風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)在地鐵改造工程的應(yīng)用

李 沁

(北京地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司機(jī)電公司 北京 100043)

風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)在地鐵改造工程的應(yīng)用

李 沁

(北京地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司機(jī)電公司 北京 100043)

通過對(duì)北京1、2號(hào)線車站的風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的介紹，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，論述在小規(guī)模地下車站使用變頻、變?nèi)萘?、多?lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng);北京地鐵;改造;環(huán)境;變頻變?nèi)萘慷嗦?lián)空調(diào)系統(tǒng)

1 地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)概述

地鐵作為快速、高效、準(zhǔn)確、安全的交通方式，承擔(dān)著大客流運(yùn)輸任務(wù);地鐵設(shè)置通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，為乘客、工作人員以及設(shè)備運(yùn)行創(chuàng)造了適宜的空氣環(huán)境。北京地鐵1、2號(hào)線始建于20世紀(jì)60—70年代，由于受當(dāng)時(shí)的歷史原因、設(shè)計(jì)條件等限制，車站通風(fēng)作用主要是排除洞內(nèi)余熱余濕、滿足人員新鮮空氣的需要，車站沒有空調(diào)系統(tǒng)。隨著人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)地鐵的安全設(shè)施及客運(yùn)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求，而既有的地鐵1、2號(hào)線通風(fēng)系統(tǒng)與這一要求已不適應(yīng)，因此提出對(duì)北京地鐵1、2號(hào)線進(jìn)行改造，新增空調(diào)系統(tǒng)，以滿足地鐵的運(yùn)營(yíng)需要。

近幾年，隨著地鐵的快速發(fā)展和新技術(shù)的不斷應(yīng)用，空調(diào)系統(tǒng)在北京地鐵已成為重要組成部分。北京地鐵自復(fù)八線首次引入空調(diào)系統(tǒng)以來，新開通的地鐵線路主要采用了全空氣集中式空調(diào)系統(tǒng)，即在車站地下設(shè)有冷凍站，提供冷源;在風(fēng)道內(nèi)設(shè)有大型表冷器，集中處理空氣;通過送(排)風(fēng)機(jī)，將空氣經(jīng)由送(回)風(fēng)管輸送分配至車站及房間;在車站地面設(shè)置冷卻塔系統(tǒng)，為制冷機(jī)組提供冷卻水。全空氣系統(tǒng)因其對(duì)室內(nèi)負(fù)荷全部由經(jīng)處理的空氣來負(fù)擔(dān)，所需空氣量多，故風(fēng)機(jī)、制冷機(jī)、空調(diào)機(jī)組等設(shè)備的裝機(jī)容量都相當(dāng)大，需占用較大空間來建造機(jī)房［1］。這種形式在新建車站的設(shè)計(jì)中采用較多，而對(duì)于建設(shè)已久的北京地鐵1、2號(hào)線車站，因受限于地下土建結(jié)構(gòu)形式不可改變的實(shí)際，已沒有地下空間安裝上述系統(tǒng)設(shè)備。為此，設(shè)計(jì)人員基于現(xiàn)有1、2號(hào)線的通風(fēng)系統(tǒng)及車站的土建結(jié)構(gòu)形式，采用了空氣 水風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)［2］，這也是地鐵首次在車站站臺(tái)公共區(qū)安裝風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)。下面結(jié)合北京地鐵1、2號(hào)線空調(diào)改造的工程實(shí)際，介紹風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際效果及存在的問題。

2 風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

2.1.1 空調(diào)水系統(tǒng)

該系統(tǒng)由風(fēng)冷機(jī)組(集成冷凍水泵)、集分水器、水處理裝置、定壓補(bǔ)水系統(tǒng)裝置等組成。

2.1.2 空調(diào)末端裝置

1)車站站臺(tái)公共區(qū)采用風(fēng)機(jī)盤管，設(shè)置在吊頂內(nèi)，分別在車站上下行(或內(nèi)外環(huán))兩側(cè)排列布置。

2)供電設(shè)備用房采用新風(fēng)機(jī)組，新風(fēng)取自站廳(臺(tái))，排至車道(或室外)。

3)管理用房、其他設(shè)備機(jī)房采用明裝風(fēng)機(jī)盤管。

2.1.3 新風(fēng)系統(tǒng)

