蒸发冷凝式冷水机组在地下深埋地铁站空调系统中的应用--中国期刊网

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蒸发冷凝式冷水机组在地下深埋地铁站空调系统中的应用

发表时间：2021/5/24 来源：《基层建设》2021年第2期作者：1贾智立 2吴禹辰

[导读] 摘要：该文对蒸发冷凝式冷水机组工作原理进行简要描述，介绍了重庆市轨道交通18号线某车站蒸发冷凝式冷水机组设置方式，从节省占地、节水、节能、设备初投资、运营维护等方面与传统冷水式螺杆机组对比分析，蒸发冷凝式冷水机组更节能环保，能实现社会经济效益与环保效益的最优化。

        1重庆市市政设计研究院有限公司
        2合肥工业大学土木与水利工程学院
        摘要：该文对蒸发冷凝式冷水机组工作原理进行简要描述，介绍了重庆市轨道交通18号线某车站蒸发冷凝式冷水机组设置方式，从节省占地、节水、节能、设备初投资、运营维护等方面与传统冷水式螺杆机组对比分析，蒸发冷凝式冷水机组更节能环保，能实现社会经济效益与环保效益的最优化。
        关键词：深埋地铁站；冷却塔；蒸发冷凝式冷水机组；节地
        引言：
        截止2020年底，全国已有44个城市开通地铁，重庆市轨道交通自2004年至今已开通10条线路，216座车站，合计里程372公里。随着经济社会发展，轨道交通建设规模越来越大。由于城市核心区用地紧张及景观要求，传统地面冷却塔难以满足。冷却塔运行时噪音和飘水问题，对周边居民生活影响很大，近些年经常遭到居民投诉，给地铁建设及运营带来了一定的困难。蒸发冷却式技术日益成熟并应用在地铁车站通风空调系统中，不仅缓解了核心城区的冷却塔占地问题，同时减少了噪音等影响，节水、节能，有利于建设资源节约型社会，具有现实意义。
        本文以重庆市轨道交通18号线某深埋地下车站为例，描述蒸发冷凝式冷水机组的工作原理、特点、布置方式、与传统螺杆式冷水机组对比分析，并对深埋地下车站蒸发冷凝机组的应用进行探讨。
        1.蒸发冷凝式冷水机组工作原理：
        蒸发冷凝式冷水机组以空气和水为换热媒介，通过水的蒸发带走气态制冷剂的热量。制冷剂经由压缩机压缩处理成过热高压气体，流入蒸发式冷凝器冷凝盘管，沿盘管至上而下流动。冷却水经水泵送至彭却排管上部喷嘴，与盘管外的喷淋水雾和空气进行换热。制冷剂由气态逐渐冷凝至液态，附着在盘管表面的部分水吸收热量，由液态转化为气态，通过水的汽化潜热带走大量的热。气体中的水滴被高效脱水器拦截，与其余吸收了热量的水都散落在PVC淋水片热交换层中。被流过的空气冷却，温度降低，返回水箱，再经循环水泵继续循环。盘管底部设有浮球阀，因部分水蒸发到空气中造成水量缺失，当水位不符合要求时，自动调节器自动控制补水。图1为蒸发冷凝式制冷原理图。
        2. 蒸发冷凝式冷水机组布置方式
        考虑到车站为深埋暗挖结构地下两层岛式站台换乘站，车站位于城市核心区，地面条件受限，利用蒸发冷凝式冷水机组替代传统螺杆式冷水机组，将蒸发冷凝式冷水机组设置在车站附属部分的蒸发冷水机房内。蒸发冷凝式冷水机组布置在靠近新排风井侧，机组上部设置风管及排风机，将冷凝机组散出的热气排至排风井，新风井侧墙设置新风阀，依靠机房内负压进风，通过排风进风讲机房内热量送至排风道直至地面。排风道、新风道设置消声器，使噪音达到车站外部噪音敏感点要求。车站外部仅有出地面的新排风井，节约城市核心区用地。图2为蒸发冷凝式冷水机组布置方式。

