徐州地鐵七里溝站蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)應(yīng)用分析

頡 鵬，黃亮亮，周良奎，齊大洪

（徐州市城市軌道交通有限責(zé)任公司，江蘇徐州 221000）

0 引言

徐州地鐵七里溝站為地下二層島式站臺(tái)形式，站后帶雙停車(chē)線，車(chē)站外包總長(zhǎng)459.6 m，站臺(tái)寬度11 m。本站共設(shè)4組風(fēng)亭，1號(hào)和2號(hào)風(fēng)亭為地鐵專(zhuān)用風(fēng)亭，3號(hào)風(fēng)亭為物業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)專(zhuān)用風(fēng)亭，4號(hào)風(fēng)亭為物業(yè)開(kāi)發(fā)風(fēng)亭及車(chē)站活塞事故風(fēng)亭。本站車(chē)站公共區(qū)負(fù)荷680 kW，車(chē)站A端小系統(tǒng)負(fù)荷40 kW，車(chē)站B端小系統(tǒng)負(fù)荷460 kW。

車(chē)站1號(hào)風(fēng)亭上方為規(guī)劃小學(xué)用地，學(xué)校環(huán)評(píng)屬1類(lèi)區(qū)，環(huán)評(píng)要求較高，若冷卻塔設(shè)置在1號(hào)風(fēng)亭附近，遠(yuǎn)離通風(fēng)空調(diào)負(fù)荷中心，輸送能耗較大，不利于后期節(jié)能運(yùn)營(yíng)。2號(hào)風(fēng)亭及6號(hào)安全出口西北方向?yàn)樵诮朗吵?，東北方向?yàn)檗r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，根據(jù)冷卻塔設(shè)置要求可將冷卻塔設(shè)置于2號(hào)風(fēng)亭組北側(cè)車(chē)庫(kù)頂部，但需征得車(chē)庫(kù)產(chǎn)權(quán)單位同意，協(xié)調(diào)工作量較大，且冷卻塔體量較大，影響周邊景觀。3、4號(hào)風(fēng)亭貼紅線設(shè)置，正南方向?yàn)镮類(lèi)住宅小區(qū)，環(huán)評(píng)要求較高，冷卻塔設(shè)置后對(duì)住宅周邊景觀影響較大，且冷卻塔遠(yuǎn)離冷凍機(jī)房，輸送能耗較大，不利于后期節(jié)能運(yùn)行。因此，結(jié)合本站周邊環(huán)境及站型特點(diǎn)，建議采用蒸發(fā)冷凝機(jī)組替代傳統(tǒng)“水冷螺桿冷水機(jī)組+冷卻塔”的形式，解決冷卻塔設(shè)置困難的問(wèn)題。

1 蒸發(fā)冷凝機(jī)組方案

1.1 工作原理

在主要的制冷系統(tǒng)中，蒸發(fā)式冷凝機(jī)是一種換熱設(shè)備。其主要工作原理如下：高溫高壓制冷劑氣體依次通過(guò)制冷系統(tǒng)和冷凝排管，然后通過(guò)熱交換的形式讓高溫高壓制冷劑氣體與冷凝排管外的噴淋水和空氣相結(jié)合；此時(shí)，高溫高壓制冷劑氣體在排管中由上而下逐漸冷凝成液態(tài)制冷劑，配套引風(fēng)機(jī)的超強(qiáng)風(fēng)力可以將噴淋水敷在盤(pán)管的表面，從而達(dá)到換熱效果；最后，噴淋水隨著溫度升高而部分氣化，被配套引風(fēng)機(jī)的超強(qiáng)風(fēng)力帶走了大量熱量，高效脫水器截住熱氣中的水滴與其余吸收了熱量的水，一起被PVC淋水片熱交換層的空氣冷卻，可以通過(guò)循環(huán)水泵繼續(xù)使用，而水位調(diào)節(jié)器會(huì)將蒸發(fā)到空氣中的水補(bǔ)充到位[1-3]。

