風(fēng)墻型蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)應(yīng)用于地鐵車站的實(shí)例分析

摘 要 本文選取一個(gè)地鐵車站的實(shí)際工程案例，將常規(guī)冷源系統(tǒng)與風(fēng)墻型蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)，從冷源系統(tǒng)設(shè)計(jì)能效和投資回收期兩個(gè)方面去進(jìn)行比較。設(shè)計(jì)工況下蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)的冷源系統(tǒng)設(shè)計(jì)能效較傳統(tǒng)冷源系提高了26%。雖然設(shè)備初投資會(huì)增加16.4%，但由于冷源系統(tǒng)設(shè)計(jì)能效可提高26%，投資回收期不到兩年。文章認(rèn)為蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)在冷卻塔布置有困難的站點(diǎn)，可以作為車站冷源系統(tǒng)的一個(gè)可選的解決方案。

關(guān)鍵詞 地鐵車站；蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)；冷源系統(tǒng)設(shè)計(jì)能效

1 概述

城市軌道交通能緩解城市交通擁堵、提高交通效率，由于具有安全舒適、快速環(huán)保、運(yùn)力大的特點(diǎn)，成為人口密度大的城市解決公共交通問題的首選。然而，隨著社會(huì)的發(fā)展，在追求交通方便的同時(shí)，人們對(duì)于環(huán)境質(zhì)量的要求也逐步提高，對(duì)于風(fēng)亭冷卻塔的設(shè)置位置要求也越來(lái)越苛刻[1]。尤其是冷卻塔，由于民眾對(duì)設(shè)備原理以及相應(yīng)水處理的原理完全不了解，冷卻塔容易引起周邊民眾的反感，甚至有可能引起群體事件。

但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，新的空調(diào)系統(tǒng)冷卻形式不斷涌現(xiàn)，蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)為避免地面設(shè)置冷卻塔提供了一種解決方案。北京地鐵14號(hào)線阜通站采用了風(fēng)道型蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)，并于2015年夏季順利開機(jī)試運(yùn)行。歷經(jīng)三個(gè)供冷季的考驗(yàn)，蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)證明了它能像常規(guī)水系統(tǒng)一樣滿足地鐵車站的供冷需求。

深圳國(guó)際會(huì)展中心市政配套工程服務(wù)于深圳國(guó)際會(huì)展中心，對(duì)于環(huán)境等各方面要求高。鑒于風(fēng)墻型蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)，可不設(shè)置地面冷卻塔，同時(shí)對(duì)于土建規(guī)模要求相對(duì)風(fēng)道型蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)更少，社會(huì)效益和人文和諧效益顯著。為盡快取得蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，選擇在深圳國(guó)際會(huì)展中心市政配套工程的重慶路站采用風(fēng)墻型蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)。

2 風(fēng)墻型蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)冷源系統(tǒng)的對(duì)比分析

重慶路站站大系統(tǒng)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷754kW，小系統(tǒng)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷696kW，總冷負(fù)荷1450kW。冷源空調(diào)系統(tǒng)采用蒸發(fā)冷凝直膨空調(diào)系統(tǒng)，通過(guò)冷媒管系統(tǒng)及壓縮機(jī)、蒸發(fā)冷凝器等設(shè)備為車站提供所需的冷量。各個(gè)空調(diào)系統(tǒng)均單獨(dú)配置冷媒管系統(tǒng)及壓縮機(jī)、蒸發(fā)冷凝器等設(shè)備，A端共4套系統(tǒng)，B端共2套系統(tǒng)。

蒸發(fā)冷凝直膨空調(diào)系統(tǒng)由：風(fēng)墻型蒸發(fā)冷凝設(shè)備、直膨壓縮設(shè)備和直膨型空氣處理設(shè)備三大部分組成[2]。

2.1 風(fēng)墻型蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)設(shè)備選型

車站公共區(qū)空調(diào)系統(tǒng)采用2套冷媒直接膨脹式蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)（壓縮設(shè)備：冷量377kW，功率72kW；蒸發(fā)冷凝器：風(fēng)量50000m3/h，排熱量495kW；噴淋循環(huán)泵流量Q=50m3/h；H=6mH2O，N=1.5kW，風(fēng)機(jī)墻功率N=15.5kW）。

A端27℃的18小時(shí)管理用房采用一套冷媒直接膨脹式蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)（壓縮設(shè)備：冷量66kW，功率13.2kW；蒸發(fā)冷凝器：風(fēng)量8000m3/h，排熱量80kW；噴淋循環(huán)泵流量Q=8m3/h；H=5mH2O，N=0.55kW，風(fēng)機(jī)墻功率N=2.5kW）。

A端27℃的24小時(shí)設(shè)備用房采用一套冷媒直接膨脹式蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)（壓縮設(shè)備：冷量291kW，功率54kW；蒸發(fā)冷凝器：風(fēng)量35000m3/h，排熱量350kW；噴淋循環(huán)泵流量Q=35m3/h；H=5mH2O，N=1.1kW，風(fēng)機(jī)墻功率N=10kW）。

A端36℃的24小時(shí)電氣用房采用一套冷媒直接膨脹式蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)（壓縮設(shè)備：冷量220kW，功率42kW；蒸發(fā)冷凝器：風(fēng)量27000m3/h，排熱量265kW；噴淋循環(huán)泵流量Q=25m3/h；H=5mH2O，N=0.75kW，風(fēng)機(jī)墻功率N=9kW）。

