淺談地鐵通風(fēng)空調(diào)中蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)的應(yīng)用

呂南南

中電科哈爾濱軌道交通有限公司，中國·黑龍江 哈爾濱 150000

地鐵通風(fēng)空調(diào)；蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)；應(yīng)用

1 引言

現(xiàn)代化建設(shè)進程的加快，對地鐵建設(shè)也提出了更高的要求，只有不斷提升地鐵的安全性與舒適性，才能滿足人們的出行需求。中國各大城市紛紛致力于地鐵建設(shè)，加快了物流速度的同時，能夠緩解公交出行的交通壓力，改善城市交通環(huán)境。通風(fēng)空調(diào)是地鐵中的主要組成部分，對其進行針對性設(shè)計與優(yōu)化，能夠降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，同時保障其良好的通風(fēng)效果。傳統(tǒng)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)冷卻塔的設(shè)置存在一定弊端，不僅會占用大量的建設(shè)用地，而且在運行中會產(chǎn)生較大的能耗，不利于中國節(jié)約型社會的構(gòu)建。而蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)的運用，則能夠簡化空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，增強空調(diào)系統(tǒng)的整體運行性能。為此，應(yīng)該明確其具體應(yīng)用要點，保障地鐵建設(shè)的順利實施。

2 傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的問題分析

風(fēng)冷空調(diào)或者水冷空調(diào)等，在地鐵建設(shè)中的應(yīng)用較多，但是在其長期運行過程中依舊存在諸多問題，難以滿足新時期地鐵建設(shè)工作的實際要求。中央空調(diào)有著較大的占地面積，尤其是必須留出足夠的空間用于地下機房的建設(shè)，不僅會對建設(shè)用地進行擠壓，而且使得地鐵建設(shè)成本持續(xù)升高[1]。在空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成當(dāng)中也存在一定的復(fù)雜性，導(dǎo)致在運行控制方面存在難度，浪費了大量人力、物力和財力。在后續(xù)檢修與維護當(dāng)中，也需要較大的資金支持。與此同時，水冷空調(diào)和風(fēng)冷空調(diào)的運行效率不高，在運行中會產(chǎn)生較大的能耗，在地鐵建設(shè)規(guī)模不斷擴大的趨勢下，不利于中國節(jié)約社會的構(gòu)建。

3 蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)的應(yīng)用情況

3.1 現(xiàn)狀分析

隨著城市化的發(fā)展，地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)計也受到行業(yè)人士的高度重視，蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，能夠解決傳統(tǒng)冷卻塔占地面積過大的問題，在節(jié)省城市建設(shè)用地的同時，能夠為節(jié)能環(huán)保事業(yè)做出貢獻。在20世紀(jì)中期，西方發(fā)達國家最先應(yīng)用蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域較廣。近年來，隨著中國經(jīng)濟水平的提升，蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用也較為常見[2]。在中國廣州、重慶和深圳等地，蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)在地鐵工程當(dāng)中得到運用，能夠為通風(fēng)空調(diào)的設(shè)計提供技術(shù)支持。

3.2 蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)的原理

水和空氣是蒸發(fā)冷凝器中主要的冷卻介質(zhì)，水分隨著溫度的升高而不斷蒸發(fā)，冷凝熱被帶走后能夠起到良好的制冷效果。在冷凝機組的運行過程中，水泵將冷卻水輸送至噴嘴當(dāng)中并在冷凝排管外表面噴灑。空氣能夠?qū)λ芜M行冷卻處理，風(fēng)機對水蒸氣進行排出。

3.3 蒸發(fā)式冷凝機組的優(yōu)勢分析

與水冷式冷凝器和風(fēng)冷式冷凝器相比較，蒸發(fā)式冷凝器的冷凝溫度較低，能夠有效降低運行能耗，起到良好的節(jié)能作用。冷卻水系統(tǒng)不必再應(yīng)用于通風(fēng)空調(diào)當(dāng)中，減少了冷卻塔后能夠有效降低建設(shè)成本。與水冷式冷凝器相比較，其耗水量得到大幅度下降。受到排污損失和吹散損失等因素的影響，蒸發(fā)式冷凝器所需的循環(huán)水量也降低了50%左右。在排風(fēng)風(fēng)道當(dāng)中設(shè)置蒸發(fā)式冷凝器，能夠有效增強車站美觀性，同時節(jié)約建設(shè)用地。融合蒸發(fā)冷凝技術(shù)與蒸發(fā)冷卻技術(shù)，可以對機組的能耗問題進行有效控制。蒸發(fā)式冷凝器的運行效率，由于入口空氣狀態(tài)參數(shù)的變化而得到提高，機組換熱面積也大大降低，因此降低了地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)成本投入。

4 地鐵通風(fēng)空調(diào)中蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)的應(yīng)用措施

