風機盤管空調系統在地鐵改造工程的應用

李 沁

(北京地鐵運營有限公司機電公司 北京 100043)

風機盤管空調系統在地鐵改造工程的應用

李 沁

(北京地鐵運營有限公司機電公司 北京 100043)

通過對北京1、2號線車站的風機盤管空調系統運行維護的介紹，結合實測數據，分析風機盤管系統在實際應用中存在的問題，論述在小規模地下車站使用變頻、變容量、多聯機空調系統的優勢。

風機盤管空調系統;北京地鐵;改造;環境;變頻變容量多聯空調系統

1 地鐵通風空調系統概述

地鐵作為快速、高效、準確、安全的交通方式，承擔著大客流運輸任務;地鐵設置通風空調系統，為乘客、工作人員以及設備運行創造了適宜的空氣環境。北京地鐵1、2號線始建于20世紀60—70年代，由于受當時的歷史原因、設計條件等限制，車站通風作用主要是排除洞內余熱余濕、滿足人員新鮮空氣的需要，車站沒有空調系統。隨著人民生活水平的不斷提高，人們對地鐵的安全設施及客運服務標準提出了更高的要求，而既有的地鐵1、2號線通風系統與這一要求已不適應，因此提出對北京地鐵1、2號線進行改造，新增空調系統，以滿足地鐵的運營需要。

近幾年，隨著地鐵的快速發展和新技術的不斷應用，空調系統在北京地鐵已成為重要組成部分。北京地鐵自復八線首次引入空調系統以來，新開通的地鐵線路主要采用了全空氣集中式空調系統，即在車站地下設有冷凍站，提供冷源;在風道內設有大型表冷器，集中處理空氣;通過送(排)風機，將空氣經由送(回)風管輸送分配至車站及房間;在車站地面設置冷卻塔系統，為制冷機組提供冷卻水。全空氣系統因其對室內負荷全部由經處理的空氣來負擔，所需空氣量多，故風機、制冷機、空調機組等設備的裝機容量都相當大，需占用較大空間來建造機房［1］。這種形式在新建車站的設計中采用較多，而對于建設已久的北京地鐵1、2號線車站，因受限于地下土建結構形式不可改變的實際，已沒有地下空間安裝上述系統設備。為此，設計人員基于現有1、2號線的通風系統及車站的土建結構形式，采用了空氣 水風機盤管空調系統［2］，這也是地鐵首次在車站站臺公共區安裝風機盤管空調系統。下面結合北京地鐵1、2號線空調改造的工程實際，介紹風機盤管空調系統應用的實際效果及存在的問題。

2 風機盤管空調系統的應用

2.1 系統構成

2.1.1 空調水系統

該系統由風冷機組(集成冷凍水泵)、集分水器、水處理裝置、定壓補水系統裝置等組成。

2.1.2 空調末端裝置

1)車站站臺公共區采用風機盤管，設置在吊頂內，分別在車站上下行(或內外環)兩側排列布置。

2)供電設備用房采用新風機組，新風取自站廳(臺)，排至車道(或室外)。

3)管理用房、其他設備機房采用明裝風機盤管。

2.1.3 新風系統

新風由車站出入口進入，空調季公共區均采用出入口自然新風，新風不單獨處理，新風負荷由風機盤管負擔。管理用房采用機械送風系統，滿足人員最小新風量，通過在墻和走廊上開設百葉窗來自然排風，新風負荷由風機盤管負擔［3］。

2.2 系統運行

北京地鐵1、2號線空調系統于2008年6月30日完工，當年即投入運行，至2011年已運行3年，其間經歷了2008年北京奧運會和2009年的建國60年大慶的考驗，系統運行總體效果較好。