B端27℃的24小時(shí)設(shè)備用房采用采用一套冷媒直接膨脹式蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)（壓縮設(shè)備：冷量119kW，功率23.5kW；蒸發(fā)冷凝器：風(fēng)量15000m3/h，排熱量150kW；噴淋循環(huán)泵流量Q=15m3/h；H=5mH2O，N=0.55kW，風(fēng)機(jī)墻功率N=5kW）。

2.2 冷源系統(tǒng)設(shè)計(jì)能效對(duì)比分析

傳統(tǒng)地鐵車站空調(diào)冷凍水，一般由螺桿式電制冷冷水機(jī)組、冷凍水泵，冷卻水泵，冷卻塔、冷卻水處理裝置等主組成（以下簡(jiǎn)稱傳統(tǒng)方案）。按車站大小系統(tǒng)的負(fù)荷1450kW，A、B端負(fù)荷集中在一端設(shè)置制冷機(jī)房，供應(yīng)車站兩端的大、小系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)備配置詳見下表：

根據(jù)兩種方案的設(shè)備選型，計(jì)算設(shè)計(jì)工況下制冷系統(tǒng)能效情況詳見表2-2。

蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)的主要特點(diǎn)在于：

1）采用制冷劑直接蒸發(fā)式供冷模式，將制冷循環(huán)的四大部件（壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器）布置于地鐵地下空間，通過(guò)系統(tǒng)管路、安全閥件等連接組成制冷循環(huán)，從而將傳統(tǒng)的傳熱過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，省卻了冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷凍水循環(huán)系統(tǒng)。

2）采用與多聯(lián)機(jī)類似的制冷劑直接蒸發(fā)式供冷，減少在蒸發(fā)器內(nèi)冷凍水與制冷劑的換熱，在冷凝器內(nèi)冷卻水與制冷劑的換熱。同時(shí)采用換熱效果更好的蒸發(fā)式冷凝裝置替代了傳統(tǒng)地鐵空調(diào)的冷卻塔和冷凝器，取消了冷卻塔，也提高了系統(tǒng)能效。

由表2-2可以看出設(shè)計(jì)工況下蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)的冷源系統(tǒng)設(shè)計(jì)能效較傳統(tǒng)冷源系提高了26%。

2.3 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比對(duì)比分析

因?yàn)闄C(jī)電系統(tǒng)造價(jià)相對(duì)于土建造價(jià)很低，為避免土建費(fèi)用對(duì)系統(tǒng)比較結(jié)果產(chǎn)生較大偏差，本文在分析初投資時(shí)假設(shè)土建條件同時(shí)能滿足兩種系統(tǒng)的安裝需求。就兩個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備初投資情況列表對(duì)比分析，詳見表2-3。

單從設(shè)備購(gòu)置方面費(fèi)用進(jìn)行比較蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)較傳統(tǒng)冷源系統(tǒng)增加了136萬(wàn)元。但是，蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)因?yàn)闆]有冷卻水和冷凍水系統(tǒng)，系統(tǒng)管道附件以及冷源系統(tǒng)施工的整體費(fèi)用較傳統(tǒng)冷源系統(tǒng)少了76萬(wàn)元?？偟膩?lái)看，蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)較傳統(tǒng)冷源系統(tǒng)造價(jià)多了60萬(wàn)元，設(shè)備初投資增加了16.4%。

蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)較傳統(tǒng)冷源系統(tǒng)每年能節(jié)約35萬(wàn)元的運(yùn)行費(fèi)用，約2年時(shí)間可省下因采用蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)而增加的設(shè)備初投資。集中供冷系統(tǒng)替代分站供冷系統(tǒng)時(shí)，投資回收期也約為2年[3]。因此用經(jīng)濟(jì)性角度，采用蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)替代分站供冷與集中供冷系統(tǒng)相比，可行程度基本一致。

3 結(jié)束語(yǔ)

從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面的簡(jiǎn)單分析結(jié)果來(lái)看，雖然設(shè)備初投資會(huì)增加16.4%，但由于冷源系統(tǒng)設(shè)計(jì)能效可提高26%，投資回收期不到兩年。蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)無(wú)須設(shè)置地面冷卻裝置，在冷卻塔布置有困難的站點(diǎn)，在土建條件也合適的前提下，可以作為車站冷源系統(tǒng)的一個(gè)很好的解決方案。

采用該冷源方案會(huì)導(dǎo)致車站環(huán)控系統(tǒng)的冷源分解為多個(gè)獨(dú)立的小系統(tǒng)，冷源整體安全性有所降低，會(huì)增加設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)的工程量。同時(shí)，在低負(fù)荷工況時(shí)該方案的車站冷源系統(tǒng)整體綜合能效還有待研究。若參考變頻多聯(lián)機(jī)的形式優(yōu)化蒸發(fā)冷凝直膨系統(tǒng)，將能進(jìn)一步提高該系統(tǒng)在整個(gè)空調(diào)季的能效，節(jié)能效果更佳顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳允昌.蒸發(fā)式冷凝機(jī)組在地鐵車站的應(yīng)用分析[J].都市快軌交通，2012，25（4）：119-122.

[2] 黎元龍.蒸發(fā)式冷凝直膨式空調(diào)系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用探索[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015，（19）：1741，1603.

[3] 胡自林.地鐵區(qū)域集中供冷應(yīng)用實(shí)例研究[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016，13（8）：1618-1623.

作者簡(jiǎn)介

蘇蒙，男，職稱：工程師，工作單位：廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司。