地鐵車站空調(diào)輸配系統(tǒng)附加冷負(fù)荷分析

胡蜜

摘 要：以夏熱冬冷地區(qū)某地鐵車站為例，通過對(duì)空調(diào)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)和水泵運(yùn)行能耗的分析，并結(jié)合風(fēng)管、水管等管道傳熱特征，研究空調(diào)輸配系統(tǒng)的附加冷負(fù)荷。最后得出，地鐵車站空調(diào)輸配系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)運(yùn)行引起的附加冷負(fù)荷約占空調(diào)總冷負(fù)荷的10%，水泵運(yùn)行引起的附加冷負(fù)荷約占 2%，風(fēng)管及水管因管道傳熱引起的附加冷負(fù)荷約占 1%。此外，基于單位風(fēng)量耗功率的要求提出空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行溫升的限值。

關(guān)鍵詞：地鐵車站;空調(diào)輸配系統(tǒng);附加冷負(fù)荷;單位風(fēng)量耗功率

中圖分類號(hào)：U231.5

地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷由空調(diào)區(qū)負(fù)荷和非空調(diào)區(qū)負(fù)荷2部分組成，其中空調(diào)區(qū)負(fù)荷包括空調(diào)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域內(nèi)的人員散熱、設(shè)備發(fā)熱、滲透風(fēng)傳熱等引起的冷負(fù)荷，非空調(diào)區(qū)負(fù)荷包括新風(fēng)負(fù)荷及風(fēng)機(jī)、水泵、風(fēng)管、水管等輸送系統(tǒng)引起的附加冷負(fù)荷。地鐵車站空調(diào)一般采用全空氣一次回風(fēng)系統(tǒng)，由于車站空間有限，空調(diào)風(fēng)管、水管等管網(wǎng)系統(tǒng)布置緊促，系統(tǒng)輸送所需壓力較大，因此空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備功率較大，由此引起的附加冷負(fù)荷顯著。同時(shí)，風(fēng)管、水管由管道內(nèi)外的溫差傳熱，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生一定的附加冷負(fù)荷。本文主要以夏熱冬冷某市典型地鐵車站為例，分別從設(shè)備運(yùn)行和管道溫差傳熱2方面分析輸送系統(tǒng)的附加冷負(fù)荷。同時(shí)，結(jié)合節(jié)能規(guī)范中的單位風(fēng)量耗功率Ws，分析空調(diào)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)溫升限定值，從而為地鐵車站冷負(fù)荷的計(jì)算和空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)設(shè)備選型提供參考。

1 空調(diào)系統(tǒng)劃分

地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)按照服務(wù)對(duì)象及溫濕度要求一般分為大系統(tǒng)和小系統(tǒng)2類。其中，大系統(tǒng)服務(wù)于車站公共區(qū)，為車站乘客提供過渡性舒適環(huán)境;小系統(tǒng)作用于車站設(shè)備及管理用房，為車站管理用房提供舒適的工作環(huán)境，同時(shí)為車站強(qiáng)弱電等設(shè)備用房提供所需的溫濕度條件。

對(duì)于全封閉站臺(tái)門制式的車站，大系統(tǒng)負(fù)荷占總冷負(fù)荷的60%～80%，小系統(tǒng)負(fù)荷占總冷負(fù)荷的20%～40%。本文所指典型地鐵車站的大系統(tǒng)分布在車站兩端，分別記為大系統(tǒng)A與大系統(tǒng)B。小系統(tǒng)根據(jù)房間屬性及運(yùn)營所需環(huán)境劃分為4套全空氣系統(tǒng)，分別計(jì)為K1、K2、K3和K4系統(tǒng)。其中，K1系統(tǒng)服務(wù)范圍為非設(shè)備集中端設(shè)備用房，K2系統(tǒng)服務(wù)范圍為車站設(shè)備集中端管理用房，K3系統(tǒng)服務(wù)范圍為車站設(shè)備集中端弱電類設(shè)備用房，K4系統(tǒng)服務(wù)范圍為車站設(shè)備集中端變電所用房。該典型地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)劃分及負(fù)荷組成如表1所示，表中冷負(fù)荷占比wi是指該系統(tǒng)冷負(fù)荷Qi占車站總冷負(fù)荷Q的百分比。

2 設(shè)備運(yùn)行附加冷負(fù)荷

2.1 風(fēng)機(jī)運(yùn)行附加冷負(fù)荷

地鐵車站空調(diào)一般采用一次回風(fēng)全空氣系統(tǒng)，并且空調(diào)設(shè)備根據(jù)服務(wù)范圍分別設(shè)置在車站兩端的機(jī)房內(nèi)。該典型地鐵車站公共區(qū)、車站管理類用房及車站設(shè)備類用房空調(diào)系統(tǒng)如圖1所示。

地鐵車站空調(diào)輸配系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)推動(dòng)空氣所做的功最終以熱能的形式轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)冷負(fù)荷。由于地鐵車站送、回排風(fēng)機(jī)的電機(jī)位于輸送系統(tǒng)內(nèi)，因此，風(fēng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的附加冷負(fù)荷可近似看作風(fēng)機(jī)的耗電功率。風(fēng)機(jī)耗電功率可按式（1）計(jì)算：

由圖2可知，典型地鐵車站各空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的總附加冷負(fù)荷率約為10%。并且，K3系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行附加冷負(fù)荷率最高，K4系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行附加冷負(fù)荷率最低。這是因?yàn)槿蹼婎惙块g送風(fēng)溫差較小，一般為8 ℃，空調(diào)系統(tǒng)輸送能耗相對(duì)較大;變電所房間送風(fēng)溫差較大，一般為15 ℃，空調(diào)系統(tǒng)輸送能耗相對(duì)較小。

