冰蓄冷隧道降溫空調(diào)系統(tǒng)在地鐵某區(qū)間的應用

于永波 李朋 趙明珠 瞿楊盛 趙鵬

作者簡介：于永波（1978—），男，本科，高級工程師，研究方向為暖通空調(diào)。

摘要：為了能夠改善地鐵隧道區(qū)間溫度偏高的問題，為提高列車制冷效果打下良好基礎。該文提出了一種冰蓄冷隧道降溫空調(diào)系統(tǒng)，利用夜間地鐵非運營時段的電力容量進行蓄冷，在不增加地鐵站用電容量的同時，通過在隧道區(qū)間設置制冷末端對隧道進行降溫。結(jié)果表明，降溫效果良好，運行一個月可以將隧道日平均溫度降低5.78 ℃，降溫效果良好。

關鍵詞：地鐵隧道溫度 隧道降溫空調(diào)系統(tǒng) 冰蓄冷 活塞風

中圖分類號：U459.1 ?文獻標識碼：A???文章編號：1672-3791（2021）12（b）-0000-00

Abstract： In order to improve the problem of high temperature in subway tunnel and lay a good foundation for improving the cooling effect of train.This paper designs an innovative ice-storage air conditioning system in subway tunnel. Which makes use of the power capacity of subway station during non-operation period at night to store cold water.At the same time， the cooling terminal is set in the tunnel section to cool down the tunnel without increasing the power capacity of subway station. The results show that the cooling effect is good，the daily average temperature of the tunnel can be reduced by 5.78℃ after one month operation.

Key Words： Subway tunnel temperature; Air conditioning system in metro tunnel; Ice-storage air conditioning system; Piston wind

我國地鐵站最早從1971年1月開始試運行，至今已有50余年的時間。據(jù)統(tǒng)計，該地鐵線路在2019年的單日平均客運量超過130萬人次。由于列車長期運行發(fā)熱且地鐵隧道區(qū)間熱量不易排出，近年來隧道區(qū)間溫度偏高，造成隧道區(qū)間溫度偏高，列車空調(diào)制冷效果較差，嚴重時會導致列車空調(diào)停機，影響乘客舒適度。

在綜合考慮制冷容量、設備布置方式及現(xiàn)場實際情況后，該文提出了一種冰蓄冷隧道降溫空調(diào)系統(tǒng)，利用夜間地鐵不運營時的電力容量進行蓄冰，并在日間地鐵車輛運行時通過安裝在隧道區(qū)間內(nèi)的制冷末端進行釋冷，從而在有限電力用量的條件下，對隧道區(qū)間進行降溫[1-2]。

該文所提出的冰蓄冷隧道降溫空調(diào)系統(tǒng)較傳統(tǒng)的通過通風系統(tǒng)進行隧道降溫的方案具有單位能耗下降溫效率高、降溫效果顯著且充分利用夜間冗余電量的特點。

1項目背景及區(qū)間隧道熱環(huán)境現(xiàn)狀

為研究地鐵區(qū)間實際溫度情況，該文采用德國TESTO-480多功能測試儀對某站臺端部溫度進行了測量，溫度測試結(jié)果如下。

根據(jù)圖1測試結(jié)果可以看出，空調(diào)季隧道內(nèi)溫度大部分時間高于35 ℃，部分時段溫度高于40 ℃。測試數(shù)據(jù)真實地反映了夏季各車站及隧道溫度受列車運行影響且整體溫度水平偏高的情況[3]。

2 降溫方案的確定

2.1 車站原制冷系統(tǒng)

該文所研究地鐵站的通風空調(diào)系統(tǒng)采用的是站臺設置半高式站臺門的制式。在車站新風道設置新風機和小新風機，在排風道設置排風機和排煙風機承擔通風功能。經(jīng)過2003年通風空調(diào)改造，車站設置了風冷機組為車站公共區(qū)和設備區(qū)供冷，空調(diào)末端采用風機盤管[4]。

經(jīng)過現(xiàn)場踏勘，車站原設有2臺制冷量為320kW的風冷冷水機組（Q=320 kW，N=100.55 kW），末端采用風機盤管為公共區(qū)和設備區(qū)制冷。

2.2 方案簡介

根據(jù)設計原則及目標，提高原空調(diào)系統(tǒng)供冷量的主要手段為。

2.2.1 設置高效的制冷設備

2.2.2 加大換熱溫差，提高末端換熱效率

2.2.3 利用非運行時段的冗余電力條件進行蓄冷

該文所研究地鐵站的運營時間較長，運行時間用電基本飽和，需利用非運營時段的電力進行蓄冷。較為常見的蓄冷方式為冰蓄冷，針對此項目適用[5]。我國現(xiàn)行國家標準、設備能力在運行冰蓄冷工況時一般為正常工況能力的65%。

該工程設置2臺蒸發(fā)冷凝型雙工況主機，其中一臺車站主機LJ/1，在線路停運后替代原系統(tǒng)主機繼續(xù)制冷，另一臺區(qū)間主機LJ/2為區(qū)間降溫提供冷源。

