地鐵區(qū)域集中供冷應用實例研究

胡自林

(廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東 廣州 510260)

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地鐵區(qū)域集中供冷應用實例研究

胡自林

(廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東 廣州 510260)

以深圳前海自貿區(qū)地鐵設計為工程實例，從項目實際情況出發(fā)，分別進行集中供冷和分站供冷的經(jīng)濟性和技術可行性的比較分析。結果表明：分散供冷和集中供冷均可滿足各車站冷源的需求，但集中設置供冷站可減少對城市環(huán)境的影響，對城市規(guī)劃和管理有利。采用集中供冷方案，約2 a就可回收增加的初投資，且集中供冷總的設備少，后期維護工作量少，便于集中維護管理，具有明顯的經(jīng)濟優(yōu)勢。

地鐵；集中供冷；分站供冷；經(jīng)濟性

1　國內外應用現(xiàn)狀

地鐵車站供冷系統(tǒng)可采用分散設置和集中設置。分站供冷是各站點獨立設置自己的冷水系統(tǒng)，各站的冷凍站只提供本站所需的冷凍水；而集中供冷則是將鄰近幾個站的冷凍或冷卻系統(tǒng)設備集中設置，由集中冷站向各車站提供所需的冷凍水或冷卻水[1-4]。

1)分站供冷：各站的冷水系統(tǒng)完全獨立，使用靈活，管理方便，但每站都必須在地面設置冷卻塔。

2)集中供冷：集中供冷分為集中冷凍式和集中冷卻式。集中冷凍式是將冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)均集中設置于冷凍站中，由冷凍站通過管路集中向各車站輸送所需的冷凍水，各車站不用設置冷凍機房，車站預留與冷凍水干管的接口。集中冷卻式則是僅集中設置冷卻水系統(tǒng)于冷卻站中，冷凍水系統(tǒng)仍分站設置。由冷卻站通過管路集中向各車站輸送所需的冷卻水。集中冷凍、冷卻供冷這兩種集中供冷方案都是集中設置冷卻塔，而不需要每個車站設置冷卻塔。《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(GB50019—2015)第9章冷源與熱源9.1.3部分的規(guī)定“建筑群同時具備下列條件且經(jīng)濟技術比較合理時可設置集中供冷站：整改區(qū)域供冷點相對集中，總冷負荷大時；集中供冷能減少人員崗位設置，方便運行管理時；能滿足冷媒參數(shù)需求，且能適應冷負荷調節(jié)需求時”[1]。

地鐵車站為吸引客流大多設置在人流密集的市中心區(qū)，車站冷卻塔的放置場地選擇往往存在一定的困難。此外，冷卻塔運行會產(chǎn)生一些噪音，對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響，引起市民的投訴。因此，規(guī)劃和環(huán)保部門要求冷卻塔應盡量集中設置，以減小對城市中心區(qū)環(huán)境的影響。目前已經(jīng)運行多年，狀態(tài)良好。目前國內外地鐵雖然大部分地鐵車站采取分站供冷，但一些線路或車站受地面條件制約，采取集中供冷的方案也有不少，如表1[2-9]。

而在國(境)外集中冷站應用情況，有中國香港、開羅地鐵；最近開通的長沙地鐵2號線也采用了集中供冷系統(tǒng)，共設置了景泰廣場集中冷站和芙蓉廣場集中冷站。內地其他城市已開通運營的地鐵線路尚沒有采用此項技術[2-9]。

表1　國內外部分集中冷站統(tǒng)計表

廣州地鐵2號線首期工程在國內首次采用了集中供冷方式。針對在繁華市區(qū)修建地鐵受到規(guī)劃及周邊環(huán)境的制約，每個車站設置制冷冷卻系統(tǒng)對周邊居民及環(huán)境影響較大，而地鐵網(wǎng)絡的不斷發(fā)展，這種矛盾會越來越突出；另外地下車站的熱濕負荷大，空調能耗約占總能耗的35%，而制冷能耗又占空調能耗的1/3的狀況，通過研究要達到環(huán)境保護及節(jié)能目的，根據(jù)當?shù)啬茉唇Y構合理的進行節(jié)能設計，要解決高效制冷機組應用、集中供冷長距離輸送、大溫差節(jié)能、變頻控制、自動調節(jié)及模糊控制、城市熱網(wǎng)余熱回收制冷及蓄冷等技術應用，將各車站分散的制冷機集中起來，集中設置制冷站，實現(xiàn)高效運行。廣州的3，4，5，6和8號線和廣佛線等均“因地制宜”地采用集中冷站，具有較為豐富的設計和運營經(jīng)驗，較好地解決了環(huán)評和用地等問題。合理的供冷系統(tǒng)布置可充分利用線路上已有的“資源”及城市的“綜合能源梯級利用”，例如盾構始發(fā)井、折返線、聯(lián)絡線上明挖區(qū)間等有條件的地方，這也符合現(xiàn)行規(guī)范[1]規(guī)定的。

