蒸發(fā)式冷凝機組在地鐵車站的應用分析

吳允昌

(深圳市市政設計研究院有限公司 廣東深圳 518026)

1 地鐵車站概況

隨著地鐵建設的網絡化，換乘車站越來越多，但確定地面風亭及冷卻塔的位置將更加困難，特別是在市中心繁華的地帶。

田貝站是深圳地鐵7號線的換乘站，與地鐵3號線在此形成T字(站廳層)換乘，沿市政道路布置，呈東西走向;車站北面是辦公樓、工業(yè)廠房，南面是學校，東面是3號線田貝站。現(xiàn)該站已建成，沒有考慮冷源共享。

該站為地下3層雙柱三跨12 m島式站臺車站，地下1層為站廳層，地下2層為設備層，地下3層為站臺層，車站的環(huán)控機房位于設備層中部。現(xiàn)車站的小里程端的2個活塞/機械風亭設置于人行道上(局部占用)，大里程端的活塞/機械風亭設置于學校內，車站的新排風亭設置于車站中部，各設1座。

此站附近用地緊張，市政用地有限，風亭已占用了人行道區(qū)域，沒有冷卻塔設置的位置;同時，考慮對周圍商鋪、人行及景觀的影響，車站的風亭基本采用低矮敞開的形式，冷卻塔無條件設置在風亭上方，現(xiàn)場冷卻塔設置的位置協(xié)調難度大。

缺少冷卻塔，傳統(tǒng)的水冷螺桿式冷水機組就無法運行。下面對蒸發(fā)冷凝機組應用于此站是否可行進行分析。

2 采用蒸發(fā)式冷凝機組的可行性

2.1 蒸發(fā)式冷凝技術

2.1.1 蒸發(fā)式冷凝工作原理

蒸發(fā)式冷凝器以水和空氣作為冷卻介質，它利用水的蒸發(fā)帶走氣態(tài)制冷劑的冷凝熱。

在工作時，冷卻水由水泵送至冷凝管組上部的噴嘴，均勻地噴淋在冷凝排管外表面，形成一層很薄的水膜，高溫氣態(tài)制冷劑由冷凝排管組的上部進入，被管外的冷卻水吸收熱量而冷凝成液體從下部流出，吸收熱量的水一部分蒸發(fā)為水蒸氣，其余落在下部的集水盤內，供水泵循環(huán)使用，風機強迫空氣以3～5 m/s的速度掠過冷凝排管促使水膜蒸發(fā)，強化冷凝管外放熱，并使吸熱后的水滴在下落的進程中被空氣冷卻，蒸發(fā)的水蒸氣隨空氣被風機排出，未被蒸發(fā)的水滴被脫水器阻擋住而落回水盤。水盤中設浮球閥，自動補充冷卻水量。

結構上將冷凝器和冷卻塔合二為一，省略了冷卻水從冷凝器到冷卻塔的傳遞階段;充分利用水的蒸發(fā)潛熱來冷卻工藝流體，用水量為水冷式冷凝器的45%～50%。圖1是蒸發(fā)式冷凝技術原理。

2.1.2 蒸發(fā)式冷凝冷水機組形式

蒸發(fā)式冷凝水機組分為3種形式:整體式冷凍水空調系統(tǒng)、分散式冷凍水空調系統(tǒng)、分體式冷媒直膨空調系統(tǒng)。

1)整體式冷凍水空調系統(tǒng):將壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器等組合在一起，冷量范圍230～1 200 kW，65～350 RT。

圖1 蒸發(fā)式冷凝技術原理

2)分散式冷凍水空調系統(tǒng):將壓縮蒸發(fā)機組與蒸發(fā)式冷凝器分開設置。

3)分體式冷媒直膨空調系統(tǒng):蒸發(fā)式冷凝器+蒸發(fā)壓縮送風機組，蒸發(fā)式冷凝器+壓縮機組+蒸發(fā)送風機組，蒸發(fā)式冷凝壓縮冷凝機組+蒸發(fā)送風機組。

本站采用整體式冷凍水空調系統(tǒng)。

2.1.3 蒸發(fā)式冷凝空調機組優(yōu)點

本產品采用蒸發(fā)式冷凝技術，不需要配置冷卻水塔，在城市景觀上，解決了冷卻水塔室外安裝影響市容以及噪聲、“飛水”影響周邊居民的問題。

本產品采用蒸發(fā)式冷凝技術，標準工況下系統(tǒng)能效比高，明顯優(yōu)于冷水機組能源效率的國家最新等級指標Ⅰ級水平，比水冷機組節(jié)能15%以上，更比一般風冷機組節(jié)能35%以上，具體可見表1。