新風(fēng)由車站出入口進(jìn)入，空調(diào)季公共區(qū)均采用出入口自然新風(fēng)，新風(fēng)不單獨(dú)處理，新風(fēng)負(fù)荷由風(fēng)機(jī)盤管負(fù)擔(dān)。管理用房采用機(jī)械送風(fēng)系統(tǒng)，滿足人員最小新風(fēng)量，通過在墻和走廊上開設(shè)百葉窗來自然排風(fēng)，新風(fēng)負(fù)荷由風(fēng)機(jī)盤管負(fù)擔(dān)［3］。

2.2 系統(tǒng)運(yùn)行

北京地鐵1、2號(hào)線空調(diào)系統(tǒng)于2008年6月30日完工，當(dāng)年即投入運(yùn)行，至2011年已運(yùn)行3年，其間經(jīng)歷了2008年北京奧運(yùn)會(huì)和2009年的建國(guó)60年大慶的考驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行總體效果較好。

2.2.1 空調(diào)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

1)公共區(qū):夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度32℃，相對(duì)濕度65%;夏季空調(diào)室內(nèi)計(jì)算干球溫度30.5℃［3］，相對(duì)濕度范圍45% ～65%［4］。

2)設(shè)備、管理用房:夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度33.2℃，夏季空調(diào)室外計(jì)算濕球溫度26.4℃。

3)管理用房:夏季室內(nèi)計(jì)算干球溫度27℃。

2.2.2 車站空調(diào)主要負(fù)荷

1)公共區(qū):列車運(yùn)行產(chǎn)熱，人員散熱，照明、廣告等設(shè)備產(chǎn)熱，新風(fēng)負(fù)荷。

2)附屬房間:工作人員散熱，供電、AFC、通號(hào)、綜控等專業(yè)設(shè)備產(chǎn)熱。

2.2.3 空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行模式

夏季空調(diào)季是每年的6月1日—10月10日。7:00—22:00，風(fēng)冷機(jī)組2臺(tái)同時(shí)運(yùn)行，公共區(qū)及附屬房間風(fēng)機(jī)盤管、供電機(jī)房新風(fēng)機(jī)組運(yùn)行，車站及區(qū)間主風(fēng)機(jī)關(guān)閉;22:00—次日7:00，公共區(qū)風(fēng)機(jī)盤管停運(yùn)，車站主風(fēng)機(jī)開啟1臺(tái)排風(fēng)運(yùn)行，區(qū)間主風(fēng)機(jī)開啟1臺(tái)送風(fēng)運(yùn)行，風(fēng)冷機(jī)組1臺(tái)運(yùn)行，附屬房間風(fēng)機(jī)盤管及供電機(jī)房的新風(fēng)機(jī)組全日運(yùn)行。

2.2.4 車站實(shí)測(cè)記錄

選取2009年8月14日14:00進(jìn)行實(shí)測(cè)，測(cè)得室外溫度32℃，與設(shè)計(jì)的室外計(jì)算溫度相近，故測(cè)試具有代表性。

選取車站公共區(qū)內(nèi)5處測(cè)點(diǎn):測(cè)點(diǎn)1，一側(cè)站廳中部;測(cè)點(diǎn)2，站臺(tái)車頭;測(cè)點(diǎn)3，站臺(tái)中部;測(cè)點(diǎn)4，站臺(tái)車尾;測(cè)點(diǎn)5，一側(cè)站廳中部。同時(shí)，在上下行選取車頭處、站臺(tái)中、車尾處共6個(gè)風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)口附近的測(cè)點(diǎn)。圖1是站廳層測(cè)點(diǎn)布置，圖2是站臺(tái)層測(cè)點(diǎn)布置，表1列舉了部分車站的實(shí)測(cè)溫度紀(jì)錄。

圖1 站廳層測(cè)點(diǎn)布置

圖2 站臺(tái)層測(cè)點(diǎn)布置

表1 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量監(jiān)控——車站溫度 ℃

2.3 系統(tǒng)維護(hù)

1)每年的4—5月對(duì)1、2號(hào)線全線車站的風(fēng)機(jī)盤管、新風(fēng)機(jī)組進(jìn)行回風(fēng)過濾網(wǎng)清洗、翅片清洗，對(duì)室外風(fēng)冷機(jī)組翅片進(jìn)行清洗。

2)系統(tǒng)注水，檢查系統(tǒng)管路是否完好。

3)系統(tǒng)沖洗，啟動(dòng)冷凍水泵，清洗地面機(jī)組至風(fēng)道內(nèi)集分水器的主管路，清理主管路上的Y型過濾器濾芯，清理風(fēng)冷機(jī)組自帶的過濾器濾芯;清洗集分水器至公共區(qū)、附屬房間的管路，清理風(fēng)機(jī)盤管支管的過濾器濾芯。

