空氣-水系統在鄭州某地下車站的應用

徐虹玲

(北京城建設計發展集團股份有限公司， 北京 100037)

空氣-水系統在鄭州某地下車站的應用

徐虹玲

(北京城建設計發展集團股份有限公司， 北京 100037)

以鄭州某換乘車站為例，闡述風系統設計中的公共區負荷計算、空氣處理焓濕圖、設備選型及系統運行模式，水系統設計的原理等。對空氣-水系統和全空氣系統的能耗進行對比和分析，得出公共區通風空調系統無論采用空氣-水系統，還是全空氣系統，冷凍水系統都沒有受到影響，但空氣-水系統的總耗電量約為全空氣系統的89%，大大減少了輸送能耗，節能效果顯著。對空氣-水系統和全空氣系統的技術經濟進行對比，得出空氣-水系統能有效減少地下車站機房和風道面積，壓縮土建規模，并能降低運行能耗，從而大幅度降低車站規模和造價；但空氣-水系統對于運行時間較長的地下車站來說，其末端設備多且分散，運行維護工作量大，檢修較為困難，因此對于土建規模受限的車站來說，空氣-水系統是一個較好的選擇。

軌道交通； 空氣-水系統； 全空氣系統； 公共區通風空調系統； 風系統； 水系統

1 研究背景

近年來，城市軌道交通作為低能耗的交通方式，得到了國家的大力扶持。在同等運量條件下，城市軌道交通能耗相當于小汽車的1/9，公交車的1/2，且占地小，成本低，節能減排效果明顯。但城市軌道交通系統組成復雜、設備數量眾多，在 運 營 過程中的能 源消耗量也大。據調查，通風空調 系 統 用 電 量占軌道交通能耗的30%～40%，因此采用節能 的 通 風 空 調系統，對于實現軌道交通的節能運行具有舉足輕重的作用[1]。

目前,地下車站中通風空調系統主要分為公共區通風空調系統(大系統)和設備用房通風空調系統(小系統)。若采用全空氣系統，風管、空調機房占用大量地下空間，導致土建成本增加；若采用空氣長距離輸送冷量，效率低，導致運行能耗巨大。文獻[2]對國內外地下車站大系統采用的全空氣系統、空氣-水系統、VRV(variable refrigerant volume，變冷媒流量多聯)系統等幾類空調系統進行了調研和比較，文獻[3]對地下車站采用空氣-水系統進行可行性分析，都認為空氣-水系統能夠大大減少機房和風道面積，從而壓縮土建規模，并能在車站運營后大大節省運行成本，因此對于土建規模受限的車站，采用空氣-水系統具有較大的優勢，建議推廣使用。廣州市軌道交通2號線的暗挖地下車站采用了空氣-水系統[4]，其主要方式為將風機盤管布置在車站的非有效利用空間內，新風通過專用風管送入車站公共區，在空調季新風與回風混合后經過處理再送出。這種空氣-水系統很好地解決了暗挖車站的通風問題，但對于車站公共區來說，占用吊頂空間較多，風口布置也較復雜。本文以鄭州某明挖地下換乘車站為例，介紹空氣-水系統在地下車站大系統中的實際應用。

2 車站概況

本工程全線采用全封閉型站臺門系統，隧道通風采用雙活塞風道通風模式。該站為地下1層、地上2層的雙島四線車站，換乘方式為同臺換乘。其中地下1層為站臺層，地上1層為站廳層，地上2層為設備層，車站工法為明挖法。設計伊始，考慮按照常規換乘車站的設計思路，車站兩端設置大系統機房和活塞/事故風道，大、小系統均采用全空氣系統；然而，通過現場調查和踏勘發現受地面條件限制，無法布置活塞/事故風道和全空氣系統的環控機房。經研究和論證決定大系統采用空氣-水系統，小系統采用全空氣系統，在地下1層兩端設置活塞/事故風道以及風機房，從而大大壓縮了地面的土建規模，減小協調用地難度。