2.2.1 空調主要設計參數

1)公共區:夏季空調室外計算干球溫度32℃，相對濕度65%;夏季空調室內計算干球溫度30.5℃［3］，相對濕度范圍45% ～65%［4］。

2)設備、管理用房:夏季空調室外計算干球溫度33.2℃，夏季空調室外計算濕球溫度26.4℃。

3)管理用房:夏季室內計算干球溫度27℃。

2.2.2 車站空調主要負荷

1)公共區:列車運行產熱，人員散熱，照明、廣告等設備產熱，新風負荷。

2)附屬房間:工作人員散熱，供電、AFC、通號、綜控等專業設備產熱。

2.2.3 空調系統運行模式

夏季空調季是每年的6月1日—10月10日。7:00—22:00，風冷機組2臺同時運行，公共區及附屬房間風機盤管、供電機房新風機組運行，車站及區間主風機關閉;22:00—次日7:00，公共區風機盤管停運，車站主風機開啟1臺排風運行，區間主風機開啟1臺送風運行，風冷機組1臺運行，附屬房間風機盤管及供電機房的新風機組全日運行。

2.2.4 車站實測記錄

選取2009年8月14日14:00進行實測，測得室外溫度32℃，與設計的室外計算溫度相近，故測試具有代表性。

選取車站公共區內5處測點:測點1，一側站廳中部;測點2，站臺車頭;測點3，站臺中部;測點4，站臺車尾;測點5，一側站廳中部。同時，在上下行選取車頭處、站臺中、車尾處共6個風機盤管出風口附近的測點。圖1是站廳層測點布置，圖2是站臺層測點布置，表1列舉了部分車站的實測溫度紀錄。

圖1 站廳層測點布置

圖2 站臺層測點布置

表1 通風空調系統運行質量監控——車站溫度 ℃

2.3 系統維護

1)每年的4—5月對1、2號線全線車站的風機盤管、新風機組進行回風過濾網清洗、翅片清洗，對室外風冷機組翅片進行清洗。

2)系統注水，檢查系統管路是否完好。

3)系統沖洗，啟動冷凍水泵，清洗地面機組至風道內集分水器的主管路，清理主管路上的Y型過濾器濾芯，清理風冷機組自帶的過濾器濾芯;清洗集分水器至公共區、附屬房間的管路，清理風機盤管支管的過濾器濾芯。

4)系統排氣，啟動風冷機組，將風機盤管高點排氣閥打開，將地面機組排氣閥打開排氣，系統補水。

5)系統運行，通過車站BAS監測機組運行參數及故障報警提示，測量站內溫度、風機盤管出風口附近溫度、風機盤管出風口風速，清掃回風口過濾網。

6)10月中旬—11月，空調停運后，系統泄水防寒。將集分水器至地面主管路的水泄盡，將集分水器至公共區、附屬房間的管路水保留。

3 風機盤管空調系統的問題

3.1 系統問題

3.1.1 地下空間粉塵多

地鐵列車剎車帶來的閘瓦灰［1］、混雜油脂有較強的附著力，且易上浮，車站站臺公共區的風機盤管長期處于此環境中，在回風過濾網上會聚積較多粉塵，尤其是一些細小的粉塵會透過過濾網進入翅片內;在冬季和春季期間，由于風機盤管不運行，粉塵會附著在翅片表面，長時間會結成硬殼，增加阻力，造成風速下降。因此，在每年風機盤管運行前，都需要統一清掃一次。風機盤管清掃前后的運行風速有較大變化，對車站的空調效果影響很大。

3.1.2 風機盤管數量多

風機盤管是車站的主要空調末端設備，全線28個空調車站，約1 370余臺風機盤管，其中以車站公共區的風機盤管數量居多。

3.1.3 吊頂內空間復雜

車站公共區的風機盤管全部安裝在吊頂內，吊頂內各專業管線、設備、支吊架分布密集，作業空間狹小，增加了風機盤管檢修維護的難度。

3.1.4 清洗風機盤管換熱翅片難度大

需要拆除回風短管，拆卸翅片前的風扇等部件，在車站站臺高空及吊頂狹小空間內拆裝作業難度較大。利用地鐵停運后3個多小時的有效作業時間清掃，一個車站每天安排20人同時作業，需要2～3天才能清完。