4)系統(tǒng)排氣，啟動(dòng)風(fēng)冷機(jī)組，將風(fēng)機(jī)盤管高點(diǎn)排氣閥打開，將地面機(jī)組排氣閥打開排氣，系統(tǒng)補(bǔ)水。

5)系統(tǒng)運(yùn)行，通過車站BAS監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)及故障報(bào)警提示，測(cè)量站內(nèi)溫度、風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)口附近溫度、風(fēng)機(jī)盤管出風(fēng)口風(fēng)速，清掃回風(fēng)口過濾網(wǎng)。

6)10月中旬—11月，空調(diào)停運(yùn)后，系統(tǒng)泄水防寒。將集分水器至地面主管路的水泄盡，將集分水器至公共區(qū)、附屬房間的管路水保留。

3 風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)的問題

3.1 系統(tǒng)問題

3.1.1 地下空間粉塵多

地鐵列車剎車帶來的閘瓦灰［1］、混雜油脂有較強(qiáng)的附著力，且易上浮，車站站臺(tái)公共區(qū)的風(fēng)機(jī)盤管長(zhǎng)期處于此環(huán)境中，在回風(fēng)過濾網(wǎng)上會(huì)聚積較多粉塵，尤其是一些細(xì)小的粉塵會(huì)透過過濾網(wǎng)進(jìn)入翅片內(nèi);在冬季和春季期間，由于風(fēng)機(jī)盤管不運(yùn)行，粉塵會(huì)附著在翅片表面，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)結(jié)成硬殼，增加阻力，造成風(fēng)速下降。因此，在每年風(fēng)機(jī)盤管運(yùn)行前，都需要統(tǒng)一清掃一次。風(fēng)機(jī)盤管清掃前后的運(yùn)行風(fēng)速有較大變化，對(duì)車站的空調(diào)效果影響很大。

3.1.2 風(fēng)機(jī)盤管數(shù)量多

風(fēng)機(jī)盤管是車站的主要空調(diào)末端設(shè)備，全線28個(gè)空調(diào)車站，約1 370余臺(tái)風(fēng)機(jī)盤管，其中以車站公共區(qū)的風(fēng)機(jī)盤管數(shù)量居多。

3.1.3 吊頂內(nèi)空間復(fù)雜

車站公共區(qū)的風(fēng)機(jī)盤管全部安裝在吊頂內(nèi)，吊頂內(nèi)各專業(yè)管線、設(shè)備、支吊架分布密集，作業(yè)空間狹小，增加了風(fēng)機(jī)盤管檢修維護(hù)的難度。

3.1.4 清洗風(fēng)機(jī)盤管換熱翅片難度大

需要拆除回風(fēng)短管，拆卸翅片前的風(fēng)扇等部件，在車站站臺(tái)高空及吊頂狹小空間內(nèi)拆裝作業(yè)難度較大。利用地鐵停運(yùn)后3個(gè)多小時(shí)的有效作業(yè)時(shí)間清掃，一個(gè)車站每天安排20人同時(shí)作業(yè)，需要2～3天才能清完。

3.1.5 清掃風(fēng)機(jī)盤管過濾網(wǎng)次數(shù)多

每站公共區(qū)風(fēng)機(jī)盤管數(shù)量30～40臺(tái)，平均兩周就需清掃一次。

3.2 運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)

車站公共區(qū)設(shè)置風(fēng)機(jī)盤管存在一定的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。車站站臺(tái)是地鐵行車、乘客乘降的區(qū)域，風(fēng)機(jī)盤管處于站臺(tái)邊跨上方，與主管路有較多的連接點(diǎn)，存在漏水隱患，一旦在地鐵運(yùn)營(yíng)期間出現(xiàn)跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，將直接影響到地鐵安全運(yùn)營(yíng)和服務(wù)指標(biāo)。

3.3 氣候影響

地面設(shè)置空調(diào)室外機(jī)組系統(tǒng)，設(shè)備受外界環(huán)境影響大。因設(shè)備暴露在室外，北方冬季寒冷，要做好管路及設(shè)備的防凍工作，如管路要泄盡余水、水泵解體后要將殼內(nèi)殘留的水擦干、電機(jī)部分加上保護(hù)殼等。