2.2 需解決的問題

蒸發(fā)式冷凝冷水機組放置于地下，需解決如下的問題。

2.2.1 蒸發(fā)冷凝式冷水機組的機房位置

蒸發(fā)式冷凝冷水機組機房需設置在靠近新、排風道，以便將熱量排出。如前所述，車站的新、排風亭設置在中部，現(xiàn)新、排風亭的距離約為20 m、凈寬7.3 m。車站通風空調系統(tǒng)的冷負荷約為1 050 kW，若采用2臺整體式蒸發(fā)式冷凝冷水機組，每臺為525 kW，每臺設備的尺寸約為4 000 mm×2 300 mm×3 000 mm(長×寬×高)。可在新排風亭間設置蒸發(fā)式冷凝冷水機組機房，將冷水機組、水泵、集水器、分水器等放置在機房內，圖2是冷凝新排風井總平面圖。

表1 蒸發(fā)式系統(tǒng)與傳統(tǒng)風冷式、水冷式系統(tǒng)能耗的比較

圖2 冷凝新排風井總平面圖

2.2.2 機組的整體吊裝及運輸通道

如前所述，本站為地下3層站臺車站，地下1層為站廳層，地下2層為設備層，地下3層為站臺層。現(xiàn)冷水機房的位置位于車站站廳層中部的附屬結構內，靠近公共區(qū)，不能通過軌道運輸?shù)姆绞浇鉀Q運輸問題;車站排風亭為8 000 mm×3 300 mm，設備的尺寸約為4 000 mm×2 300 mm×3 000 mm(長×寬×高)，可通過車站排風亭運輸設備，圖3是冷水機組的運輸路徑。

2.2.3 冷凝排風對車站其他排風系統(tǒng)的影響

圖3 冷水機組運輸路徑

圖4 冷水機組冷凝通風平面圖

圖5 冷水機組冷凝通風剖面圖

該站的排風井、環(huán)控機房在車站中部，車站大、小系統(tǒng)的排風分別接至設備層(地下2層)的排風道，冷水機房位于站廳層(地下1層)，若冷水機組的冷凝排風(約100 000 m3/h)直接排至排風井，對其他排風系統(tǒng)會產生背壓影響。

采用車站大、小系統(tǒng)的排風井與冷水機組的冷凝排風井分開，可解決此問題。同樣，車站大、小系統(tǒng)的新風井與冷水機組的冷凝新風井分開。圖4是冷水機組冷凝通風平面圖，圖5是冷水機組冷凝通風剖面圖。

2.2.4 機組及冷凝排風產生的噪聲處理

上述車站的大、小系統(tǒng)的新排風井與冷水機組的冷凝新排風井分開設置，在冷凝新排風井上設消音器(見圖4)，對機組及冷凝排風進行噪聲處理，以滿足 GB 3096—2008《聲環(huán)境質量標準》的要求。

2.2.5 人員檢修通道的設置

由于冷水機房靠近站廳層的公共區(qū)，環(huán)控機房在設備層，如要通過設備層的環(huán)控機房進入站廳層的冷水機房檢修就十分不便。可在站廳層冷水機房與站廳層公共區(qū)的隔墻處設防火門，以滿足日常維護、檢修的需要(見圖3)。

2.2.6 附屬施工對設備安裝工期的影響

需與結構專業(yè)溝通，避免附屬施工的滯后對設備安裝、調試工期產生影響，最終影響線路的正常開通。

3 投資及運行費用的比較

3.1 初投資

水冷式冷水系統(tǒng)與蒸發(fā)式冷水系統(tǒng)的初投資比較見表2。

由此可見，蒸發(fā)式冷水系統(tǒng)的初投資比水冷式冷水系統(tǒng)的初投資增加約140萬元。

3.2 運行的費用

水冷式冷水系統(tǒng)與蒸發(fā)式冷水系統(tǒng)的運行耗能比較見表3。

系統(tǒng)運行每天按18 h計算，每年按365天計算，系統(tǒng)同時使用系數(shù)取0.6，電費標準0.7元/kW，則20年節(jié)省的費用:(340－269)×18×365 ×20 ×0.6 ×0.7=391.8(萬元)。

由此可見，建設期總投資增加約為126萬元，運營期系統(tǒng)的運行費用明顯減少，約為392萬元(按20年計)。

綜上所述，筆者介紹了蒸發(fā)式冷凝技術，討論了采用蒸發(fā)式冷凝技術需解決的問題，對投資及運行費用進行比較分析，說明蒸發(fā)式冷凝機組應用于該站是可行的。

表2 不同系統(tǒng)的初投資比較

表3 不同系統(tǒng)的運行耗能比較 kW

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