淺談直膨式蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)在地鐵車站中的應(yīng)用

安 睿

（合肥市軌道交通集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000）

近年來，城市軌道交通憑借快速便捷、安全運(yùn)量大和運(yùn)輸效率高等特性已成為大中型城市公共交通的重要組成部分。地鐵地下車站作為一類特殊的地下建筑，其客流量大，運(yùn)行設(shè)備多，為了保證其內(nèi)部具有較好的空氣環(huán)境以滿足人員生理和心理需求及設(shè)備正常運(yùn)行所需的條件，需要通過空調(diào)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對地鐵地下車站公共區(qū)及設(shè)備管理用房區(qū)域的空氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行改善，而空調(diào)冷源在整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。目前地鐵車站空調(diào)制冷系統(tǒng)通常采用傳統(tǒng)冷水機(jī)組+冷卻塔形式作為車站空調(diào)冷源，然而由于地鐵線路所經(jīng)過區(qū)域多為市區(qū)繁華路段，冷卻塔的設(shè)置通常受環(huán)評(píng)、征地、拆遷、城市景觀等較多因素制約。為了解決此類問題，地鐵建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位已開始試點(diǎn)應(yīng)用新的空調(diào)冷源形式——直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)來取代地面冷卻塔。直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)作為一種高效節(jié)能的組合設(shè)備，其用蒸發(fā)冷凝器模塊（蒸發(fā)冷凝技術(shù)）替代傳統(tǒng)冷卻塔對空調(diào)冷凝器進(jìn)行散熱，克服地面設(shè)置冷卻塔帶來的不良影響，并采用直膨蒸發(fā)空氣處理設(shè)備（直膨技術(shù)）代替?zhèn)鹘y(tǒng)空氣處理設(shè)備，冷媒直接進(jìn)入空調(diào)末端進(jìn)行熱交換，節(jié)能效果良好，可以有效提高制冷系統(tǒng)綜合能效。基于此，本文通過對直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，與傳統(tǒng)冷水機(jī)組+冷卻塔系統(tǒng)對比，探究直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)在地鐵車站中應(yīng)用中對土建規(guī)模，投資，運(yùn)營管理等方面的影響，為地鐵車站應(yīng)用直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)提供參考[1]。

1 技術(shù)原理

蒸發(fā)冷凝是利用流體沸騰時(shí)的汽化潛熱帶走熱量的一種冷凝方式，充分利用水的汽化潛熱冷卻高溫冷媒。與傳統(tǒng)冷水機(jī)組相比蒸發(fā)冷凝機(jī)組無冷卻水環(huán)節(jié)，減少了冷卻水泵和冷卻水系統(tǒng)的設(shè)置，省去中間換熱環(huán)節(jié)，減少了能耗。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，水泵將冷卻水提升至冷凝管組噴嘴處，冷卻水由噴嘴噴出，并均勻覆著在冷凝排管外形成水膜，同時(shí)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，對冷凝排管進(jìn)行強(qiáng)化換熱，空氣高速掠過冷凝排管，促使排管外水膜加速蒸發(fā)，冷卻降溫，高溫汽態(tài)制冷劑進(jìn)入冷凝排管內(nèi)被冷卻降溫成液態(tài)制冷劑流出，同時(shí)冷凝排管外的水膜一部分吸熱蒸發(fā)，另一部分下落在集水盤內(nèi)，供水泵循環(huán)使用。

直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)中直膨式空調(diào)機(jī)組本身自帶壓縮機(jī)，因其制冷系統(tǒng)中液態(tài)制冷劑在其蒸發(fā)器盤管內(nèi)直接蒸發(fā)（膨脹）實(shí)現(xiàn)對盤管外的空氣（也就是空調(diào)室內(nèi)側(cè)空氣）吸熱而制冷。直膨式技術(shù)省掉了室內(nèi)冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵及冷凍水管路[2]。

直膨式蒸發(fā)冷凝機(jī)組系統(tǒng)由兩部分組成：“蒸發(fā)冷凝式直膨散熱機(jī)組（室外機(jī)）”和“直膨式空氣處理機(jī)組（室內(nèi)機(jī)）”。“直膨式空氣處理機(jī)組”由進(jìn)風(fēng)段、空氣凈化段、壓縮蒸發(fā)段、風(fēng)機(jī)段、消聲段、出風(fēng)段等功能組成，其中壓縮機(jī)可單獨(dú)安裝。制冷劑在“蒸發(fā)冷凝式直膨散熱機(jī)組”完成換熱后，通過制冷劑銅管傳輸至“直膨式空氣處理機(jī)組”內(nèi)供冷，該制冷系統(tǒng)具有系統(tǒng)簡單，高效，穩(wěn)定，可靠等優(yōu)點(diǎn)。