3 風系統設計

3.1 公共區負荷計算及空氣處理焓濕圖

站廳層為地面1層，采用自然通風，不設置空調。站臺層為地下1層，設置空調通風，為避免站廳層自然風侵入站臺造成結露，站廳層通往站臺層的所有樓扶梯口處均設置空氣幕。

兩個站臺公共區面積均為952 m2，總面積為1 904 m2。根據遠期晚高峰小時客流量以及各專業提供的發熱量計算空調負荷，同時按照遠期早高峰小時客流量計算車站公共區新風量，對公共區人員冷負荷、圍護結構冷負荷、照明冷負荷、滲透冷負荷等進行計算[5]，得到公共區冷負荷為767 kW，風量為113 800 m3/h，新風量為16 363 m3/h。公共區空氣處理焓濕圖見圖1，各狀態點參數見表1。

圖1 公共區空氣處理焓濕圖Fig.1 Air-handling h-d chart of public area

表1 車站公共區焓濕圖空氣狀態點參數

3.2 設備選型

根據冷負荷計算結果，同時為了避免末端設備過多增加檢修難度，本工程選用12臺風機盤管，冷量為74.6 kW，風量為10 000 m3/h，布置在站臺層公共區吊頂內以處理室內負荷，機組避開樓扶梯口及站臺門。送風管、回風管均設消聲器，并做好柜體本身的隔聲、減振處理，機組噪聲按65 dB(A)標準控制[6]。

為改善站臺公共區空氣品質，同時減少站臺層風機盤管的新風冷負荷，在車站兩端分別設置2臺柜式空調器作為新風處理機組，在進口處設空氣凈化除塵裝置，并設置1臺回排風機和1臺排煙風機。新風機組將新風處理至室內狀態等焓點后送至站臺層風機盤管，與送風混合后送至公共區。新風機組冷量為202 kW，風量為18 000 m3/ h，根據公共區CO2濃度進行變頻控制。

3.3 系統運行模式

公共區大系統通風原理如圖2所示。空氣-水系統按空調、通風兩種工況運行，工況轉換采用焓值控制。

圖2 公共區大系統通風原理Fig.2 Ventilation schematic drawing of public area air-conditioning system

當室外新風焓值大于車站回風空氣焓值時，空調系統采用小新風一次回風運行。經過處理后的新風通過電動風量調節閥接入靜壓箱，與風機盤管送風混合后進入車站公共區；回風靜壓箱上分為兩個支路，一個支路直接回風，另一個支路接入排風機排出室外。新風處理機組根據公共區CO2濃度實現變頻控制，可根據車站負荷情況自行決定開啟機組臺數，以達到節能運行的目的。

當室外空氣焓值小于空調送風焓值時，大系統停止運行，關閉站臺層風機盤管前后的電動風量調節閥，采用全新風運行模式。

車站大系統氣流組織方式采用上送上回方式，按均勻送風設計，回排風管兼作排煙風管。一旦站臺層發生火災，關閉站臺層風機盤管及相應風閥，開啟排煙風機及相應閥門，進入排煙模式，通過樓扶梯口自然補風。

4 水系統設計

空調冷源采用水冷冷水機組，車站大、小系統合用冷源，冷卻塔設置于車站地面層，冷凍機房位于站臺層。經負荷計算，設置3臺冷量為340 kW的螺桿式冷水機組，白天并聯運行，互為備用，為車站大、小系統提供7～12℃冷水，配置3臺冷凍水泵及3臺冷卻水泵。

冷水機房內設分、集水器，大、小系統的冷水機組支管均由分、集水器接出。在各柜式風機盤管末端回水管上設電動二通調節閥，經流通能力計算確定其口徑，使其工作特性滿足負荷調節要求。此外，在分、集水器間設壓差旁通裝置，為進一步減少水力輸送系統的能耗，采用一次泵變頻水系統，同時水泵出水側止回閥采用限流止回閥。冷凝水管按照不低于5‰的坡度坡向站臺層公共區衛生間地漏。空調冷凍水系統原理見圖3。

圖3 空調冷凍水系統原理Fig.3 Chilled-water schematic drawing

5 空氣-水系統的能耗分析及技術經濟對比

采用全空氣系統和空氣-水系統的能耗分析對比見表2。由表2可以看出，大系統無論是采用空氣-水系統還是采用全空氣系統，冷凍水系統都沒有受到影響，兩系統設備配置完全相同，主要區別在于組合式空調機組和風機盤管。空氣-水系統的空調耗電量為162 kW，總耗電量為441 kW；全空氣系統的空調耗電量為216 kW，總耗電量為495 kW，前者總耗電量約為后者的89%，大大減少了輸送能耗，節能效果顯著。采用全空氣系統和空氣-水系統的技術經濟對比見表3。

