（5）自动实现冬、夏运行模式切换，确保不同季节流量控制的精度。

（6）免费提供给机场使用并提供1年质保，业主不产生使成本并可观察使用节能效果。

2.1 现场照片

改造现场示意图如图1所示

由于该机房距离换乘中心出入口大门仅5 m， 同时不在机场隔离控制区内，对机场运营活动影响最小，有利于改造实施。

2.2 原阀门方案

原阀门方案如图2所示。

2.3 改造目的

原方案压差控制器、静态平衡阀及电动调节阀的组合配置形式存在实时流量无法显示、平衡效果无法检验、无法检验调节特性是否为等百分比理想效果、限流功能差、节能效果不够理想、运行人员缺乏对空调末端运行状况的透明化掌控等问题。

因此，原控制方式还未达到最佳节能控制效果，更换为杭州哲达（ZETA）方案，我们主要为了检测是否智慧阀门是否能实现以下标称功能。

（1）在不同量控制目标下的流量控制精度更优。

（2）对动态流量干扰的屏蔽效果更好。

（3）对不同季节（冬、夏季节）的流量可实现自适应调整。

（4）水泵输配能耗更低，评估节能率。

（5）对能源消耗可实现数据化管理。

3 改造过程

由于是原方案和智慧阀门方案的对比测试，故在改造前，首先需要测试原平衡系统“压差控制器+电动调节阀+静态平衡阀”进行各项功能测试；原控制方式运行时，在供水管的TA静态平衡阀上连接TA平衡调试仪，用于记录实际流量[3]。

3.1 原方案原理图

原方案原理图如图3所示

其中，P1-P2为静态阀阻力，P3～P4为压差控制器阻力，则P1～P4为该空调机组末端输配的总阻力（系统压差）。

3.2 智慧阀门改造

原方案测试完毕后，我们将空调机组停机，关闭供回水手动阀，拆除TA压差控制器的保温材料，卸下压差控制器，用ZETA智慧阀替换原“压差控制器”，通知楼宇控制室（BAS）将hoenywell电动调节阀全开，固定在100%的开度，不允许动作；将电动调节阀的旁通阀全开，固定在100%的开度，不允许动作。打开手动阀通水施压，检查不漏并将管道重新保温；在送、回风风管原测试孔处各安装一支温度传感器，最后试验智慧阀门动作和温度显示正常。

3.3 新方案效果图

新方案效果图如图4所示

智慧阀门控制方式时，记录智慧阀门上自带的液晶显示器所测量的实际流量（或可仍旧由TA平衡调试仪记录流量）；阀门前后压差测量由智慧阀门自身压力传感器测量，供回水压差测量可用TA平衡调试仪。

3.4 新方案原理图

新方案原理图如图5所示

P5～P6为静态阀阻力，P7～P8为智慧阀门阻力，由于静态阀不是需要的，则P6～P8为该空调机组末端输配的总阻力（系统压差）。

4 测试数据

4.1 动态平衡控制

手动调节供回水手动阀开度大小，产生系统压差扰动，测量在控制信号不变情况下的流量变化，系统压差变化幅度应尽可能大，但要符合阀门最小和最大工作压差要求，主要是对压差控制器+静态平衡阀的功能进行评测，判断其是否能够屏蔽系统压力波动对电动调节阀流量的影响[4]，其功能的良好运行直接决定了空调系统的舒适性以及水力平衡设备的控制效果，其测试数据如图6所示。

4.2 等百分比调节特性测试

供回水手动阀全开，给定多点不同的电动阀门控制信号，测量系统流量，绘制曲线。

等百分比调节特性主要反映的是电动调节阀的调节热量输出能力，其功能的良好运行直接决定了控制系统的控制效果，测试结果如图7所示。

4.3 冬夏季模式自动切换

冬夏季模式的切换反映的是平衡输配系统对不同季节的适应能力，其功能直接决定了冬季是否存在平衡效果。

根据经验冬天模式的热水流量为夏季模式的冷冻水流量的50%，我们通知楼宇控制室（BAS）模拟冬季转夏季或夏季转冬季，设定100%阀门全开信号，测量实际控制流量是否符合要求，记录数据如表1所示。

4.4 输配节能测试

输配节能测试主要反映了平衡输配系统对水泵扬程的消耗，其直接决定了水泵功率的消耗；根据空调机组设计流量或原控制方式测试时确定的流量值作为设计值，测量该设计流量下的末端输配总阻力（P6～P8）。并与原控制方式对比节能率，计算方式如式（1）所示。

×100% （1）

改造前，输配系统的流量及P2～P4的压差，如图8和图9所示。

改造后，输配系统的流量及P6（左侧表压）～P8（智慧阀P1）的压差，如图10和图11所示。

输配节能对比如表2所示。

根据空调机组设计流量或原控制方式测试时确定的流量值作为设计值，测量该设计流量下的末端输配总阻力。

5 结语

通过以上對比测试，我们发现杭州哲达（ZETA）智慧阀门在动态平衡控制测试中性能优异，领先压差控制器+电动调节阀+静态平衡阀的方案，具有优异的等百分比调节性能、优异的冬夏季模式切换功能，其能够自动判断冬夏季模式，并自动转换，实现冬夏季模式无需重新调试达到精确控制的目标；消耗扬程小，有效的节约了水泵的功耗。安装调试简单，三合一阀门使得业主方采购成本下降；液晶显示屏信息量大，可显示流量、介质温度、房间温度、阀门压力、压差，做到信息一览无遗，故障判断简单明了，且可视化真正体现楼宇控制系统（BAS）的监控优势；最后厂方免费提供给机场业主进行“零成本”试用并质保，可进一步验证该阀门的可靠性。

参考文献

[1] 中国建筑标准设计研究院编.智能建筑弱电工程设计与施工[M].北京：中国计划出版社，2010：52-78.

[2] 住房与城乡建设部编.智能建筑设计标准[S].北京：中国计划出版社，2015：26-30.

[3] 中国建筑标准设计研究院编.管道阀门选用及安装[M].北京：中国计划出版社，2009：126-150.

[4] 魏立明.智能建筑系统集成与控制技术[M].北京：化学工业出版社，2011：180-195.