地鐵車站溫濕度獨立控制空調系統論述與應用

岳衛保

（山西省工業設備安裝集團有限公司，山西 太原 030032）

1 傳統空調系統組成及存在的問題

1.1 傳統空調系統組成

目前地鐵車站常用的空調系統為傳統集中式全空氣空調系統，即全部采用經空氣處理機組處理過的空氣負擔室內空調負荷，并采用一次回風系統，空氣處理機組集中設置在機房內，空氣經過處理后，由風管送入各空調區域。另有極少數車站部分房間采用了半集中式空調系統，即除了有集中的空氣處理設備外，在這些房間及部分公共區域加設風機盤管或多聯空調機來承擔相應區域的空調負荷。采用集中式空調系統的空氣處理機組是整個空調系統的核心，通常分三段，分別由初效過濾器、電子除塵凈化裝置組成第一段，表冷盤及冷凝水卸放裝置組成第二段，消聲裝置及附件組成第三段，冷熱負荷全部由第二段負擔。

1.2 傳統空調系統存在的問題

傳統的空調系統大多采用冷凝方式對空氣進行降溫除濕處理并處理空氣中的顯熱負荷和濕負荷。首先由于冷凝除濕必須要求制冷劑或冷凍水的溫度低于室內空氣的露點溫度，但如果僅是單獨降溫需要制冷劑或冷凍水的溫度低于室內空氣的干球溫度，兩者結合既除濕又降溫必然造成能源的浪費；其次該種空氣處理方式中除濕與降溫不能同時準確的控制室內溫度和濕度，經常出現過冷、潮濕等情況，而且冷凝除濕產生的冷凝水容易導致大量病菌，間接危害人們的健康。總而言之，傳統空調系統存在三大弊端：能耗高，負荷變化適應性差，空氣品質差。

2 溫濕度獨立控制調節空調系統分析概述

溫濕度獨立調節控制系統很好的解決了上述傳統空調系統所存在的問題，通過利用其有效的方式將熱和濕分開進行處理，采用溶液除濕、轉輪除濕等方式單獨控制空氣濕度，并利用溫度較高的冷源控制室內溫度，大大提高了制冷機組運行時的能耗比。地鐵車站作為典型的地下大空間建筑，室內人員、燈光、設備等熱源的發熱量是影響地鐵車站空調冷負荷的主要因素，同時，四面圍護結構壁面散濕量較大，而且地鐵車站人數變化范圍較大，導致車站內熱濕比變化較大。該系統在地鐵車站中的應用卻屈指可數，下面以此站為例進行改系統分析研究。

2.1 溫濕度獨立調節空調系統工作原理

溫濕度獨立調節空調系統是對常規空氣處理方式的變革，改變了常規空調用低溫水同時處理室內余熱、余濕的設計理念，以高溫冷水處理顯熱余熱，同時以鹽溶液為調濕介質的新風機組調節空氣（新風）含濕量，在降低了能耗同時可靈活適應室內熱濕比變化，實現了對溫度和濕度兩個參數的全面調節與控制，而且可以顯著提高室內空氣品質，根治了常規空調系統的三大痼疾。

下面具體介紹次站熱泵式溶液全空氣機組組成特點及工作原理。整個設備主要由調濕濕單元、全熱回收單元、再生單元以及干式表冷單元四部分組成，下面以夏季工況為例，分別介紹各組成部分的工作原理。

除濕單元：溶液從溶液槽內被溶液泵抽出，與熱泵循環的蒸發器換熱后，溶液被冷卻降溫，送入布液器，均勻噴曬在填料表面，低溫的濃溶液與空氣接觸后，吸收空氣中的水分和熱量，形成干爽涼快的空氣。

全熱回收單元：溶液泵從下層單元模塊的溶液槽中把溶液輸送至上層單元的頂部，溶液自頂部的布液器噴淋而下潤濕填料，并與室內回風在填料中接觸，溶液被降溫濃縮，回風被加熱加濕。降溫濃縮后的溶液從上層單元底部溢流至下層單元頂部，經布液器均勻分布到下層填料中，室外新風在下層填料中與溶液接觸，溶液被加熱稀釋，空氣降溫除濕。

再生單元：溶液在除濕單元中吸收空氣中水分，溶液濃度變小，稀釋液被輸送至再生單元，與熱泵循環的冷凝器換熱后，溫度升高，加熱的稀釋溶液與空氣接觸，向空氣釋放水分和熱量，得以濃縮，恢復吸濕能力

干式表冷單元：利用逆流換熱原理，空氣與高溫冷水進行熱量交換，得到低溫低濕的空氣。

2.2 溫濕度獨立調節空調系統核心技術

2.2.1 單元噴淋模塊

溶液與空氣直接接觸的傳熱傳質基本單元可以應用于眾多的氣液直接接觸的傳熱傳質場合，它的基本原理是在全熱交換過程中通過熱交換器引入外加的熱源（或冷源），使得吸濕液體在與氣體接觸的過程中同時被加熱或冷卻。這為實現空氣與溶液之間的可逆熱質交換過程提供了可能。

2.2.2 調濕機組的自動控制系統

空調區域的室內環境以及室外新風狀態是一個動態變化過程，設備必須根據室內外空氣的各項參數調節其處理后輸出空氣的參數。調濕機組出口的空氣參數主要與調濕溶液的溫度、濃度相關，不同的濃度對應不同的空氣處理狀態點。

2.3 熱泵溶液空調機組的組成及進場運輸方式

次站溫濕度調節系統業主統一采購了國內一家高新技術生產廠家生產研發的2 臺熱泵溶液除濕新風機組及2 臺熱泵式溶液除濕全空氣機組，設備技術質量方面其產品2007年通過了ISO9001：2000 質量認證體系。業主委托專業的設備監造監理單位全程跟蹤設備的制造過程。熱泵式溶液除濕全空氣機組由傳統的全空氣機組外加溶液機組兩部分組成，受施工現場條件制約，散裝更利于進場，但由于溶液段結構復雜，只能整段運輸進場，業主考慮全空氣段散裝拼裝不利于發揮溶液空調箱的最佳使用效果，因此經過廠家與我方實地調研，最終確定該種設備共分三段進場。

機組總長8400mm，其中溶液段為3250mm*2300mm*3100mm（長*寬*高）總重達4t,屬于三段中重量最大的一段，混風段為3050mm*2050mm*3100mm（長*寬*高）總重為1.2t，送風段為3010mm*3210mm*3050mm（長*寬*高）總重為1.5t。機組利用吊車由靠近安裝機房位置一側的車站通風井進入車站內，進行組對安裝。

3 技術經濟分析比較及發展趨勢

以下對傳統空調系統與溫濕度獨立調節系統一整年運行能耗情況進行對比分析，其中方案一代表傳統集中式空調系統，方案二代表傳統半集中式空調系統，方案三代表溫濕度獨立調節空調系統。

技術經濟比較分析

由于常規空調系統具有能耗高、難以適應室內熱濕比的變化、室內空氣品質低等弊端，尤其在地鐵車站等含濕量大的空間，常規空調系統的劣勢凸顯得更加明顯，因此，能夠解決常規空調系統弊端的空調技術必將成為今后地鐵車站空調系統設計發展的方向，而溫濕度獨立控制空調技術作為其中之一在今后地鐵車站空調系統設計方面必將具有廣闊的發展前景。