西安咸阳国际机场

西安咸阳国际机场

现在，机场的大型空间建筑通常采用喷口侧流风或旋转流风的混合动力气流组织。夏季不可避免地会有大量冷气，空气过于潮湿。员工活动区的温度分布不均，局部风速过高。因此，节省了很大的输送能力。西安咸阳国际机场是国内首个采用地板辐射供冷、供热和置换通风的机场,由地板辐射盘管承担室内基本冷负荷,空气经溶液式热泵机组处理后由置换式送风末端送出,处理内区的潜热负荷和承担一定量的冷负荷,在人员活动区营造一个温湿度分布均匀的高舒适度环境,而且冷热空气的掺混极少。这种末端形式确定了温度湿度独立控制的系统形式。本文根据西安咸阳国际机场T3A航站楼(以下简称T3A航站楼)空调系统实测数据,介绍了其室内环境控制成效,分析了溶液式热泵机组和辐射地板的运行情况,并对制冷站的整体能效比进行了测算。1末端空调水系统设计T3A航站楼是西安咸阳国际机场二期扩建工程项目之一,航站楼面积约28.0万m2,地上2层、地下1层,地上最大高度37.0m,地下深度8.6m,最大层高(办票大厅)27.0m,属于典型的高大空间建筑。T3A航站楼高大空间采用温度湿度独立控制系统的面积为4.7万m2,其余面积使用常规空调系统。航站楼空调的供冷、供热由室外制冷、换热站集中提供,制冷、换热站距航站楼约1km。为了充分利用当地峰谷电价的差异,空调制冷采用冰蓄冷系统,以节省运行费用。为了减少从制冷站到航站楼的冷水输配能耗,系统实行冷水大温差运行。因此,航站楼末端既有使用低温水的常规空调设备,又有使用高温水的温度湿度独立控制空调设备,如溶液式热泵新风机、地板辐射盘管、干式地板风机盘管和干盘管空调机。冷水系统采用直接供冷的多级泵系统形式,即制冷站设一次和二次循环泵,满足机房内压头和必要的外网扬程。用户侧由于不同的管网阻抗及水温要求,各支路设置了空调末端循环泵,提供末端循环压头。末端空调水系统采用的串联及混水循环系统见图1。根据设计的供水温度的高低,将末端用户分为低温用户和高温用户,即一级用户和二级用户。其中,低温用户设备包括常规空调新风机组、空调机组和湿式风机盘管,新风机组与空调机组的设计总供水温度为3℃,湿式风机盘管的设计供水温度为7℃;高温用户设备包括辐射地板、干式风机盘管和溶液新风机组预冷盘管,辐射地板和干式风机盘管的设计供水温度为14℃,溶液新风机组预冷盘管的设计供水温度为16℃,设计工况下总回水温度为21℃,总供回水温差为18℃。2012年4月航站楼正式启用,笔者于2012年7月对航站楼空调系统进行了全面测试。2混凝土地板温度和关键设备测试2.1温湿度测试结果T3A航站楼主楼2层的办票大厅和南指廊候机大厅采用温度湿度独立控制系统。温度控制方面,用地板辐射盘管承担空调基本冷负荷;湿度控制方面,采用带预冷的溶液热泵新风机组对新风进行除湿降温。在T3A航站楼2楼办票大厅和南指廊的候机大厅布置温湿度测点,对其温湿度进行测量。测试日7月21日10:00时,室外温度为27.8℃。图2,3所示的测试结果表明,主楼办票大厅和南指廊候机大厅的室内温度范围为22~24℃,其中少数室温为24℃的测点位于人流量较大的区域。主楼和南指廊的空气含湿量均在11g/kg左右,测点间含湿量的极差在2g/kg以内,室内空气含湿量分布均匀性好。说明辐射地板盘管配合置换式送风的方式达到了室内人员活动区温湿度分布高度均匀的设计目标。2.2溶液热泵高值排放特性空调系统中的溶液热泵新风机组均是带预冷装置的,机组仅处理新风,先将新风用16℃的高温冷水预冷,再进入溶液除湿机组除湿,稀溶液用新风再生,再生后的高温新风排至室外。溶液热泵新风机组的工作原理图见图4,对应的空气处理过程的焓湿图见图5。对溶液热泵新风机组进行了性能测试。从图6所示的结果可看出,溶液热泵新风机组实测总供冷量为229kW,除湿量为226kg/h。图6c表明预冷量约占总供冷量的15%。溶液除湿机组处理后的新风含湿量约为9g/kg,而室内含湿量为11g/kg,可以承担室内湿源的产湿量。2.3地板辐射盘管西安咸阳国际机场大面积采用地板辐射盘管进行供冷、供热,使用的地板主要为橡胶地板和大理石地板。2.3.1热阻和热阻的计算橡胶和大理石地板对辐射盘管供冷的影响对比见表1。2种地板构造相同,橡胶地板厚5mm,大理石地板厚25mm,虽然厚度相差较多,但热阻相差不多,橡胶地板的热阻为0.21m2·℃/W,大理石地板的热阻为0.1m2·℃/W。当供冷量相同时,辐射地板的表面温度相近,但由于橡胶地板的热阻比大理石地板大,当供冷量为35W/m2时,橡胶地板辐射盘管的供回水平均温度为11.8℃,而大理石地板的供回水平均温度为19.7℃。2.3.2不同浓度的逐时变化利用热流计测量了主楼和南指廊辐射地板的供冷量,其逐时变化见图7。主楼的辐射地板平均供冷量为40W/m2,南指廊的辐射地板平均供冷量为35W/m2,均达到设计要求。