摘要：本文对地铁车站应用室内型冷却设备的工程案例进行了介绍，内容有工程背景、设备参数、详细设计介绍、使用情况及优缺点分析等。
关键词：地铁车站、冷却塔、蒸发式冷凝器
1 概述
地铁车站空调系统的冷却设备一般采用室外安装的冷却塔，其冷却效果好，技术成熟，是应用最为普遍的冷却设备，但其安装需要有一定的进出风条件和场地面积，且使用时会产生噪声和水汽，对周边环境存在一定影响，因此，位于城市中心或敏感地点的地铁车站，其冷却塔选址十分困难，且经常有巨大的协调工作，在这种情况下，室内型的冷却设备有着特殊的优势，可以提供完善的解决方案。本文结合实际案例，介绍地铁车站中室内型冷却设备的工程应用。
2 室内型冷却设备简介
本文介绍的室内冷却设备主要有室内型冷却塔和室内型蒸发式冷凝器两种，具体分述如下：
2.1 室内型冷却塔
室内型冷却塔的工作原理与室外冷却塔基本一致：将循环水喷淋到塔内的填料上，通过填料内巨大的接触面，使水与空气重复接触，从而达到换热效果。室内型与室外型的不同之处在于室内型冷却塔针对比较恶劣的通风条件特别加强了进风和排风，且根据不同的室内安装场所，需配套一些进风或排风风机等。
2.2 室内型蒸发式冷凝器
蒸发式冷凝器的作用原理是：制冷系统中压缩机排出的过热高压制冷剂气体经过蒸发式冷凝器中的冷凝排管，使高温气态的制冷剂与排管外的喷淋水和空气进行热交换。即气态制冷剂由上口进入排管后自上而下逐渐被冷凝为液态制冷剂。配套引风机的超强风力使喷淋水完全均匀地覆盖在盘管表面，水借风势，极大的提高了换热效果。温度升高的喷淋水由部分变为气态，利用水的汽化潜热由风势带走大量的热量，热气中的水滴被高效脱水器截住，与其余吸收了热量的水，散落到PVC淋水片热交换层中，被流过的空气冷却，温度降低，进入水箱，再经循环水泵继续循环。蒸发到空气中的水分由水位调节器自动补充。
蒸发式冷凝器集冷水机组、冷却塔、循环泵等功能为一体，可大大减少设备数量和安装空间。
3 工程应用
3.1 风道内设置室内型冷却塔
北京地铁昌平线十三陵景区站周边有村民住宅等敏感点，对夜间噪声较为敏感，但该站服务设备区的冷却塔夜间也需运行，因此室外型冷却塔选址十分困难，后经方案比选，确定采用室内型冷却塔，将该设备设置在地下一层的排风井内。3.1.1 室内型冷却塔型号及参数
室内型冷却塔为侧进顶出风横流式冷却塔，设备参数：冷却水流量150m3/h，进水温度37℃，出水温度32℃，湿球温度28℃，风量95000m3/h，功率18.5kW。设备尺寸：长×宽×高=2.85×3.99×4.95m。设备运行重量4780kg。
3.1.2 工程布置
冷却塔在风道内的具体布置如下图：
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图3.1.2 1风道内冷却塔平面布置图
由平面布置图可以看到，室内型冷却塔布置在地下一层的排风亭内，然后在新风井和排风井的侧墙上安装了1台引风风机，向冷却塔的进风面引入新风，经过热交换后的排风通过冷却塔顶部的风机排出，与车站的排风一起由排风亭排至室外。另外，由于风井增加了冷却塔的进风量和排风量，该站的新风井和排风井的面积在原有基础上又扩大了约20%，以确保有足够的风量。
3.1.3 使用情况及优缺点分析
目前该套室内型冷却塔已投入运行5年左右，运行情况良好，可稳定满足冷水机组的换热要求，且设备位于地下，其运行噪音经风井的消声百叶处理后，可达到环保要求，较好地解决了晚间噪音扰民的问题。
但风道内冷却塔的进排风条件比室外恶劣，需配套引风风机（30kW），同时冷却塔顶部的排风风机也需要加强，其功率达到18.5kW，远大于同样流量下室外型冷却塔的风机功率（约5.5kW）。对比室外方案，总共增加了43kW左右的用电负荷，能耗较高。
关于工程投资，室内型冷却塔方案比室外方案增加约65万。
3.2 房屋内设置室内型式冷却塔
上海市地铁11号线交通大学站位于城市中心，周边景观要求高，且对噪声控制也有较高要求，室外冷却塔选址十分困难，经详细分析后，确定结合出入口建设8m左右高度的设备用房，将冷却塔设置在室内，以解决景观和噪声问题。3.2.1 室内型冷却塔设备参数
该车站一共设置了3台室内型冷却塔。2台服务车站公共区空调系统，设备参数为：冷却水流量300m3/h，进水温度37℃，出水温度32℃，湿球温度28℃，功率45kW，设备尺寸：长×宽×高=3.6×3.7×3.95m，设备运行重量7763kg。1台服务车站设备区空调系统的冷却塔参数为：冷却水流量175m3/h，进水温度37℃，出水温度32℃，湿球温度28℃，功率18.5kW，设备尺寸：长×宽×高=3.6×4.7×4.93m，设备运行重量6896kg。
3.2.2 工程布置
该站室内型冷却塔布置方式详见图3.2.2-1及图3.2.2-2.