4.1 蒸發(fā)式冷凝器與直接蒸發(fā)冷卻器結(jié)合

填料應(yīng)用于蒸發(fā)式冷凝器的進風(fēng)口位置，并將淋水系統(tǒng)應(yīng)用于填料上方位置。室外空氣能夠在填料的作用下實現(xiàn)預(yù)冷，循環(huán)冷卻水溫度和空氣干球溫度得到有效控制。在此過程中，制冷系統(tǒng)冷凝溫度和冷凝壓力明顯降低，蒸發(fā)式冷凝器制冷系統(tǒng)的運行效率得到增強。通過長期檢測實驗可以得知，對比無填料的蒸發(fā)式冷凝器，有填料的蒸發(fā)式冷凝器在各參數(shù)方面都有明顯優(yōu)勢。29.1%-65.9%是其空氣傳熱系數(shù)的提高幅度，33.9%-63.8%是其傳質(zhì)系數(shù)的提高幅度，7.4%-16.5%是其總傳熱系數(shù)的提高幅度[3]。此外，在能效比方面，該蒸發(fā)式冷凝器也能夠提高1-3個百分點。蒸發(fā)式冷凝（冷卻）機組應(yīng)用于通風(fēng)空調(diào)當(dāng)中，應(yīng)該視地面空間情況進行合理布設(shè)。當(dāng)?shù)厣峡臻g較小時，應(yīng)該在地下排風(fēng)道進行布設(shè)，能夠防止對土建結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干擾；當(dāng)?shù)厣峡臻g較大時，可以直接在地面當(dāng)中進行布設(shè)。

4.2 板管-填料復(fù)合式蒸發(fā)式冷凝器與機械制冷的結(jié)合

耦合填料與板管換熱器構(gòu)成蒸發(fā)式冷凝器，填料應(yīng)用于板管換熱器的空隙當(dāng)中，能夠促進換熱面積的提升，循環(huán)水的溫度能夠得到有效控制，增強了整個機組的散熱性能。在機組內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設(shè)置當(dāng)中，采用上下布置的方式，能夠有效節(jié)約占地面積，增強了設(shè)備應(yīng)用的靈活性。避免了設(shè)備用房的建設(shè)，因此能夠降低成本投入。板管-填料復(fù)合式蒸發(fā)式冷凝器與機械制冷一體化冷水機組，主要由循環(huán)水箱、蒸發(fā)器、制冷劑管路、壓縮機、噴嘴、填料、節(jié)流裝置和板管蒸發(fā)式冷凝器等組成[4]。該機組可以設(shè)置于排風(fēng)道與新風(fēng)道之間，也可以應(yīng)用于地面上和機房內(nèi)。

4.3 蒸發(fā)式冷凝器與間接蒸發(fā)冷卻器的結(jié)合

管式間接蒸發(fā)冷卻器應(yīng)用于進風(fēng)口的位置，在對室外空氣進行等濕降溫處理時，主要依賴于管式間接蒸發(fā)冷卻器，能夠有效控制濕球溫度和干球溫度。在蒸發(fā)式冷卻器當(dāng)中，循環(huán)水存在于制冷機盤管表面當(dāng)中，與空氣的熱濕交換能夠帶走熱量。蒸發(fā)式冷凝器的換熱效率得到優(yōu)化，而且增強了整個機組的制冷性能，有利于實現(xiàn)節(jié)能減耗的目標(biāo)。

在地鐵暖通空調(diào)應(yīng)用該機組時，應(yīng)該對間接蒸發(fā)冷卻器的二次排風(fēng)問題加以重視，保障二次排風(fēng)的順暢性。在地鐵送排風(fēng)道內(nèi)應(yīng)用該類型機組，也能增強整個系統(tǒng)的運行效率。在送風(fēng)風(fēng)道當(dāng)中安裝直接膨脹式表冷器和間接蒸發(fā)冷卻器，在地鐵排風(fēng)風(fēng)道安裝蒸發(fā)式冷凝器，為了保障機組的多工況運行，應(yīng)該合理設(shè)置閥門[5]。制冷劑直膨、蒸發(fā)式冷凝器和間接蒸發(fā)冷卻器應(yīng)用于炎熱的夏季，而通風(fēng)模式則應(yīng)用于嚴寒的冬季，空調(diào)模式和通風(fēng)模式可以在春季或者秋季使用。在傳統(tǒng)冷卻塔設(shè)置時存在較大的難度，而蒸發(fā)式冷凝器的使用則有效的避免了此類問題，冷凍水和冷卻水也由于制冷劑直膨和蒸發(fā)式冷凝器的使用而減少，也無需建設(shè)配套的空調(diào)機房，因此能夠有效控制建設(shè)成本。

5 實例分析

5.1 工程概況

中國哈爾濱市軌道交通2號線一期工程位于呼蘭區(qū)、松北區(qū)、道里區(qū)、南崗區(qū)、香坊區(qū)，線路北起江北大學(xué)城站，沿松北大道、中源大道，下穿松花江，沿經(jīng)緯街、頤園街、中山路、珠江路、公濱路敷設(shè)，終至氣象臺站，線路全長28.7 公里，全部為地下線，共有8 座換乘站，與軌道交通1、3、4、5、6、8號線形成換乘。