2 設(shè)備布置方案

目前，國內(nèi)直膨式蒸發(fā)式冷凝器布置形式有風(fēng)道布置、機(jī)房布置兩種布置方式。

2.1 風(fēng)道型直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)

在土建條件良好，排風(fēng)道面積足夠，蒸發(fā)冷凝器裝置可完全布置在排風(fēng)道內(nèi)，車站大小端分別設(shè)置；風(fēng)道型蒸發(fā)冷凝器裝置工作時(shí)，利用排熱風(fēng)機(jī)的排風(fēng)對其裝置內(nèi)的蒸發(fā)式冷凝器進(jìn)行降溫冷卻[3]。

2.2 機(jī)房型直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)

通過在車站左右端新排風(fēng)道之間分別設(shè)置蒸發(fā)冷凝機(jī)房，將直膨式蒸發(fā)冷機(jī)組設(shè)置于蒸發(fā)冷凝機(jī)房內(nèi)，通過在機(jī)房與新風(fēng)道，排風(fēng)道的隔墻上設(shè)置風(fēng)閥，依靠直膨式蒸發(fā)冷機(jī)組自帶風(fēng)機(jī)從新風(fēng)道抽風(fēng)，經(jīng)蒸發(fā)冷機(jī)組后向排風(fēng)道排風(fēng)，完成蒸發(fā)冷卻過程[4]。

3 對比分析研究

本文以一個(gè)建筑面積12885m2的地下標(biāo)準(zhǔn)車站為例，分別分析傳統(tǒng)冷水機(jī)組空調(diào)系統(tǒng)和蒸發(fā)冷凝直膨空調(diào)系統(tǒng)對土建的影響、投資、運(yùn)行費(fèi)用、優(yōu)缺點(diǎn)等。

3.1 對車站土建影響對比（見表1）

表1 對車站土建影響對比表

3.2 投資對比（見表2）

表2 制冷空調(diào)系統(tǒng)估算表（萬元）

結(jié)論：傳統(tǒng)冷水空調(diào)系統(tǒng)＜風(fēng)道型蒸發(fā)冷凝直膨空調(diào)系統(tǒng)＜機(jī)房式蒸發(fā)冷凝直膨空調(diào)系統(tǒng)

3.3 運(yùn)行費(fèi)用對比（見表3）

表3 運(yùn)行費(fèi)用對比

結(jié)論：傳統(tǒng)冷水空調(diào)系統(tǒng)＞機(jī)房型直膨蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)＞風(fēng)道型直膨蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)

3.4 直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析

蒸發(fā)冷凝直膨式空調(diào)系統(tǒng)占用機(jī)房面積??；提高蒸發(fā)溫度，減少換熱環(huán)節(jié)，換熱效率大大提高；節(jié)水節(jié)電，能效比高，運(yùn)營費(fèi)用低；避免熱濕空氣降低消聲器的壽命；避免由于泄水不利導(dǎo)致的凍管。最大的優(yōu)勢是能夠解決傳統(tǒng)冷水機(jī)組地面設(shè)置冷卻塔帶來的征地、拆遷、環(huán)評(píng)及城市景觀等問題[5]。

風(fēng)道型蒸發(fā)冷凝直膨空調(diào)系統(tǒng)是利用地下車站排熱風(fēng)機(jī)的排風(fēng)降溫冷卻，排熱風(fēng)機(jī)排風(fēng)來自于地下隧道，空氣質(zhì)量差，粉塵濃度較高，易造成冷凝器的結(jié)垢，清洗維護(hù)頻率較高。

為減少冷凝器結(jié)垢問題，結(jié)合調(diào)研國內(nèi)軌道交通地下車站使用蒸發(fā)冷凝直膨空調(diào)系統(tǒng)的城市經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，機(jī)房型蒸發(fā)冷凝直膨式空調(diào)系統(tǒng)，即在新排風(fēng)道之間設(shè)置機(jī)房，利用引入新風(fēng)對蒸發(fā)冷凝裝置進(jìn)行降溫冷卻，通過優(yōu)化機(jī)組布置方式，保證了冷凝器換熱環(huán)境的空氣質(zhì)量，并通過增加水處理器和在線清洗裝置，解決冷凝器表面結(jié)垢，有利于延長直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)機(jī)組的使用壽命[6-7]。

4 結(jié)語

蒸發(fā)式冷凝空調(diào)機(jī)組具有系統(tǒng)能效高、結(jié)構(gòu)緊湊，控制便捷等優(yōu)點(diǎn)，可以較好的解決地上冷卻塔設(shè)置引起的征地拆遷困難、噪聲、飄水、以及城市景觀等問題，有效減小了地鐵建設(shè)過程中的實(shí)施難度，有效規(guī)避了設(shè)置地上冷卻塔可能產(chǎn)生的社會(huì)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)。