集中供冷在地鐵車站空調系統中的應用分析

孟金玲

廣州地鐵設計研究院有限公司

集中供冷在地鐵車站空調系統中的應用分析

孟金玲

廣州地鐵設計研究院有限公司

對集中供冷系統的特點進行了概述，以寧波地鐵三號線為例，對常規供冷系統和集中供冷系統的經濟性進行了分析，指出了采用集中供冷系統有助于降低運行費用，在一定范圍內具有技術經濟性的優勢。

集中供冷地鐵車站應用

近年來，隨著我國經濟水平的迅速發展和城市交通量的迅猛增長，我國以地鐵為主要形式的城市和城際軌道交通進入高速發展期。作為重要的公共交通工具，地鐵車站往往設置在城市的繁華地帶，建筑和人群密集的地方。由于分站供冷設置于地面上的冷卻塔相對很難找到設置的位置，以及冷卻塔設備運行的噪聲和飄水等對周邊居民生活的影響，因此，因地制宜地采用集中供冷技術可達到“環保滿意”、“規劃滿意”的效果。

1 集中供冷系統概述

所謂地鐵系統中的集中供冷是相對于每個車站設置制冷機房而言，是通過集中設置制冷機房，供應幾個車站的冷凍水，來實現空調的效果。集中冷站的設置，可減少空調系統對周圍城市環境的影響，減小了地鐵建設與環保、規劃的協調工作量，減少了市民投訴的幾率[1]。

集中冷站可充分利用線路上的已有“資源”，例如可利用盾構始發井、折返線、聯絡線上部明挖空間等無法充分使用的建筑空間，節省其他需冷車站制冷機房的面積。

集中供冷系統具有以下的特點

1）作為一種新的供冷方式，減少了空調系統對周圍城市環境的影響；

2）減小了地鐵建設與環保、規劃的協調工作量、冷卻塔設置點及居民投訴；

3）設備在集中冷站內集中管理，自動化程度高，減少了運行管理人員及維護工作量；

4）對管網的水力平衡度要求較高；

5）由于長距離輸送冷凍水，輸送能耗增加，為保證總體技術經濟性能最優，必須采用節能的新工藝，如冷凍水大溫差、水系統變頻調節等技術措施；

6）為減少長距離輸送反應的滯后性，對集中控制系統要求較高；

7）選用大型高效的制冷主機，設備的效率高；

8）對保溫材料、管道工藝的要求提高，并受區間限界制約。

2 集中供冷系統和常規制冷系統經濟性比較

選擇寧波三號線以商業用地為主的南部商務區至鄞縣大道段，分別設置集中供冷與常規制冷兩種系統進行綜合經濟比較。

2.1 常規制冷系統

根據寧波軌道交通三號線工程總體設計文件，寧波三號線對采用常規分站供冷的車站，大、小系統的空調冷源設備宜分設，在供、回水總管上用旁通管接通，以提高系統的可靠性。空調水系統原理圖見圖1。常規車站的空調水系統設有3臺水冷式制冷機，配3臺冷凍水泵、3臺冷卻水泵、3臺冷卻塔；制冷機、冷凍水泵、冷卻水泵布置在車站一端的制冷機房內?？照{冷凍水系統按5℃（7～12℃）溫差設計，冷卻水系統按5℃（32～37℃）溫差設計。為保證在部分負荷工況下各支路流量的平衡，同時在各空調末端設置動態平衡流量調節閥，以利于管路平衡。

如果車站小系統冷量大于等于車站總冷量的30%，選用兩臺同容量的制冷機，制冷機冷量按車站總冷量的50%選取，該方案的水系統圖如圖2所示。

表1為南部商務區至鄞縣大道段各車站負荷設計值。

表2為常規制冷系統設備配置情況。

2.2 集中供冷系統

集中供冷系統一般是根據冷站的規模大小合理配置多臺冷水機組。系統設置冷凍水一次泵和二次泵，其中冷凍水一次泵定速運行，保持冷水機組的定流量安全運行；冷凍水二次泵為滿足末端空調負荷調節的要求，需要采用變頻調速技術。冷凍水采用大溫差技術，根據國內集中冷凍系統的設計經驗，冷凍水大溫差最大已達到10℃溫差。冷卻水系統采用開式冷卻塔冷卻，冷卻水泵為定速泵，冷卻塔及冷卻泵采用臺數控制調節，冷卻水溫差采用傳統的5℃溫差。由于集中供冷需要通過長距離輸送空調冷凍水，需考慮輸送過程所造成的冷量損失[2，3]。