表2 空氣-水系統和全空氣系統的能耗對比

表3 全空氣系統和空氣-水系統的技術經濟對比

在上述對比表中，由于空氣-水系統和全空氣系統采用的風機及水系統設備完全相同，故不列入比較范圍內；運行維護費用按設備初投資的5%計算，空氣-水系統由于末端設備較多，運行維護費用按初投資的10%計算；年運行費用按照一個制冷季運行時間為120 d，每天運行18 h計算；土建投資按照1萬元/m2估算，電費按照0.8元/kWh計算，水費按照3元/t計算。可以看出，空氣-水系統相比全空氣系統來說，設備初投資節省28萬元，土建投資節省約570萬元，共節省598萬元，大大降低了車站規模和造價;同時，年運行費用節省8.9萬元，經濟效益明顯。

由于空氣-水系統采用風機盤管安裝于公共區吊頂上方，末端設備多且分散，運行維護工作量大，對于運行時間較長的地下車站來說檢修較為困難，因此對于土建規模受限的車站來說，空氣-水系統是一個較好的選擇。

6 結語

空氣-水系統在地下車站中的應用可以有效壓縮車站規模，減少運行成本，然而由于末端設備較多且分散，檢修較為困難。因此，在車站土建規模受限的情況下，可推廣使用空氣-水系統。

[1] 王亞陸.軌道交通耗能分析及節能措施探討[J].城市道橋與防洪,2014(9):44-49.

WANG Yalu.Energy consumption analysis and energy saving investigation of railway transit[J].Urban roads bridges & flood control， 2014(9)： 44-49.

[2] 丁毅.淺談地鐵車站公共區空調系統形式[J].中國市政工程，2011(4)：56-59.

DING Yi.Investigation of air-conditioning system of public area in subway station[J].China municipal engineering， 2011(4)： 56-59.

[3] 劉伊江.城市軌道交通車站通風空調系統采用空氣-水系統的可行性分析[C]//2014鐵路暖通年會論文集.中國鐵道學會車輛委員會，2014.

LIU Yijiang.Feasibility analysis of air-water system applied in ventilation and air-conditioning system in subway station[C]//Annual conference of railway HVAC, 2014.

[4] 李國慶.城市軌道交通通風空調系統的現狀及發展趨勢[J].暖通空調,2011,41(6)：1-6

LI Guoqing.Present status and development trend of ventilation and air conditioning[J].Heating Ventilating & Air Conditioning， 2011, 41(6)： 1-6

[5] 高煌.淺談地鐵車站公共區通風空調系統設計[J].山西建筑,2011,37(9)：22-24.

GAO Huang.Initial discussion on the design of air-conditioning and ventilation system in subway station public area[J].Shanxi architecture， 2011, 37(9)： 22-24.

[6] 地鐵設計規范：GB 50157—2013[S].北京:中國建筑工業出版社,2014.

Code for design of metro： GB 50157—2013[S].Beijing： China Architecture & Building Press， 2014.

(編輯：王艷菊)

Application of Air-water System in an Underground Station of Zhengzhou

XU Hongling

(Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing 100037)

A transfer station in Zhengzhou is cited as an example to describe the load calculation in the public area, the air treatment enthalpy diagram, equipment selection and system operation mode, water system design, principles and so on. The energy consumption of the air-water system and the air-air system is compared and analyzed. Results show that the chilled water system is not affected by either the air-water system or the air-air system, but the total air-water system power consumption is about 89% of the air-air system, which greatly reduced the energy consumption during transmission and was remarkably energy efficient compared with the technical economy of air-water system and air-air system. It is concluded that air-water system can effectively reduce the room and air duct area of underground station, the scale of civil construction, the energy consumption, and the station space and cost. However, for the long-running underground station, the terminal equipment of air-water system was too much and scattered, Which increased the difficulty of service and maintenance. Therefore, the equipment should be used in underground stations in which the architecture space is extremely limited.

rail transit; air-water system; air-air system; ventilation and air-conditioning system of public area; air-distribution system; water system

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.01.020

2016-02-15

2016-03-16

徐虹玲,女,高級工程師,從事軌道交通暖通設計.xuhongling@bjucd.com

U231.5

A

1672-6073(2017)01-0098-04