烏魯木齊地鐵用直接蒸發(fā)制冷機(jī)組研究及應(yīng)用

徐平

（烏魯木齊城市軌道集團(tuán)有限公司，新疆 烏魯木齊 8390001）

烏魯木齊夏季室外干球溫度高（一般高于35℃以上），濕球溫度低（低于22℃），溫差十分明顯，加上常年降水少、氣候干燥，因此，是最適合使用直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)進(jìn)行制冷和空氣濕度調(diào)節(jié)的地區(qū)之一。隨著軌道交通及城市低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求的提高，直接蒸發(fā)制冷技術(shù)在地鐵尤其是干旱地區(qū)地鐵中的運(yùn)用研究日益受到建設(shè)者的重視。但由于機(jī)組本身高大，布水均勻性不好控制以及在風(fēng)沙大、灰塵多的干旱地區(qū)易堵塞等問題存在，因此，業(yè)界無(wú)法制造滿足各地需要的通用制冷設(shè)備。本文從直接蒸發(fā)制冷機(jī)組實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)著手，進(jìn)行相關(guān)技術(shù)問題分析解決，試制適合地鐵站房環(huán)境需要的直接蒸發(fā)制冷設(shè)備。

1 直接蒸發(fā)制冷機(jī)組實(shí)驗(yàn)

為進(jìn)行有效研究，特建立一模擬地鐵環(huán)境下的氣候小室，在小室相對(duì)應(yīng)位置布設(shè)溫度、濕度、風(fēng)速、流量、風(fēng)阻等測(cè)量點(diǎn)，通過對(duì)不同方案數(shù)據(jù)的測(cè)量、分析，實(shí)現(xiàn)方案的不斷優(yōu)化。

小室主要由殼體、立體布水勻風(fēng)清潔填料、直接蒸發(fā)制冷填料和風(fēng)機(jī)構(gòu)成。殼體上設(shè)置有殼體進(jìn)風(fēng)口和殼體出風(fēng)口；直接蒸發(fā)制冷填料上方設(shè)置制冷布水裝置；立體布水勻風(fēng)清潔填料朝向殼體進(jìn)風(fēng)口的一側(cè)設(shè)置清洗布水裝置。氣候小室具體結(jié)構(gòu)如圖1。

1.1 高大填料均勻布水性、防堵塞研究

（1）進(jìn)風(fēng)面設(shè)置噴淋雨區(qū)。機(jī)組的布水系統(tǒng)全部布置在填料的上部，采用雨區(qū)噴淋+填料區(qū)噴淋的布水方式，將噴淋噴頭設(shè)計(jì)為角度可調(diào)形式，噴嘴的霧化角度小于90°，確保填料頂部噴淋和進(jìn)風(fēng)面?zhèn)让鎳娏芫鶆颉?/p>

圖1 機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖

（2）填料設(shè)置合適的傾斜角度。填料采用具有良好熱工性能和較好親水性的鋁合金材料（總厚度600mm），通過對(duì)填料傾斜安裝方式的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定當(dāng)機(jī)組填料設(shè)置為15°傾斜角度時(shí)（如圖2），風(fēng)的水平力可以正好克服重力的水平分力，可以避免高大填料下端因風(fēng)機(jī)開啟出現(xiàn)的干斑區(qū)問題。同時(shí)，填料傾斜安裝，也能夠較好實(shí)現(xiàn)空氣中部分懸浮物會(huì)被雨區(qū)的水滴帶到水箱，隨著排污排到機(jī)組外，實(shí)現(xiàn)填料的自潔功能。

圖2 進(jìn)風(fēng)面設(shè)置噴淋雨區(qū)

1.2 填料凈化除塵和氣水分離研究

由于烏魯木齊屬于風(fēng)沙地區(qū)，因此，經(jīng)實(shí)驗(yàn)比較，在機(jī)組進(jìn)風(fēng)前段設(shè)置靜電除塵器，較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)粉塵空氣的凈化除塵。為確保氣水分離效果，采取把填料與氣水分離器合在一起的布置方式，同時(shí)，將常規(guī)45°交錯(cuò)角填料根據(jù)區(qū)域不同調(diào)整為15°～60°不同角度，既保證該區(qū)域填料的小阻力要求，又有效擋住空氣中的小水珠，即使形成二次汽化，也能夠有效地實(shí)現(xiàn)氣水分離。