4 變頻變?nèi)萘慷嗦?lián)空調(diào)系統(tǒng)的采用

4.1 改進(jìn)方案

1)針對(duì)過濾網(wǎng)問題，建議對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，尋找新的過濾材質(zhì)。過濾網(wǎng)在具有較高效率的同時(shí)，需要滿足《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中的防火等級(jí)要求［5］，同時(shí)還要便于清洗，且使用壽命較長(zhǎng);再有就是初、終阻力要能與風(fēng)盤電機(jī)功率相匹配，以保障風(fēng)盤的出風(fēng)量不降低。

2)在類似的改造項(xiàng)目中，可采用變頻變?nèi)萘慷嗦?lián)空調(diào)系統(tǒng)(varied refrigerant volume，VRV)，這在安裝、運(yùn)行、維護(hù)上有較多優(yōu)勢(shì)。

4.2 使用情況

2004年初，北京地鐵1、2號(hào)線消隱改造工程進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)，VRV在國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于別墅、小型辦公樓酒店等工程中，在大型公共建筑中的應(yīng)用實(shí)例并不多，大多數(shù)廠家室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)之間冷媒管的最大配管長(zhǎng)度在100 m以下。考慮到地鐵車站出入口的通道長(zhǎng)度都較長(zhǎng)，站臺(tái)本身長(zhǎng)度118 m，過長(zhǎng)的距離會(huì)導(dǎo)致VRV系統(tǒng)的冷量衰減過大，因此車站初步設(shè)計(jì)中沒有采用VRV系統(tǒng)。當(dāng)2006年改造項(xiàng)目開始實(shí)施時(shí)，VRV技術(shù)趨于更成熟，室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)之間的冷媒管最大配管長(zhǎng)度可以增加到165 m［6］;在設(shè)計(jì)中選擇了出入口通道較短、附屬用房較少、車站公共區(qū)土建條件苛刻且采用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)更困難的幾個(gè)車站，這也是北京地鐵首次在地下車站采用VRV系統(tǒng)。

其中，某站公共區(qū)VRV的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是以車站站臺(tái)為中心，劃分為東南、東北、西南、西北4個(gè)區(qū)域，4套系統(tǒng)分別為車站的站臺(tái)和附屬房間區(qū)域的供冷。這樣的布置使得冷媒管最遠(yuǎn)長(zhǎng)度(即站臺(tái)最末端室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)距離)約為100 m，其余的為60～70 m，滿足了技術(shù)條件。

4.3 方案比較

對(duì)具有相似規(guī)模的1號(hào)線車站，把風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)與VRV系統(tǒng)做了簡(jiǎn)單的比較。

4.3.1 系統(tǒng)安裝

VRV系統(tǒng)室外機(jī)分散布置在車站的4個(gè)出入口，每處占地約20 m2;風(fēng)冷機(jī)組室外機(jī)房一般布置在風(fēng)亭周圍，每處占地85～100 m2?？梢?，VRV系統(tǒng)室外機(jī)的布置較為靈活。

VRV系統(tǒng)冷媒管的安裝主要是銅管的焊接和彎曲，在小空間和拐彎的地方安裝靈活，比水管安裝省時(shí)省力。特別是VRV系統(tǒng)的供貨、安裝、調(diào)試都是由一個(gè)廠家統(tǒng)一管理，使工期要求短的工程項(xiàng)目能較好實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的室內(nèi)機(jī)自帶提升泵，冷凝水提升可以達(dá)到250～1 000 mm，對(duì)冷凝水主管坡度要求不高。風(fēng)機(jī)盤管的冷凝水管靠重力排水，其安裝受吊頂空間影響較大。

4.3.2 初投資

表2列出了本項(xiàng)目中某VRV系統(tǒng)車站與某風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)車站在初投資方面的應(yīng)用情況，VRV系統(tǒng)比風(fēng)冷機(jī)組約貴10.8%。

表2 風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)與VRV系統(tǒng)的初投資情況

4.3.3 運(yùn)行維護(hù)

VRV系統(tǒng)解決了風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)安裝在地鐵公共區(qū)吊頂內(nèi)的問題，如水管可能發(fā)生跑、冒、滴、漏而影響地鐵的行車安全，存在冬季管道凍裂和水管腐蝕的隱患。此外，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)每年的啟用和停用都需要安排大量的人力、物力進(jìn)行系統(tǒng)的注水及泄水。