1）集中冷站站位選擇。根據寧波市軌道交通三號線工程目前的線路、站位情況，南部商務區站位于天童南路、康泰中路交叉口，天童南路西側，周邊現狀為高層建筑為主以及在建工地，初步估計該站的冷卻塔放置位置協調較為困難；而鄞縣大道站為三號線與五號線的換乘站，車站規模較大，地面具備放置冷卻塔的條件，且鄞縣大道站為換乘站，所占負荷比例較大，故選擇鄞縣大道站設置集中冷站，冷站與車站位置關系見圖3。

2）考慮輸送過程的冷量損失，冷負荷數據見表3。

3）設備配置情況

根據上述冷負荷的統計情況，車站小系統的負荷為1122kW，約為總負荷的三分之一，同時考慮五號線投入運營需比三號線晚數年時間，集中供冷采用3臺相同大小的冷水機組，在三號線一期工程中先安裝2臺冷水機組及相應水泵和冷卻塔，在五號線投入運營前再安裝1臺冷水機組及相應水泵和冷卻塔，預留設備運輸及二次安裝的條件。冷站采用冷凍水一級泵采用定流量系統，冷凍水二級泵采用變流量系統。冷凍水一級泵與冷水機組一一對應，再由總管連接在集水器、分水器上。冷凍水二級泵從分水器上抽水，通過管網輸送至車站末端組合式空調器、柜式空調器和風機盤管。

冷凍水采用10℃大溫差，冷水機組冷凍水進出水溫度分別為17℃、7℃。冷凍水二級泵分為兩組，一組供鄞縣大道站，共4臺泵，其中3臺為相同參數的變頻泵，白天營運時為鄞縣大道站大、小系統供應冷凍水，另1臺為定流量泵，夜間為車站小系統供冷凍水。另一組供南部商務區站，共3臺泵，其中2臺為相同參數變頻泵，白天營運時為車站大、小系統供應冷凍水，另1臺為定流量泵，夜間為車站小系統供冷凍水[3，4]。

集中供冷系統設備配置情況見表4。

2.3 集中供冷系統和常規制冷系統經濟性比較

根據以上主要設備表，對兩種供冷系統的初投資及運行費用進行分析，具體結果見表5。

3 結論

通過本文研究，得出如下結論：

1）由于集中冷站配電容量較大，需單獨增加一套變配電系統和控制系統，將增加投資約為135萬元；

2）集中供冷主要供冷設備費用增加271萬元，全年運行維修費用減少11萬元，由于集中供冷采用了冷凍水遠距離輸送，增加了輸送能耗，故運行檢修減少的費用并不明顯。

3）綜合考慮，從投資方面，南部商務區至鄞縣大道段采用分站供冷方式具有優勢，但由于南部商務區站冷卻塔布置協調困難，可考慮采用集中供冷方式。

[1]許慧華,侯志堅.地鐵集中供冷的幾個問題[J].制冷與空調,2004, (1):33-37

[2]賀利工,沈錫安,劉承東.軌道交通集中供冷技術[J].中國城市軌道交通新技術,2007,(2):280-286

[3]劉承東.地鐵集中供冷冷水機組選型初探[J].暖通空調,2001, 31(5):58-60

[4]張悅.集中供冷系統在地鐵中的應用[J].制冷與空調,2009,23 (1):47-50

Ap p lic a tion Ana lys is o f Cen tra l Coo ling Te c hno logy on Subw ay Sta tion A ir Cond ition ing Sys tem

MENG Jin-ling
Guangzhou Metro Design&Research InstituteCo.,Ltd.

The characteristic of central cooling system was introduced.In the case of Ningbometro line 3,the economy of regular refrigeration system and central cooling system was compared.It’s proved that central cooling system can decrease transportation cost,and has technology economy advantage in a certain rage.

central cooling,subway station,application

1003-0344（2014）03-085-3

2013-5-15

孟金玲（1983～），女，碩士，工程師；廣州市越秀區環市西路204號廣州地鐵設計研究院有限公司環境工程所（510010）；E-mail:mengjinling@dtsjy.com