同時，《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》(GB50736—2012)第8章8.8.3區(qū)域供冷站的設計的部分規(guī)定：區(qū)域供冷站宜位于冷負荷中心，且可根據(jù)需要獨立設置集中供冷的半徑，應經(jīng)技術經(jīng)濟比較確定[10]。

2　技術經(jīng)濟性比較

2.1技術及初投資分析

2.1.1技術方案分析

前海自貿區(qū)屬國家級高強度開發(fā)區(qū)，世界上很多百強企業(yè)大都設置分支機構或辦事處。設計的振海路與臨海路地鐵站相距不足400 m，總平面如圖1所示。

方案1：采用集中供冷時，機房設置在振海路站。振海路至航海路(圖2左側)區(qū)間明挖，形成長265 m，寬12 m的站臺建筑空間，利用率低，可設置較大的冷水機房(需約320 m2)。

在現(xiàn)代社會中風險無處不在，內部審計的首要目標就是找出企業(yè)的特殊風險。再對內部的審計工作進行高層次、高領域的改進管理，從而推動整個內部審計的發(fā)展工作，更加準確地評價內部審計工作的真實程度，并將其作為控制風險的主要職能。因此，建立健全高效的風險管理機制是必不可少的保障措施。

冷卻塔設置在振海路站夢海大道以西綠化帶中，占綠化地面積約為130 m2(冷卻塔尺寸為8.84 m×3.97 m)。同時集中冷站到相鄰車站的冷凍水管走隧道區(qū)間，不影響現(xiàn)有的隧道限界，如圖3，因此技術可行。

方案2：采用分站供冷時，臨海路站設置冷水機房大約120 m2，可通過擴大車站增加建筑面積(負1層站廳外掛冷水機房)。臨海路的冷卻塔可設在地面出入口臨近綠化地帶，占綠化地面積約為80 m2(冷卻塔尺寸為4.68 m×3.67 m)；航海路站可在站臺明挖區(qū)間設置冷水機房，地面有條件設置冷卻塔，因此設置分站供冷技術上也是可行的。

圖1　前海區(qū)域地鐵車站位置圖Fig.1 Qianhai district subway station

圖2　前海自貿區(qū)振海路站負2層冷水機房布置圖Fig.2 Cold water room design of Zhenhai Road Station

圖3　標準區(qū)間斷面冷凍水管示意圖Fig.3 Standard interval profile of chilled water pipe

序號名稱技術參數(shù)數(shù)量功率/kW單價/元總價/元1冷水主機1200kW319764473519342052一次冷凍泵水量:103m3/h;揚程22m37.521798.465395.23二次冷凍泵水量:35m3/h;揚程18m33.720395.761187.14二次冷凍泵水量:70m3/h;揚程40m3921798.465395.25冷卻泵水量:276m3/h;揚程28m33039088.4117265.26冷卻塔水量:442m3/h;315136150.3408450.97閥門管道等1批3200003200008保溫材料1項6900006900009末端費用3412000010總計3781898.6

2.1.2設備初投資分析

1)集中冷站

按照前面的分析，對設備進行合理選型。將冷卻塔和冷水機房集中設置在振海路站，按3臺冷水主機配置(夜間滿負荷運行1臺主機，滿足夜間電氣設備房所需冷量)，增加6臺2次泵，配置如表2。

機組在名義工況下有較高的的性能系數(shù)值(COP值)，COP值全部達到《冷水機組能效限定值及能源效率等級》(GB 19577—2004)中“表3 能源效率等級指標”中1級水平[11-12]。

設計集中冷站，主機容量加大，制冷效率提高，按深圳地鐵設備采用1級能效考慮，制冷效率將提高11%。

表3　能源效率等級指標劃分表

表4　分站供冷設備配置及費用表

注：集中供冷區(qū)間按500 m計算，管道和保溫按集中供冷比分站供冷增加的費用計算。

2)分站供冷

如采用分站供冷，每個車站均設置一套水系統(tǒng)，按2臺冷水機組配置，3站共6臺主機，其配置如表4和圖5。從表2與表4比較得出，集中冷站設備費為378.2萬元，分站供冷設備費約為177.8萬元。因此，集中冷站比分站供冷從設備(含管道)初投資增加來看，增加約為200.4萬元。

