蒸發(fā)式冷凝冷水機(jī)組在地鐵車站的應(yīng)用

李林林 羅 輝 羅燕萍

(廣州地鐵設(shè)計研究院有限公司 廣州510010)

隨著地鐵線網(wǎng)規(guī)劃的覆蓋面積不斷增加，如何將地鐵工程與繁華擁擠的城市環(huán)境協(xié)調(diào)是目前地鐵建設(shè)中日益突顯的問題。針對通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，對城市環(huán)境有影響的設(shè)備是風(fēng)亭和冷卻塔。冷卻塔對環(huán)境產(chǎn)生影響的方面包含噪聲、排風(fēng)和景觀。目前最常用的方式是采用下沉式冷卻塔，并控制冷卻塔與周邊敏感建筑的間距來達(dá)到噪聲和景觀的要求。對于設(shè)置冷卻塔條件緊張的車站，其處理措施是采用消聲設(shè)備將冷卻塔圍閉，但該措施增加造價的同時也降低了冷卻塔的效率。目前，市場有一種板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)機(jī)組，該機(jī)組安裝靈活，室內(nèi)、室外均可安裝，筆者選取廣州某在建地鐵站對蒸發(fā)式冷凝空調(diào)機(jī)組在地鐵工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 板管蒸發(fā)式冷凝機(jī)組技術(shù)分析

1.1 蒸發(fā)式冷凝器的基本原理

板管蒸發(fā)式冷凝技術(shù)在結(jié)構(gòu)形式上就是將水冷冷凝器和冷卻塔合二為一，蒸發(fā)式冷凝器以蒸發(fā)換熱和顯熱交換為基礎(chǔ)，利用冷卻水分布在換熱器表面形成水膜，水膜與強(qiáng)制流動的空氣直接接觸，冷凝器將熱量傳遞給水膜，水膜發(fā)生不飽和蒸發(fā)并與空氣進(jìn)行熱質(zhì)交換，最后由空氣帶走熱量［1-6］。

1.2 蒸發(fā)式冷凝冷水機(jī)組特點(diǎn)

板管蒸發(fā)式冷凝空調(diào)機(jī)組設(shè)計采用板管蒸發(fā)式冷凝器，具有以下特點(diǎn)［7-10］:一是節(jié)能運(yùn)行，在同樣環(huán)境溫度條件下，板管蒸發(fā)式冷凝的溫度較風(fēng)冷與水冷的溫度要低，可提高壓縮機(jī)的性能系數(shù);二是機(jī)組布置，機(jī)組安裝靈活，室內(nèi)外均可以安裝，但安裝于室內(nèi)需增加機(jī)械進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)，以滿足機(jī)組通風(fēng)需求;三是系統(tǒng)維護(hù)，系統(tǒng)無需冷卻水管路系統(tǒng)，可節(jié)省該部分的維護(hù)費(fèi)用。

2 車站蒸發(fā)冷凝冷水機(jī)房布置方案

2.1 車站冷負(fù)荷

車站為地下2層島式車站，車站冷負(fù)荷設(shè)計參數(shù)如下:大系統(tǒng)570 kW，小系統(tǒng)410 kW，總負(fù)荷980 kW。車站擬采用2臺螺桿式蒸發(fā)式冷凝冷水機(jī)組作為空調(diào)系統(tǒng)冷源，每臺冷量490 kW。車站周邊建筑較為密集，為有效克服設(shè)備噪聲和對景觀的影響，并體現(xiàn)機(jī)組可安裝于室內(nèi)的特點(diǎn)，將冷水機(jī)房設(shè)置于地下，同時對機(jī)組增設(shè)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，以滿足設(shè)備安裝于室內(nèi)時的通風(fēng)需求。

2.2 冷水機(jī)房布置

機(jī)房考慮與車站附屬建筑合建，機(jī)房新風(fēng)亭與車站新風(fēng)亭合用;受車站周邊條件制約，機(jī)房單獨(dú)設(shè)置排風(fēng)亭，不能與車站排風(fēng)亭合用。機(jī)組為兩側(cè)進(jìn)風(fēng)，為保證機(jī)組每個進(jìn)風(fēng)面自然進(jìn)風(fēng)的氣流組織均勻，在機(jī)房進(jìn)風(fēng)端留出2.5 m長的進(jìn)風(fēng)空間;機(jī)組取消了自身的排風(fēng)機(jī)，每臺機(jī)組各配置1臺排風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械排風(fēng)，自然進(jìn)風(fēng)。機(jī)組冷凝器共有4個模塊，為保證每個模塊的排風(fēng)均勻性，在機(jī)組上方設(shè)置排風(fēng)夾層，夾層高度3 m。每臺機(jī)組共有2排板管式冷凝器，分別從機(jī)組的兩側(cè)進(jìn)行維護(hù)，每個冷凝器長度為0.6 m。根據(jù)廠家的技術(shù)資料，兩側(cè)的維護(hù)長度為1個冷凝器的長度時即可在機(jī)房布置，還要同時考慮機(jī)組安裝檢修空間、機(jī)組機(jī)械排風(fēng)設(shè)備的安裝檢修空間、消聲設(shè)備的安裝檢修空間和機(jī)房進(jìn)排風(fēng)道的用地，機(jī)房平剖面布置如圖1～3所示。機(jī)房面積約195 m1(含風(fēng)道)，機(jī)房高度約8.1 m，機(jī)房主要設(shè)備如表1所示。