5.2 系統(tǒng)方案

根據(jù)地鐵車站負荷特點，采用變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)具有很大的節(jié)能潛力。本線排熱風(fēng)機、車站大系統(tǒng)送、排風(fēng)機均采用變頻控制。變風(fēng)量系統(tǒng)系統(tǒng)的基本原理是通過固定送風(fēng)溫度，改變送入房間的風(fēng)量來滿足室內(nèi)變化的負荷。由于通風(fēng)系統(tǒng)大部分時間在部分負荷下運行，所以風(fēng)量的減少帶來了風(fēng)機能耗的降低，提高了設(shè)備和系統(tǒng)的效能。利用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，可實現(xiàn)風(fēng)量的連續(xù)調(diào)節(jié)，能耗下降明顯，而且能夠更好的適應(yīng)車站負荷的變化。此外，還可以采用其他措施實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計的節(jié)能減排。在設(shè)計通風(fēng)系統(tǒng)時，應(yīng)該明確其客流量，加強近期與遠期規(guī)劃。運用保溫棉對冷凍水供回水管道和空調(diào)送風(fēng)管等進行包裹，降低在系統(tǒng)中的能量損失。

5.3 制式選擇

地鐵運能和氣候條件是決定車站通風(fēng)空調(diào)方式的主要因素。同時，通風(fēng)空調(diào)方式要盡可能利用自然資源，降低系統(tǒng)的運行能耗。本工程列車編組為6 節(jié)編組，遠期高峰小時行車對數(shù)為26 對。哈爾濱在目前中國修建地鐵的城市中，緯度最高，冬季寒冷而漫長，夏季短暫而涼爽。根據(jù)氣象資料統(tǒng)計（1984～2003），夏季最熱月平均溫度為 23.1℃，冬季最冷月平均溫度為-18.1℃，年平均溫度為2.5℃，日最高氣溫≥30℃的天數(shù)平均 18天[6]。本線車站大系統(tǒng)送、排風(fēng)機均采用變頻控制。為減小室外冷風(fēng)對公共區(qū)環(huán)境溫度的影響，公共區(qū)通風(fēng)冬季采用電加熱器、熱風(fēng)幕機的設(shè)備，設(shè)備均采用多檔調(diào)節(jié)，以滿足節(jié)能運行的要求。

5.4 環(huán)控節(jié)能

地下車站采用全封閉站臺門式通風(fēng)系統(tǒng)，將車站與區(qū)間隧道分隔開，將列車發(fā)熱量隔斷在區(qū)間內(nèi)，充分利用列車行駛產(chǎn)生的活塞效應(yīng)和活塞風(fēng)井的吐吶作用，排除部分列車產(chǎn)生的余熱余濕，吸入地面的新鮮空氣對區(qū)間隧道進行通風(fēng)換氣，大量減少了車站的負荷；從而有效減小車站的設(shè)備及管路、相關(guān)電氣設(shè)施；并且大大降低了通風(fēng)系統(tǒng)的運行費用。更為重要的是，采用全封閉站臺門式通風(fēng)系統(tǒng)，在哈爾濱的嚴寒冬季，降低了列車運行活塞風(fēng)進出車站出入口帶來的出入口冷風(fēng)滲透影響，對于提高車站內(nèi)環(huán)境，降低出入口熱風(fēng)幕開啟及公共區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)新風(fēng)電加熱的使用頻次有非常重要的積極意義。對于運營人員不能夠經(jīng)常前往，但又不得不設(shè)置通風(fēng)空調(diào)設(shè)施以保證房間換氣次數(shù)及排出余熱等通風(fēng)要求的場所（如本工程中間風(fēng)井內(nèi)的設(shè)備用房），建議設(shè)置溫控風(fēng)機，這樣可避免在氣候涼爽或房間發(fā)熱量不大的情況下通風(fēng)設(shè)備滿負荷運行狀況的發(fā)生，既可節(jié)約電能，又能延長設(shè)備的使用年限。

6 結(jié)語

為了增強地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的運行性能，應(yīng)該將蒸發(fā)式冷凝技術(shù)與蒸發(fā)式冷卻技術(shù)結(jié)合在一起，促進系統(tǒng)運行效率的提升，降低運行能耗，滿足中國節(jié)約型社會的構(gòu)建要求。在設(shè)計過程當(dāng)中，主要是通過蒸發(fā)式冷凝器與直接蒸發(fā)冷卻器結(jié)合、板管-填料復(fù)合式蒸發(fā)式冷凝器與機械制冷的結(jié)合、蒸發(fā)式冷凝器與間接蒸發(fā)冷卻器的結(jié)合的方式，降低機組的占地面積，控制了地鐵建設(shè)的成本。這不僅能夠促進城市化建設(shè)的迅速發(fā)展，而且為中國經(jīng)濟水平的提升奠定了基礎(chǔ)。