3.1.5 清掃風機盤管過濾網次數多

每站公共區風機盤管數量30～40臺，平均兩周就需清掃一次。

3.2 運營風險

車站公共區設置風機盤管存在一定的運營風險。車站站臺是地鐵行車、乘客乘降的區域，風機盤管處于站臺邊跨上方，與主管路有較多的連接點，存在漏水隱患，一旦在地鐵運營期間出現跑、冒、滴、漏現象，將直接影響到地鐵安全運營和服務指標。

3.3 氣候影響

地面設置空調室外機組系統，設備受外界環境影響大。因設備暴露在室外，北方冬季寒冷，要做好管路及設備的防凍工作，如管路要泄盡余水、水泵解體后要將殼內殘留的水擦干、電機部分加上保護殼等。

4 變頻變容量多聯空調系統的采用

4.1 改進方案

1)針對過濾網問題，建議對其進行改進，尋找新的過濾材質。過濾網在具有較高效率的同時，需要滿足《地鐵設計規范》中的防火等級要求［5］，同時還要便于清洗，且使用壽命較長;再有就是初、終阻力要能與風盤電機功率相匹配，以保障風盤的出風量不降低。

2)在類似的改造項目中，可采用變頻變容量多聯空調系統(varied refrigerant volume，VRV)，這在安裝、運行、維護上有較多優勢。

4.2 使用情況

2004年初，北京地鐵1、2號線消隱改造工程進行初步設計。當時，VRV在國內主要應用于別墅、小型辦公樓酒店等工程中，在大型公共建筑中的應用實例并不多，大多數廠家室內機與室外機之間冷媒管的最大配管長度在100 m以下?？紤]到地鐵車站出入口的通道長度都較長，站臺本身長度118 m，過長的距離會導致VRV系統的冷量衰減過大，因此車站初步設計中沒有采用VRV系統。當2006年改造項目開始實施時，VRV技術趨于更成熟，室內機與室外機之間的冷媒管最大配管長度可以增加到165 m［6］;在設計中選擇了出入口通道較短、附屬用房較少、車站公共區土建條件苛刻且采用風機盤管系統更困難的幾個車站，這也是北京地鐵首次在地下車站采用VRV系統。

其中，某站公共區VRV的系統設計是以車站站臺為中心，劃分為東南、東北、西南、西北4個區域，4套系統分別為車站的站臺和附屬房間區域的供冷。這樣的布置使得冷媒管最遠長度(即站臺最末端室內機與室外機距離)約為100 m，其余的為60～70 m，滿足了技術條件。

4.3 方案比較

對具有相似規模的1號線車站，把風機盤管系統與VRV系統做了簡單的比較。

4.3.1 系統安裝

VRV系統室外機分散布置在車站的4個出入口，每處占地約20 m2;風冷機組室外機房一般布置在風亭周圍，每處占地85～100 m2。可見，VRV系統室外機的布置較為靈活。

VRV系統冷媒管的安裝主要是銅管的焊接和彎曲，在小空間和拐彎的地方安裝靈活，比水管安裝省時省力。特別是VRV系統的供貨、安裝、調試都是由一個廠家統一管理，使工期要求短的工程項目能較好實現。系統的室內機自帶提升泵，冷凝水提升可以達到250～1 000 mm，對冷凝水主管坡度要求不高。風機盤管的冷凝水管靠重力排水，其安裝受吊頂空間影響較大。

4.3.2 初投資

表2列出了本項目中某VRV系統車站與某風機盤管系統車站在初投資方面的應用情況，VRV系統比風冷機組約貴10.8%。

表2 風機盤管系統與VRV系統的初投資情況

4.3.3 運行維護

VRV系統解決了風機盤管系統安裝在地鐵公共區吊頂內的問題，如水管可能發生跑、冒、滴、漏而影響地鐵的行車安全，存在冬季管道凍裂和水管腐蝕的隱患。此外，風機盤管系統每年的啟用和停用都需要安排大量的人力、物力進行系統的注水及泄水。