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图3.2.2 1交大站冷却塔平面布置图
图3.2.2 2交大站冷却塔立面图
交大站布置的3台室内型冷却塔的设备用房尺寸为16×5.61m，约90m2，实际占地面积与室外安装冷却塔比较接近。
该站冷却塔的进出风形式如图3.2.2-2所示，冷却塔下部通过进风百叶单侧进风，顶部风机强制排风，通过风道及出风百叶后引至室外。
3.2.3 使用情况及优缺点分析
交大站于2009年底投入运营，多年实际运行情况表明，室内型冷却塔可满足冷水机组的冷却需求，且设备安装在室内，大大降低了景观影响，美化了市容。总体而言，该方案较好地解决了冷却功能和景观的问题。
该站室内型冷却塔由于通风条件较为恶劣，因此强化了自身的风机，导致其用电功率大，3台塔合计为108.5kW，比同样流量的室外型塔高了约80kW，能耗较高。
此外，虽然建筑墙体能在一定程度上降低冷却塔的噪声分贝值，但该站室内型冷却塔的运行噪声还是无法满足夜间的噪声控制要求，引起附近居民小区的投诉，后来该站设备区的空调系统增加了VRV系统，从而避免了夜间运行冷却塔，这才解决了夜间噪音问题。
对比室外冷却塔，交大站采用3台室内型冷却塔增加设备投资约150万。
3.3 风道内设置蒸发式冷凝器
上海地铁13号线武宁路站在建设初期考虑采用室外冷却塔，但在项目推进过程中发现冷却塔设置位置影响武宁路桥城市景观，且冷却塔漂水影响大众河滨城裙房的营业，因此转向研究地下设置冷却设备的形式，经综合比选后，该站采用了在地下风道内设置蒸发式冷凝器的方案。
3.3.1 蒸发式冷凝器设备参数
武宁路站设置了3套蒸发式冷凝器，设备参数：制冷量780kW，功率164kW，冷凝排风量13.2万m3/h；同时为确保通风条件，同步配套设置了3台37kW的排风风机，1台22kW的补风机。此外，为最大程度减少冷却管组表面水膜结垢现象，补水系统上配置了全自动软水器，对市政给水进行去除钙镁离子的处理。
该站设置蒸发式冷凝器后，相应取消了冷水机组、室外冷却塔及冷却循环水泵等设备。
3.3.2 工程布置
3台蒸发式冷凝器分别布置在地下一层和地下二层的排风道内，具体布置如图3.3.2 1和图3.3.2 2。
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图3.3.2 1地下一层风道内蒸发式冷凝器布置图
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图3.3.2 2地下二层风道内蒸发式冷凝器布置图
如图所示，地下一层排风道内布置了2台蒸发式冷凝器，并配套2台排风风机和1台补风风机；地下二层排风道内布置了1台蒸发式冷凝器，并配套1台排风风机。
由于该车站考虑将室外冷却塔改为室内安装的蒸发式冷凝器时，车站土建部分已建设完成，蒸发式冷凝器的安装条件受限制较多，且通风条件也不甚理想，为加强进风排风，由此配套设置了排风风机和补风风机。
3.3.3 使用情况及优缺点分析
武宁路站于2009年底投入运营，多年实际运行情况表明，蒸发式冷凝器可满足车站空调系统的冷源需求，且设备安装在地下风道内，基本无景观影响，噪声也达标，总体而言，应用较为成功。
蒸发式冷凝器与冷水机组+室外冷却塔的方案比较，两者的优缺点对比如下：（1）蒸发冷凝器加上配套风机，合计用电功率662kW；冷水机组+室外冷却塔方案中，冷水机组145kW×3，冷却水泵15kW×3，冷却塔5.5 kW×3，合计为496.5kW因此蒸发冷凝器能耗较高；（2）在武宁路站的工况下，采用室外冷却塔的循环水量为250t/h，测算补水量约为3.2～8t/h；蒸发冷凝器的循环水量约为22t/h，补水量约1.1～2.2t/h，因此，蒸发冷凝器较为节水；（3）蒸发冷凝器补水需要软水，其补水水质要求较高。
4 结语
由上述3个车站的案例可知，在目前的技术条件下，采用室内型冷却设备应用在地铁车站上是完全可行的，可稳定满足空调系统的冷却需求。但不可否认，室内型冷却设备的能耗和投资相对较高，在采用前应进行详细的技术分析和经济比较，这样才能得到最优的工程解决方案。