1.3 自控運(yùn)行研究

根據(jù)地鐵運(yùn)行負(fù)荷的高峰期、過渡期等運(yùn)行情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組水泵運(yùn)行變頻機(jī)噴淋開啟的排數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組出風(fēng)溫度的調(diào)節(jié)。所設(shè)計(jì)的控制能夠單獨(dú)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組內(nèi)各設(shè)備及測(cè)量傳感器進(jìn)行控制與監(jiān)視，包括：（1）對(duì)機(jī)組安全水位的檢測(cè)、控制；（2）對(duì)機(jī)組進(jìn)風(fēng)風(fēng)速小于1m/s時(shí)（可根據(jù)風(fēng)機(jī)設(shè)置的最低頻率確定）的檢測(cè)及水泵和風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)控制；（3）每支噴淋水管壓力檢測(cè)、報(bào)警和運(yùn)行監(jiān)測(cè)控制；（4）根據(jù)水質(zhì)檢測(cè)情況自行分析判定循環(huán)水自動(dòng)排放控制；（5）根據(jù)集水池液位檢測(cè)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)水或排水控制。

2 直接蒸發(fā)制冷機(jī)組試制及指標(biāo)測(cè)算

2.1 樣機(jī)簡(jiǎn)介

參照實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬結(jié)果，選擇植物園站制作與建筑結(jié)構(gòu)相匹配的直接蒸發(fā)制冷樣機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括粗效過濾器、電子凈化除塵裝置、消音器、直接蒸發(fā)制冷機(jī)組、控制部分、水凈化處理設(shè)備、送風(fēng)機(jī)等。機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3。樣機(jī)設(shè)計(jì)風(fēng)量110000m3/h，外觀尺寸3800mm×4000mm×48。

圖3 機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 性能指標(biāo)要求

根據(jù)《地鐵用直接蒸發(fā)制冷機(jī)組》（Q/LKH003-2020）新產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，樣機(jī)性能指標(biāo)需滿足：（1）風(fēng)量不小于110000m3/h，斷面風(fēng)速均勻度不小于90%；（2）直接蒸發(fā)效率不小于85%；（3）機(jī)組實(shí)測(cè)耗水量不高于額定耗水量。

2.3 數(shù)據(jù)測(cè)量及計(jì)算驗(yàn)證

（1）風(fēng)量及斷面風(fēng)速均勻度。將填料出風(fēng)面均勻分成64個(gè)小截面，分別測(cè)量64個(gè)區(qū)域風(fēng)速，測(cè)量數(shù)據(jù)如表1。

表1 填料出風(fēng)面風(fēng)速（m/s）

由L=3600·F·V（式中，F(xiàn)為風(fēng)口通風(fēng)面積，㎡；V為測(cè)得的風(fēng)口平均風(fēng)速，m/s）計(jì)算樣機(jī)各截面風(fēng)量，對(duì)各截面風(fēng)量累加，得到樣機(jī)風(fēng)量112000m3/h。根據(jù)各截面梯度值計(jì)算斷面風(fēng)速平均均勻度為96%。

（2）直接蒸發(fā)效率。在室外平均溫度為35.7℃的環(huán)境下，分別在不同時(shí)刻測(cè)量進(jìn)出口空氣干球溫度、進(jìn)風(fēng)口空氣濕球溫度如圖4。

圖4 進(jìn)出風(fēng)溫度

根據(jù)ηdec=(t1-t2)/（t1-ts）（式中，ηdec為直接蒸發(fā)制冷效率；t1為為進(jìn)風(fēng)口空氣干球溫度，℃；t2為為出風(fēng)口空氣干球溫度，℃；Ts為為進(jìn)風(fēng)口空氣濕球溫度，℃），計(jì)算各時(shí)刻蒸發(fā)制冷效率，加權(quán)平均效率為89%。

（3）機(jī)組消耗水量。經(jīng)分析，機(jī)組耗水量由蒸發(fā)量、排污量?jī)刹糠纸M成，即：M=E+B（式中，M為總耗水量，E為蒸發(fā)量，B為排污量），現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量機(jī)組14：00～20：00耗水量，計(jì)算機(jī)組平均耗水量為534.6L/h。

2.4 樣機(jī)試制效果

經(jīng)過對(duì)上述3項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)算，得出植物園站機(jī)組滿足《地鐵用直接蒸發(fā)制冷機(jī)組》（Q/LKH003-2020）新產(chǎn)品各項(xiàng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目是干空氣能蒸發(fā)制冷機(jī)組設(shè)備在軌道交通領(lǐng)域的首次利用，同時(shí)，也是干熱地區(qū)城市軌道交通站房建筑空調(diào)制冷技術(shù)的一次創(chuàng)新，機(jī)組安裝至今，經(jīng)過兩個(gè)夏季的運(yùn)用考核，完全滿足地鐵不同模式下通風(fēng)制冷要求，因此，對(duì)于同類地區(qū)地鐵運(yùn)用直接蒸發(fā)制冷技術(shù)而言，具有一定的借鑒價(jià)值。