VRV系統啟動時間短，運行平穩，少有故障;風機盤管系統運行與風冷機組的運行情況有關，風冷機組的啟動及運行受冷凍水影響大，水管路積氣、閥門調節不當、水過濾器堵塞、水泵故障、補水系統故障等都會引起水流量不足，導致風冷機組缺水報警，從而影響機組的啟動和運行。

VRV系統夜間運行噪聲較低，風冷機組夜間運行噪聲較高;VRV系統每年基本沒有維修，風冷機組每年需要維修閥門、管路;VRV系統和風機盤管系統都需要清掃室內機過濾網和室外機換熱翅片。

4.3.4 能耗情況

統計8月份(28天)每天7:00—21:00的用電量，由表3列出本項目某VRV系統車站與某風機盤管系統車站在耗電方面的情況。

表3 風機盤管系統與VRV系統的耗電情況

綜上所述，VRV系統雖然初投資費用較高，但是具備安裝工期短、布置靈活、啟動快、運行穩定、安全可靠等特點，尤其在運行維護上大大節省了人工，使得后期維護成本大大降低。

5 結語

1)通過3年來的運行，從測量數據來看，北京地鐵1、2號線風機盤管系統的空調效果較好，基本滿足了設計要求。從使用角度看，設置在公共區的風機盤管受地鐵環境影響較大，容易積塵;相對于集中空調能夠集中除塵的特點，風機盤管存在數量多、個體清掃檢修難度較大、維護工作量大的問題。室外機組暴露在室外，受北方雨雪天氣及粉塵影響大，要做好防腐防凍措施。

2)風機盤管空調系統在北京地鐵1、2號線的應用，是針對老線車站改造情況下的設計，在車站公共區采用此形式是國內的首次嘗試。這種形式結合車站結構特點，克服了系統裝機容量大和機房占地等問題，但同時也帶來了系統運行維護等問題。隨著VRV技術的發展，在地鐵的局部地點或者規模較小的地下車站及改造工程項目中可以采用VRV系統。在大型新建地下車站的空調設計中，還是應以全空氣集中式空調為主，要兼顧地鐵的特殊環境及氣候特點，并考慮運行維護等諸多方面因素。

［1］李國慶.城軌交通暗挖車站新型通風空調系統及其應用［J］.都市快軌交通，2005，18(3):67-71.

［2］北京城建設計研究總院有限責任公司.北京地鐵1、2號線車輛、設備消隱改造及AFC系統改造工程總體設計［R］.北京，2004:124-138.

［3］北京城建設計研究總院有限責任公司.北京地鐵1、2號線車輛、設備消隱改造工程:車站設計圖紙:通風空調施工設計說明［R］.北京，2006:1.

［4］GB 50019—2003采暖通風與空氣調節設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003:6-11.

［5］GB 50157—2003地鐵設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003:146-151.

［6］北京地鐵運營有限公司.北京地鐵1、2號線車輛設備消隱改造工程多聯機分體空調設備招標文件［G］.北京，2006:1-6.

Fan Coil Air Conditioning System Applied in Beijing Metro Renovation Projects

Li Qin
(Mechanical＆ Electrical Company，Beijing Subway Operation Corp.，Beijing 100043)

Abstract:Through introducing the operation and maintenance of fan coil air conditioning systems in stations on Beijing metro Line1 and Line 2 and incorporating the measured data，the paper analyzes existing problems for fan coil air conditioning system in practical application and expounds the advantages of using variable frequency and capacity connected air conditioning system in small-scale underground stations.

Key words:fan coil air conditioning system;Beijing metro;renovation;environment;variable frequency and capacity connected air conditioning system

U231.5

A

1672-6073(2012)02-0083-04

10.3969/j.issn.1672-6073.2012.02.021

收稿日期:2011-08-14

2011-09-16

作者簡介:李沁，男，大專，工程師，從事地鐵機電設備的運行管理與維護，li472003@sina.com

(編輯:郭 潔)