VRV系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間短，運(yùn)行平穩(wěn)，少有故障;風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)運(yùn)行與風(fēng)冷機(jī)組的運(yùn)行情況有關(guān)，風(fēng)冷機(jī)組的啟動(dòng)及運(yùn)行受冷凍水影響大，水管路積氣、閥門調(diào)節(jié)不當(dāng)、水過濾器堵塞、水泵故障、補(bǔ)水系統(tǒng)故障等都會(huì)引起水流量不足，導(dǎo)致風(fēng)冷機(jī)組缺水報(bào)警，從而影響機(jī)組的啟動(dòng)和運(yùn)行。

VRV系統(tǒng)夜間運(yùn)行噪聲較低，風(fēng)冷機(jī)組夜間運(yùn)行噪聲較高;VRV系統(tǒng)每年基本沒有維修，風(fēng)冷機(jī)組每年需要維修閥門、管路;VRV系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)都需要清掃室內(nèi)機(jī)過濾網(wǎng)和室外機(jī)換熱翅片。

4.3.4 能耗情況

統(tǒng)計(jì)8月份(28天)每天7:00—21:00的用電量，由表3列出本項(xiàng)目某VRV系統(tǒng)車站與某風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)車站在耗電方面的情況。

表3 風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)與VRV系統(tǒng)的耗電情況

綜上所述，VRV系統(tǒng)雖然初投資費(fèi)用較高，但是具備安裝工期短、布置靈活、啟動(dòng)快、運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠等特點(diǎn)，尤其在運(yùn)行維護(hù)上大大節(jié)省了人工，使得后期維護(hù)成本大大降低。

5 結(jié)語(yǔ)

1)通過3年來的運(yùn)行，從測(cè)量數(shù)據(jù)來看，北京地鐵1、2號(hào)線風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的空調(diào)效果較好，基本滿足了設(shè)計(jì)要求。從使用角度看，設(shè)置在公共區(qū)的風(fēng)機(jī)盤管受地鐵環(huán)境影響較大，容易積塵;相對(duì)于集中空調(diào)能夠集中除塵的特點(diǎn)，風(fēng)機(jī)盤管存在數(shù)量多、個(gè)體清掃檢修難度較大、維護(hù)工作量大的問題。室外機(jī)組暴露在室外，受北方雨雪天氣及粉塵影響大，要做好防腐防凍措施。

2)風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)在北京地鐵1、2號(hào)線的應(yīng)用，是針對(duì)老線車站改造情況下的設(shè)計(jì)，在車站公共區(qū)采用此形式是國(guó)內(nèi)的首次嘗試。這種形式結(jié)合車站結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，克服了系統(tǒng)裝機(jī)容量大和機(jī)房占地等問題，但同時(shí)也帶來了系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)等問題。隨著VRV技術(shù)的發(fā)展，在地鐵的局部地點(diǎn)或者規(guī)模較小的地下車站及改造工程項(xiàng)目中可以采用VRV系統(tǒng)。在大型新建地下車站的空調(diào)設(shè)計(jì)中，還是應(yīng)以全空氣集中式空調(diào)為主，要兼顧地鐵的特殊環(huán)境及氣候特點(diǎn)，并考慮運(yùn)行維護(hù)等諸多方面因素。

［1］李國(guó)慶.城軌交通暗挖車站新型通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)及其應(yīng)用［J］.都市快軌交通，2005，18(3):67-71.

［2］北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司.北京地鐵1、2號(hào)線車輛、設(shè)備消隱改造及AFC系統(tǒng)改造工程總體設(shè)計(jì)［R］.北京，2004:124-138.

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Fan Coil Air Conditioning System Applied in Beijing Metro Renovation Projects

Li Qin
(Mechanical＆ Electrical Company，Beijing Subway Operation Corp.，Beijing 100043)

Abstract:Through introducing the operation and maintenance of fan coil air conditioning systems in stations on Beijing metro Line1 and Line 2 and incorporating the measured data，the paper analyzes existing problems for fan coil air conditioning system in practical application and expounds the advantages of using variable frequency and capacity connected air conditioning system in small-scale underground stations.

Key words:fan coil air conditioning system;Beijing metro;renovation;environment;variable frequency and capacity connected air conditioning system

U231.5

A

1672-6073(2012)02-0083-04

10.3969/j.issn.1672-6073.2012.02.021

收稿日期:2011-08-14

2011-09-16

作者簡(jiǎn)介:李沁，男，大專，工程師，從事地鐵機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行管理與維護(hù)，li472003@sina.com

(編輯:郭 潔)