1.2 運(yùn)行原理

蒸發(fā)冷凝器工作時(shí)，冷卻水由水泵送至冷凝管組上部噴嘴，均勻地噴淋在冷凝排管外表面，形成一層很薄的水膜，高溫汽態(tài)制冷劑由冷凝排管組上部進(jìn)入，被管外的冷卻水吸收熱量冷凝成液體從下部流出，吸收熱量的水一部分蒸發(fā)為水蒸汽，其余落在下部集水盤(pán)內(nèi)，供水泵循環(huán)使用[4-6]。蒸發(fā)式冷凝器運(yùn)行原理如圖1所示。風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫空氣以3～5 m/s的速度掠過(guò)冷凝排管，促使水膜蒸發(fā)，強(qiáng)化冷凝管外放熱，并使吸熱后的水滴在下落的進(jìn)程中被空氣冷卻，蒸發(fā)的水蒸汽隨空氣被風(fēng)機(jī)排出，未被蒸發(fā)的水滴被擋水板阻擋落回水盤(pán)。單位制冷量需要風(fēng)量110～125 m3/h，約為風(fēng)冷冷凝風(fēng)量的1/4。每100 kW冷量循環(huán)水量為10～12 m2/h，相當(dāng)于水冷冷凝所需循環(huán)水量的1/2。冷卻水泵揚(yáng)程約5 m，相當(dāng)于水冷冷凝水泵的1/4[7-8]。

圖1 蒸發(fā)式冷凝器運(yùn)行原理

2 蒸發(fā)冷凝機(jī)組設(shè)置原則

（1）充分利用新、排風(fēng)道之間的開(kāi)挖面積設(shè)置蒸發(fā)冷凝設(shè)備機(jī)房，以減小土建投資。

（2）蒸發(fā)冷凝機(jī)組設(shè)備盡可能靠近負(fù)荷中心，以減小輸送能耗，降低輸送過(guò)程中的冷量損失。

3 蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)設(shè)置方案

3.1 分散設(shè)置方案

（1）方案介紹

車(chē)站兩端各設(shè)置1套獨(dú)立的蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)。每臺(tái)蒸發(fā)冷凝機(jī)組對(duì)應(yīng)設(shè)置電子水處理儀、軟化水裝置、冷凍水泵、強(qiáng)排風(fēng)機(jī)及定壓排氣補(bǔ)水裝置。

車(chē)站A端蒸發(fā)冷凝機(jī)組設(shè)置于新風(fēng)井與排風(fēng)井之間空閑區(qū)域內(nèi)，不設(shè)置獨(dú)立的設(shè)備機(jī)房。蒸發(fā)冷凝機(jī)組采用模塊化冷水機(jī)組。配置1臺(tái)制冷量為380 kW的蒸發(fā)冷凝冷水機(jī)組，機(jī)組冷凝風(fēng)量為45 000 m3/h，機(jī)組額定功率為79.5 kW。A端蒸發(fā)冷凝機(jī)組布置如圖2所示。

圖2 A端蒸發(fā)冷凝機(jī)組布置

車(chē)站B端配置1臺(tái)制冷量為800 kW的蒸發(fā)冷凝冷水機(jī)組，蒸發(fā)冷凝機(jī)組采用模塊化冷水機(jī)組。機(jī)組冷凝風(fēng)量為92 000 m3/h，機(jī)組額定功率為158 kW。蒸發(fā)冷凝機(jī)組設(shè)置于新排風(fēng)道之間，設(shè)置獨(dú)立的蒸發(fā)冷凝機(jī)房。B端蒸發(fā)冷凝機(jī)組布置如圖3所示。

（2）優(yōu)缺點(diǎn)分析

蒸發(fā)冷凝機(jī)組采用分散布置方案時(shí)，兩端新、排風(fēng)井為滿(mǎn)足車(chē)站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)正常通風(fēng)及蒸發(fā)冷凝機(jī)組的排熱、補(bǔ)風(fēng)要求，A端新風(fēng)井面積約12 m2，排風(fēng)井面積約16 m2；B端新風(fēng)井面積約18 m2，排風(fēng)井面積約25 m2。