兩臺主機共用一個蓄冰罐XB/1，蓄冰罐融冰制冷也為區(qū)間降溫提供冷源。融冰供冷系統(tǒng)設置冷水增壓泵;LJ/1利用原系統(tǒng)的冷凍水循環(huán)泵（經(jīng)校核滿足系統(tǒng)使用要求）;LJ/2主機配套設置一臺循環(huán)水泵LD/2;針對區(qū)間供冷的水系統(tǒng)獨立設置一套軟化水裝置、一臺旁流過濾設備、一套水系統(tǒng)定壓補水設備。

2.3 設計計算

根據(jù)該文所研究地鐵站的現(xiàn)有的用地、用電、管線空間等進行反算特別是車站外電源受限的前提條件，結(jié)合室內(nèi)外設計參數(shù)，計算可提供的最大冷量。

2.3.1 室外計算參數(shù)

區(qū)間隧道降溫的室外環(huán)境為隧道內(nèi)環(huán)境參數(shù)，經(jīng)過現(xiàn)場測試及對測試結(jié)果的分析，室外環(huán)境溫度取測試期間早晚高峰之間時間段（07：00～19：00）的平均溫度，濕度取平均濕度。室外干球溫度41.5 ℃，相對濕度22%。

2.3.2 室內(nèi)設計參數(shù)

根據(jù)該示范工程目標，取降溫目標取2 ℃。室內(nèi)設計參數(shù)為：室內(nèi)干球溫度39.5 ℃，相對濕度40%。

2.3.3 主機選型

計算公式：L正常（kW）=N（kW）×COP

其中：L正常—主機制冷能力（kW）;

N—可用電力負荷（kW）;

COP—制冷系統(tǒng)COP;

經(jīng)過調(diào)研：其中N≈120，COP≈3.5;得出L≈420kW。

通過現(xiàn)場踏勘，區(qū)間末端設置位置、通風空調(diào)系統(tǒng)形式等;通過軟件按測試風速進行模擬，區(qū)間制冷量有一部分會通過列車帶至車站，帶入車站的部分與滯留在區(qū)間的部分比例約為3：5，故現(xiàn)階段建議將冷量分配原則定為3：5，即車站主機157kW，區(qū)間主機253kW，經(jīng)過選型定為：車站主機LJ/1：155kW，區(qū)間主機LJ/2：255kW[6]。

2.3.4 蓄冷計算

蓄冷能力計算公式：L蓄冰（kW）= L正常（kW）×I

其中：L正常—主機正常制冷能力（kW）;

L蓄冰—主機蓄冰制冷能力（kW）;

I—蓄冰工況系數(shù)，一般取0.65;

可以得出L蓄冰≈255×0.65=165kW;

必要時，車站的主機也可以執(zhí)行蓄冰工況，此時L蓄冰≈410×0.65=266kW。

經(jīng)過與地鐵機電運營公司交流，每天可蓄冰的時間約為6.5h。

日蓄冷量計算：Q蓄冷=T×L蓄冰

（1）僅區(qū)間主機蓄冷：Q蓄冷≈1072kW·h;（最不利蓄冷量）

（2）兩臺主機均蓄冷：Q蓄冷≈1729kW·h;（最大蓄冷量）

蓄冰罐的選擇：據(jù)上，選擇滿足最大能力的蓄冰罐經(jīng)過選型選擇600RT·H的蓄冰罐。

采用方案后最大制冷能力：原有一臺風冷主機320kW、新增車站制冷主機155kW、新增區(qū)間制冷主機255kW，兩臺新增主機均蓄冷分配到小時能力（按日間制冷運營16h）108kW，總和為 320+155+255+108=838kW[7]（如見表1）。

3 運行結(jié)果分析

該隧道降溫空調(diào)系統(tǒng)對地鐵某區(qū)間隧道進行了一個月的降溫。未運行時隧道溫度變化，在一天的時間內(nèi)，隧道溫度存在波動，但是沒有顯著的溫度下降趨勢。在隧道降溫空調(diào)系統(tǒng)運行的一個月的時間內(nèi)，隧道溫度存在明顯的下降趨勢，日平均溫度從9月28日的30.06 ℃下降到24.28 ℃，降低5.78 ℃降溫效果良好[8]。

4 結(jié)論

（1）該文提出的冰蓄冷隧道降溫空調(diào)系統(tǒng)可以較好地對隧道溫度就行降低，可以較好地解決區(qū)間隧道溫度偏高的問題。

（2）對于線路建設年代較久，建設時預留的電源容量有限的地鐵車站，可以利用夜間電力容量進行蓄冰，并在日間進行釋冷，在保證隧道降溫冷量的同時，還可以利用夜間城市電網(wǎng)“谷電”電價，降低使用成本的同時，對平抑城市用電曲線也有一定幫助。

參考文獻

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