                       图1蒸发冷凝式制冷原理图

                                                               图2蒸发冷凝式冷水机组布置方式
        3. 蒸发冷凝式冷水机组对比于传统螺杆式冷水机组的区别
        该车站站厅层、站台层公共区计算冷负荷分别为1360kW，通道计算冷量374kW；车站公共区总计算冷量1734KW，设备管理用房计算冷量647KW。车站总计算冷量为2381KW。
        按照蒸发冷凝式冷水机组选型，共设置两台蒸发式冷凝机组，功率275KW/台,冷量为1200KW/台。冷冻水供水温度为7℃，回水温度为12℃。冷却水供水温度为32℃，回水温度为37℃。水系统设计为闭式机械循环、末端变水量系统。
        若按照传统地铁空调“两大一小”模式的螺杆式冷水机组选型，公共区设置两台螺杆式冷水机组，功率160.1KW/台，机组冷量895KW/台，冷冻水供水温度为7℃，回水温度为12℃。设备区设置一台螺杆式冷水机组，功率98.2KW，机组冷量 517KW/台，冷冻水供水温度为7℃，回水温度为12℃，冷却水供水温度为31℃，回水温度为35℃，水系统都设置为闭式机械循环，末端变水量系统。公共区冷却水泵水量198.5m³/h，扬程32m，功率45kW，两台；冷却塔水量237 m³/h，功率7.5kW，两台。设备区冷却水泵水量117 m³/h，扬程30m，功率30kW；冷却塔冷却水量177 m³/h，功率7.5kW。
        3.1选型能效比
        蒸发冷凝式冷水机组，将冷水机组、冷却塔、冷却泵合而为一，减少了传统水冷系统中冷却塔至冷水机组之间的冷却水管路系统，节约了部分系统的设备布置和能耗损失，但风管管路的长度以及一些附属设备的用量增加。从整个系统来观察，设备名义工况是有所减少的，系统综合能效比EER增加，具有现实意义.选型能效比对比见表格1。
                                                                  表1 选型能效比对比表

        3.2节省占地
        蒸发冷凝式冷水机组将冷却水系统与制冷主机的冷凝器集成,采用蒸发冷凝式冷凝器(水喷淋冷凝器),取消了制冷主机外配的冷却塔、冷却水泵及冷却水管道及其附件,将传统冷却水的外循环方式改为了内循环方式,大大简化了冷却水系统,地面占地节约150㎡。另一方面降低了冷却水的飘水损失，对车站外环境污染降到最低。
        3.3节水节能
        以一年为期，地铁车站空调系统运行时间为早6：30至晚11：30，共17小时，重庆空调季每年200天，根据经验冷却塔耗水、飞水量为冷却水量的1.5%,水费按3元/吨[1]计算，节水费用见表2节水对比分析表。商业用电单价为1元/KW*h，节电费用见表3节电对比分析表。
                                                                    表2 节水对比分析表

                                                                     表3 节电对比分析表

        传统螺杆式冷水机组靠水的温升带走制冷剂的热量，1KG水大约带走25-35KJ (温升6-8℃)的热量,而1KG水蒸发带走2450 KJ的热量，所以理论上蒸发冷凝式冷水机组耗水量只是水冷式耗水量的1%。实际上，由于漏水和空气中夹带水滴等的耗水，比例有所变化，但始终蒸发冷凝式冷水机组耗水量少于传统螺杆式冷水机组。此外，蒸发冷凝式冷水机组中循环水量以能够形成管外水膜，需水量不大。所以蒸发冷凝式冷水机组，比传统螺杆式冷水机组更加经济合理，大大节约了运行成本，在耗水量和水费、电费上具有优势。
        3.4设备初投资
        根据空调计算冷量选型数据[1]对比分析两种形式设备的初投资见表4初投资对比分析表。
                                                                    表4 初投资对比分析表

        蒸发冷凝式冷水机组设备虽初投资高于传统螺杆式水冷机组，但设备回收期在可接受范围内[2]。
        3.5设备运营维护
        蒸发冷凝式冷水机组取消了制冷主机外配的冷却塔、冷却水泵及冷却水管道及其附件,运营维护费用降低，但机组对水质要求高，需增加软水装置，定期清洗进风滤网和板管表面。传统螺杆式冷水机组需要对冷却塔、冷却水泵、冷却水管路运营维护。
        结论：
        蒸发冷凝式冷水机组目前在地下车站空调系统中应用越来越多，能有效的解决城市核心用地紧张的问题。同时节水节电，降低地铁空调系统运行维护费用，对推动地铁装备产业的发展有着深远的意义。随着科学技术的不断发展,蒸发冷凝式冷水机组的节能潜力及经济优势将得到更大的体现。
        参考文献：
        [1]高佼,王文远.蒸发式冷凝冷水机组在某车站中的应用[J].建筑热能通风空调,2019,38(01):80-82.
        [2]郑文国. 蒸发冷凝式冷水机组的应用[A]. 中国建筑学会暖通空调分会、中国制冷学会空调热泵专业委员会.全国暖通空调制冷2010年学术年会资料集[C].中国建筑学会暖通空调分会、中国制冷学会空调热泵专业委员会:中国制冷学会,2010:1.