圖1 冷水機(jī)房平面

圖2 冷水機(jī)房排風(fēng)夾層平面

圖3 蒸發(fā)式冷凝冷水機(jī)房剖面

表1 蒸發(fā)式冷凝冷水機(jī)房主要設(shè)備

2.3 機(jī)房噪聲處理

根據(jù)總平面布置，機(jī)房風(fēng)亭距敏感建筑物的間距為7.6 m。蒸發(fā)式冷凝方案在1.5 m層敏感點(diǎn)的噪聲計算如圖4所示，蒸發(fā)式冷凝機(jī)組機(jī)械風(fēng)機(jī)聲源采用的頻譜如表2所示，計算結(jié)果如表3所示。

針對噪聲處理，可以考慮對壓縮機(jī)增設(shè)消聲罩，但需估計消音罩對壓縮機(jī)運(yùn)行效率的影響。同時，在排風(fēng)道內(nèi)設(shè)置長度為3 m的消聲器，將噪聲控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)。

圖4 蒸發(fā)式冷凝敏感點(diǎn)計算

表2 排風(fēng)機(jī)聲源頻譜

表3 噪聲治理前蒸發(fā)式冷凝敏感點(diǎn)的噪聲

2.4 水質(zhì)要求

設(shè)備對水質(zhì)有較為嚴(yán)格的要求，若冷凍水和冷卻水的水質(zhì)不良，不僅會使換熱器結(jié)垢，影響熱交換效率，降低機(jī)組性能，而且會腐蝕換熱器，致使機(jī)組發(fā)生重大故障。在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)期間，應(yīng)定期對冷卻水(開式系統(tǒng)的冷凍水)進(jìn)行抽樣分析，如果達(dá)不到要求，應(yīng)進(jìn)行水質(zhì)處理(水質(zhì)要求見表4)。

表4 機(jī)組水質(zhì)要求

3 能耗及環(huán)境影響分析

3.1 機(jī)組年能耗計算

對冷水機(jī)組+冷卻塔和蒸發(fā)式冷凝機(jī)組進(jìn)行年能耗分析，因負(fù)荷側(cè)系統(tǒng)形式相同，故僅取機(jī)組部分及水冷機(jī)組的冷卻水部分進(jìn)行能耗分析計算。機(jī)組年能耗如表5所示。

3.2 其他設(shè)備年能耗計算

蒸發(fā)式冷凝機(jī)組將冷卻水泵、冷卻塔和冷水機(jī)組集成為一體，系統(tǒng)無需再另外設(shè)置冷卻水泵和冷卻塔，但因機(jī)組設(shè)置于室內(nèi)，需配置相應(yīng)的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，以保證機(jī)組正常運(yùn)行，能耗較高。冷源側(cè)其他設(shè)備年能耗如表6所示。

表5 機(jī)組年能耗計算

表6 冷源側(cè)其他設(shè)備年能耗計算

綜上所述，當(dāng)蒸發(fā)式冷凝機(jī)組置于室內(nèi)時，因增加排風(fēng)機(jī)的能耗，與常規(guī)冷水機(jī)組系統(tǒng)的能耗基本相當(dāng)。若將機(jī)組置于室外，則年能耗較常規(guī)冷水機(jī)組系統(tǒng)低。

3.3 環(huán)境影響分析

將蒸發(fā)冷凝機(jī)組設(shè)置于地下機(jī)房，留在地面的建筑為進(jìn)、排風(fēng)亭2個敞口風(fēng)亭，對外界景觀影響小。但是，蒸發(fā)冷凝機(jī)組的冷卻水直接與冷凝器接觸，排氣溫度和濕度相比冷卻塔要高，對外界環(huán)境影響大。同時，機(jī)房進(jìn)、排風(fēng)與車站風(fēng)亭合用，增加了風(fēng)亭的規(guī)模。

3.4 車站主體建筑布局

對于新建項目，可優(yōu)化機(jī)房選址，合理利用車站內(nèi)風(fēng)道等附屬建筑空間，在一定程度上減少車站主體內(nèi)部機(jī)房占用面積，壓縮投資。根據(jù)車站建筑布局，當(dāng)車站主體內(nèi)取消冷水機(jī)房后，通過調(diào)整設(shè)備區(qū)房間布置，可增加公共區(qū)面積。增加的面積可用于商鋪等商業(yè)設(shè)施，以增加經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

蒸發(fā)式冷凝機(jī)組將冷卻水泵、冷卻塔和冷水機(jī)組集成為一體，并且可置于機(jī)房內(nèi)部;若將機(jī)房設(shè)于地下車站附屬建筑內(nèi)，對于車站主體可節(jié)省冷水機(jī)房用地，縮短車站長度，或增加公共區(qū)面積。這對于解決冷卻塔設(shè)置困難的問題，是一種可行的方案。

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