3)集中供冷與分站供冷的總投資比較

初投資主要為土建投資和設備投資，集中供冷在振海路站設置冷水機房，可有效利用站臺自然形成空間。如分站供冷，則航海路不需要增加冷水機房面積，在臨海路需增加車站地下空間面積(按120 m2)，按標準1.2萬/m2進行估算比較，如表5。由此得出集中供冷與分站供冷比較，地面建筑造價減少22萬元，地下機房投資造價減少約144萬元，設備投資增加200.4萬元，總投資增加34.4萬元。

綜合土建和設備造價比較后，9號線前海區(qū)地下車站冷源，按集中供冷及分站供冷進行比較，集中供冷土建設備初投資增加費用為34.4萬元。

圖4　分站供冷水系統(tǒng)示意圖Fig.4 Station cooling water system

序號內容單價/元集中供冷分站供冷(3站)面積/m2造價/元面積/m2造價/元分項差價(集中-分站)1地面建筑2000130260000240480000-2200002地下機房12000001202880000-14400003設備投資3781898.61777522.520043764總計3921898.65137522.55總差額344376

表6　集中冷站運行電量及電費表

注：電費按0.76元/kWh，輸送冷量的衰減損失按3%計。

表7　分站冷站運行電量及電費表

注：末端風側阻力按增加4%計算。

2.2運營費用比較

根據(jù)深圳已有線路的運營經(jīng)驗，連續(xù)錄得5 d以上超過20 ℃，公共區(qū)空調系統(tǒng)開啟。車站大系統(tǒng)空調月負荷變化比例按下面采用：3月為59%，4月為70%，5月為81%，6月為94%，7月為100%，8月為94%，9月為89%和10月為71%。按240 d運行計，另有4個月不開啟冷水機組，得出集中供冷的年用電量和電費如表6，按管道保溫損失3%計，得出年運行費用為228.9萬元。表7為分站供冷年運行電量和電費(運行時段和集中供冷相同)。按分站供冷時，末端風側阻力按增加4%計算，標準車站末端總功率約為108 kW，則大溫差末端年運行費用增加3.8萬元。合計年運行費用差為19.7萬元，即分站供冷比集中供冷運營費用高。

3　結論

1)從技術方案上，分散設置冷站即每站設置，集中設置冷站即在振海路設置集中冷站，2種方案都有條件，均可滿足各車站冷源的需求，分散供冷和集中供冷技術方案均可行。但集中設置供冷站可減少對城市環(huán)境的影響，對城市規(guī)劃和管理有利。

2)從經(jīng)濟效益上，初投資方面由于振海路站明挖區(qū)間，可因地制宜設置較大的冷水機房，土建費用減少；同時站間距相對非常短，管路增大投資部分偏低；但集中冷站的設備(含管道保溫)初投資增加；綜合2項費用，集中供冷增加費用為34.4萬元。從系統(tǒng)運營經(jīng)濟性比較得出，雖然集中冷站設置了6臺2次冷凍水泵，但制冷主機效率提高，同時夜間運行更加節(jié)能；因此集中供冷每天可節(jié)省1 899度電，年運行費用節(jié)省19.7萬元。綜合比較：采用集中供冷方案，在2 a內就可回收增加的初投資，是經(jīng)濟性比較好的方案。

3)從運行維護方面，集中供冷1個冷水機房，設備共計18臺；分站供冷共計3個冷水機房，設3套水系統(tǒng)，運行設備24臺。集中供冷總的設備少，維護工作量少，便于集中維護管理；但集中供冷管網(wǎng)較分站供冷復雜，維護工作量稍多。

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Study onapplication of centralized cooling system in metro area

HU Zilin

(Guangzhou Metro Design & Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510260, China)

Taking Shenzhen Qianhai free trade district as an example, this paper conducted comparative analysis between centralized and dispersive cooling supply in terms of economical and technological feasibility. The result shows that both centralized and dispersive cooling supply can satisfy the need of different stations for cooling. But centralized cooling supply can help reduce the bad impact on the environment. It is also good for city planning and administration. The adoption of centralized cooling plan, can recover the original investment within 2 years. Since centralized cooling supply needs less equipments and maintenance, it has distinct economic advantages.

dynamic modulus metro; central cooling; station cooling; economical efficiency

2016-04-12

廣東省教育部產(chǎn)學研結合專項資金資助項目(2012B091100330)

胡自林(1977-)，男，江西萍鄉(xiāng)人，高級工程師，從事地鐵通風空調設計;E-mail:30061417@qq.com

TU831.3

A

1672-7029(2016)08-1618-06