由于采用分散布置方案時(shí)，冷源靠近負(fù)荷中心，輸送距離較近，車(chē)站冷凍水系統(tǒng)的輸送能耗減小，有利于車(chē)站的節(jié)能運(yùn)行。且采用分散布置方案時(shí)，蒸發(fā)冷凝冷水機(jī)組可調(diào)整為蒸發(fā)冷凝直膨式機(jī)組，由于蒸發(fā)冷凝直膨式機(jī)組能效更高，若采用蒸發(fā)冷凝直膨式機(jī)組，車(chē)站空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果將更為顯著[9]。

圖3 B端蒸發(fā)冷凝機(jī)組布置

3.2 集中設(shè)置方案

（1）方案介紹

車(chē)站負(fù)荷集中端（車(chē)站B端）設(shè)置2臺(tái)蒸發(fā)冷凝機(jī)組。每臺(tái)對(duì)應(yīng)設(shè)置電子水處理儀、軟化水裝置、冷凍水泵、強(qiáng)排風(fēng)機(jī)及定壓排氣補(bǔ)水裝置。

單臺(tái)蒸發(fā)冷凝機(jī)組制冷量為590 kW，機(jī)組冷凝風(fēng)量為68 500 m3/h，機(jī)組額定功率為118 kW。蒸發(fā)冷凝機(jī)組、電子水處理儀，軟化水裝置、冷凍水泵、強(qiáng)排風(fēng)機(jī)及定壓排氣補(bǔ)水裝置集中設(shè)置于B端新、排風(fēng)道之間。機(jī)房布置如圖4所示。

圖4 蒸發(fā)冷凝機(jī)組布置（集中布置）

（2）優(yōu)缺點(diǎn)分析

當(dāng)采用集中布置方案時(shí)，車(chē)站A端新風(fēng)井面積約6 m2、排風(fēng)井面積約12 m2；B端新風(fēng)井面積約20 m2、排風(fēng)井面積約28 m2。相較于分散布置方案而言，風(fēng)亭面積有所增加，加大了土建協(xié)調(diào)難度。

另外，受土建條件限制，在不增加土建規(guī)模的情況下，如將蒸發(fā)冷凝機(jī)組集中布置，為滿(mǎn)足設(shè)備安裝及后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)的要求，蒸發(fā)冷凝機(jī)組無(wú)法設(shè)置于獨(dú)立的蒸發(fā)冷凝機(jī)房?jī)?nèi)，而需設(shè)置于新風(fēng)道內(nèi)。

采用該方案，受蒸發(fā)冷凝直膨式空調(diào)機(jī)組輸送距離限制，車(chē)站A端冷源無(wú)法保證。因此，采用集中設(shè)置方案時(shí)，冷源僅可采用蒸發(fā)冷凝冷水機(jī)組[10]。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）采用蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)，可較好地解決室外冷卻塔設(shè)置存在的環(huán)評(píng)、能耗大、協(xié)調(diào)難度大等問(wèn)題。

（2）在滿(mǎn)足車(chē)站通風(fēng)空調(diào)設(shè)備正常運(yùn)行的前提下，應(yīng)根據(jù)蒸發(fā)冷凝機(jī)組的排熱需求，校核新、排風(fēng)井過(guò)風(fēng)面積，確保新排風(fēng)井面積能滿(mǎn)足要求。

（3）需結(jié)合車(chē)站形式及外部條件，合理選擇蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)方案。為將蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)的節(jié)能效果充分發(fā)揮出來(lái)，當(dāng)條件具備時(shí)，宜優(yōu)先選擇分散式設(shè)置方案。

（4）徐州地區(qū)水質(zhì)鈣鎂離子濃度較高，在蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，容易結(jié)垢。因此，為保障系統(tǒng)正常穩(wěn)定地運(yùn)行，減緩系統(tǒng)能效的衰減，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行凈化處理是本工程的重難點(diǎn)，項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)凈化的管理工作。