2.3.3变质单元的质量控制辐射地板上有座椅遮挡时,一方面太阳光无法直接照射到地板表面,另一方面地板和温度较低的座椅表面换热较多,而和温度较高的围护结构换热减少。导致了辐射地板的供冷量减小,地板温度也较低。在南指廊分别测试了有座位遮挡和无座位遮挡的两处辐射地板的表面温度,图8所示结果显示,有座位遮挡的地板表面比无座位遮挡的表面温度平均低0.7℃。3制冷站测试3.1制冷站的运行模式由于系统冷水大温差运行,制冷站设计为带蓄冰装置的串联逐级制冷系统。其运行模式主要有蓄冰模式和融冰模式。制冷站的系统示意图见图9。3.1.1制冷机冷水泵a双工况制冷机A制取的低温乙二醇送入蓄冰槽中,在盘管外蓄冰。冷水经夜间小负荷制冷机(即制冷机C)制冷后直接通过冷水泵A送入航站楼。当供冷量很小时,可用冷水中蓄存的冷量直接供冷,即冷水不经过制冷机直接通过冷水泵在系统内循环。3.1.2冷机a冷冰回收冷水回水先经过基载制冷机(即制冷机B)制冷,然后通过制冷板式换热器与双工况制冷机(即制冷机A)制取的低温乙二醇换热,继而进入冰槽外融冰,再由冷水循环泵送入航站楼。目前,在融冰模式下,由于冷却塔的原因(冷却塔全部开启时,近端冷却塔抽空,远端冷却塔溢水),暂未开启基载制冷机,此时冷水暂未经过基载制冷机,而是直接通入制冷板式换热器中,然后进入蓄冰槽。3.2冷式机组的性能测试3.2.1湿球温度2.5%湿球温度5.655510.6510.6510.6510.65.10测试时,室外温度24℃,相对湿度74.2%,湿球温度20.6℃。制冷站运行蓄冰模式,开启2台双工况制冷机(即制冷机A),2台乙二醇泵,2台冷却水泵,2台冷却塔。2湿球温度测试时,室外温度32.2℃,相对湿度46.3%,湿球温度23.0℃。制冷站运行融冰模式,开启2台双工况冷机(即制冷机A),2台乙二醇泵,2台冷却水泵,2台冷却塔。3.2.2制冷机性能优化表2给出了制冷机测试结果,由表可见,蒸发温度与乙二醇出口温度的差值以及冷凝温度与冷却水出口温度的差值都约为1℃,制冷机换热器性能优异,制冷机的热力完善度约为0.5。3.2.3蓄冰模式下冰场供冷量计算表3给出了融冰工况时制冷站的能耗拆分结果,制冷站的供冷量由制冷机供冷和融冰供冷两部分组成。冷水供/回水温度为1.9℃/10.6℃,总供冷量为15700kW,其中制冷机供冷量9200kW,冰槽供冷量6500kW。蓄冰时,双工况制冷机的COP为3.9,考虑乙二醇泵、冷却水泵和冷却塔电耗,计算得到蓄冰模式下制冷站EER为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电功率为2372kW,综合计算得到,融冰工况下,制冷机电耗、冰蓄冷折算能耗和泵类设备的能耗各占总能耗的1/3。制冷站总耗电6161kW,EER为2.55。4讨论4.1高温用户二级用户末端混水泵冷水系统采用直连多级循环泵的形式,所有的泵组均为多用一备的形式,变频方式为单台变频。一级用户(低温用户)加压循环泵的连接示意图见图10。泵组直接将空调总供水加压供给一级用户。通过水泵变频控制用户侧供回水压差,从而控制各用户流量。二级用户(高温用户)末端混水泵的连接示意图见图11。对于二级用户,首先根据设定水温进行判断,若一级用户回水温度低于设定值,则供水采用空调一次回水,关闭一次侧总供水阀门;若一次用户回水温度高于设定值,则供水直接采用一次侧总管供水,关闭一级用户回水阀门。通过调整三通阀,使供水与用户侧回水混合后的水温达到设定值。通过水泵变频控制用户侧供回水压差或温差,从而控制各用户流量。按设计工况,一级用户应确保10℃的温差,而二级用户应确保8℃的温差,如此总供回水温差才能达到18℃。对一级用户的自控,系统初调节时各用户侧设定合理压差值,确保用户侧流量合适,确保10℃的温差。而对于二级用户,关键在于混水阀的自控,通过混水保证供给二级用户的冷水温度为14℃,并在系统初调节时用户侧设定合理压差即可。总之,冷水系统确保大温差需要靠自控实现。4.2串联表现功能的制冷机制冷站设计为了降低冷水的输送能耗和提高制冷机的COP,设计采用了大温差供回水,如果仅用同一蒸发温度的制冷机制冷,蒸发温度势必与供水温度匹配,导致蒸发温度过低,COP过低。为充分利用蓄冷空调系统,T3A航站楼制冷站设计采用了能量梯级利用的串联逐级制冷模式,对冷水回水逐级降温,图12为制冷机逐级制冷的示意图。制冷机的蒸发温度逐级递降,可以提高制冷机组的整体COP。5冷液热泵站和冷源管之间的匹配T3A航站楼的辐射地板供冷、供热配合置换式送风,实现了高大空间室内人员活动区温湿度分布高度均匀的控制效果,其辐射地板的供冷量达到了预期效果,不同的地板材料对辐射盘管的供冷量有影响。带预冷的溶液热泵机组