車站空調(diào)系統(tǒng)中，空調(diào)機(jī)組、回排風(fēng)機(jī)及小新風(fēng)機(jī)等設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的熱量會(huì)引起輸配空氣溫度升高，典型車站空調(diào)系統(tǒng)全過程輸配阻力溫升? t如表3所示。

空調(diào)機(jī)組內(nèi)盤管換熱器、空氣過濾器等設(shè)備阻力較大，空調(diào)機(jī)組所需全壓主要由抵消機(jī)組外風(fēng)管輸配阻力和機(jī)組內(nèi)部輸配阻力2部分組成，空調(diào)機(jī)組內(nèi)部的阻力溫升? tin及外部的阻力溫升? tout如表4所示。

為降低風(fēng)機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行能耗，文獻(xiàn)[2]給出了空調(diào)機(jī)組機(jī)外輸配和通風(fēng)系統(tǒng)全過程輸配單位風(fēng)量耗功率Ws的限定值?？紤]到地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)為一次回風(fēng)系統(tǒng)，因此，地鐵車站內(nèi)對(duì)于風(fēng)量大于10 000 m3 / h的空調(diào)機(jī)組機(jī)外輸配系統(tǒng)、新風(fēng)機(jī)和回排風(fēng)全過程輸配系統(tǒng)，Ws不宜大于0.27。根據(jù)能量守恒定律，空調(diào)機(jī)組機(jī)外輸配和通風(fēng)系統(tǒng)全過程輸配引起的溫升限值按式 （3）計(jì)算：

2.2 水泵運(yùn)行附加冷負(fù)荷

地鐵車站空調(diào)冷凍水系統(tǒng)一般采用冷源側(cè)定流量方式運(yùn)行，即冷凍水泵水量不變。水泵運(yùn)行過程會(huì)產(chǎn)生冷凍水溫升，并且由此形成系統(tǒng)附加冷負(fù)荷。因此，水泵運(yùn)行附加冷負(fù)荷可近似看作水泵的運(yùn)行功率，地鐵車站水泵運(yùn)行功率N按式（4）計(jì)算：

3 管道傳熱附加冷負(fù)荷

3.1 風(fēng)管傳熱附加冷負(fù)荷

地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)送回風(fēng)管主要有鍍鋅鐵皮風(fēng)管外敷保溫層和復(fù)合風(fēng)管2種形式。根據(jù)地鐵車站的防火性能要求，風(fēng)管及其保溫材料應(yīng)采用不燃材料制作，因此鐵皮風(fēng)管外的保溫材料和復(fù)合風(fēng)管中間的保溫材料一般采用離心玻璃棉氈。由于鍍鋅鋼板的傳熱熱阻遠(yuǎn)大于離心玻璃棉氈，因此地鐵車站2種形式的送回風(fēng)管傳熱量差異不大。該典型地鐵車站內(nèi)的風(fēng)管均采用矩形風(fēng)管，風(fēng)管傳熱量按穩(wěn)態(tài)傳熱方法進(jìn)行計(jì)算，各系統(tǒng)的送回風(fēng)管由傳熱引起的附加冷負(fù)荷如表5所示。

由表5可知，由于風(fēng)管外保溫層的熱阻較大，風(fēng)管傳熱附加冷負(fù)荷較小。典型車站空調(diào)系統(tǒng)送回風(fēng)管傳熱總附加冷負(fù)荷為7.55 kW，約占車站空調(diào)系統(tǒng)總冷負(fù)荷的 0.60%。

3.2 水管傳熱附加冷負(fù)荷

地鐵車站空調(diào)冷凍水系統(tǒng)采用7 ℃/12 ℃供回水溫度設(shè)置，冷凍水管一般采用鍍鋅鋼管，外敷離心玻璃棉管殼，且管殼外帶有鋁箔貼面或鋁皮保護(hù)層。由于車站內(nèi)各末端空調(diào)系統(tǒng)所需冷量不同，各系統(tǒng)的供回水管管徑均不同。該典型車站由供水管及回水管傳熱引起的附加冷負(fù)荷如表6所示。

由表6可知，由于離心玻璃棉管殼的保溫性能較好，冷凍水系統(tǒng)的水管傳熱附加冷負(fù)荷小于風(fēng)管傳熱附加冷負(fù)荷。該典型車站的水管傳熱附加冷負(fù)荷約為5.21kW，約占車站空調(diào)系統(tǒng)總冷負(fù)荷的0.40%。

4 結(jié)論

（1）地鐵車站空調(diào)輸配系統(tǒng)中，由風(fēng)機(jī)運(yùn)行引起的附加冷負(fù)荷約占車站總冷負(fù)荷的10.0%，由水泵運(yùn)行引起的附加冷負(fù)荷約占2.0%;風(fēng)管及水管因管道傳熱引起的附加冷負(fù)荷約占 1.0%。

（2）地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)冷負(fù)荷組成中，公共區(qū)的冷負(fù)荷占比較高，風(fēng)機(jī)運(yùn)行附加冷負(fù)荷率較大，因此優(yōu)化車站公共區(qū)空調(diào)系統(tǒng)管線布置，減少管道阻力，能有效降低風(fēng)機(jī)全壓，減少空調(diào)系統(tǒng)的附加冷負(fù)荷。同時(shí)，車站公共區(qū)空調(diào)送回風(fēng)機(jī)利用變頻技術(shù)能顯著降低空調(diào)系統(tǒng)的附加冷負(fù)荷。

（3）基于節(jié)能運(yùn)行要求，當(dāng)?shù)罔F車站空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)量大于10 000 m3 / h時(shí)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行全壓及空調(diào)機(jī)組余壓產(chǎn)生的空氣溫升不宜超過0.802 ℃。

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收稿日期 2020-01-01

責(zé)任編輯 黨選麗