蒸發冷卻技術在地鐵環控系統中研究現狀及應用形式探討

王明豪

【摘 要】蒸發冷卻技術在地鐵站中的應用，可以有效解決冷卻塔設置造成的問題，降低地鐵的能耗。通過對蒸發冷卻技術在國內外地鐵站中的應用和研究，提出該技術可采用不同形式滿足地鐵地下站和高架站的短期舒適性要求。結果表明，該技術不僅適用于干旱區的車站系統，而且可以應用于全國一些具有高縣特色的環境控制小系統設備。

【關鍵詞】蒸發冷卻；地鐵；高架；車站；環控系統；冷卻塔

引言

隨著經濟的發展和人們生活節奏的加快，城市交通日益擁擠，給城市交通帶來了巨大的壓力，因此地鐵這項交通工具應運而生，己經成為公共交通的重要方式之一。地鐵以快捷、方便、省時、大運量的優點作為城市交通的骨干，能有效緩解交通擁堵，緩解城市交通的壓力，提高城市交通的效率。地鐵通風空調系統作為地鐵正常運行的一個重要組成部分，能耗巨大，約占地鐵總能耗的40%左右，節能潛力巨大；并且地面冷卻塔設置影響城市美觀和居民生活，已成為一個亟待解決的問題。因此，地鐵通風空調系統節能、優化尤為重要。

1蒸發冷卻技術在國內外地鐵研究及應用現狀

國外已有在地鐵通風空調系統中應用蒸發冷卻技術的工程實例。西班牙馬德里地鐵站采用直接蒸發冷卻系統，使用噴霧器對空氣進行降溫，通過水的直接蒸發吸熱冷卻送風。每小時蒸發1L的水大約有0.68kW的制冷量。在相同條件下將直接蒸發冷卻與等效的冷水機組進行了對比，通過監測數據證明了直接蒸發冷卻比冷水機組更節約能源，成本更低[1]。伊朗首都德黑蘭是中東第三大城市，人口眾多，交通十分擁擠。德黑蘭地鐵系統是中東規模最大的地鐵系統，目前共有5條線，總設計長度接近150公里，地下站臺近110座。其中最核心的地鐵1號線和地鐵4號線，采用直接蒸發冷卻通風降溫系統來滿足站廳站臺人員舒適性要求。倫敦地鐵為了緩解高溫天氣帶來的不舒適感，在不同車站分別采用噴霧蒸發冷卻、蒸發冷卻空調機組、可移動蒸發式冷氣機三種不同形式的直接蒸發冷卻系統來保證乘客及工作人員的熱舒適性，并對其應用效果進行了測試研究。《公共建筑節能設計標準》（GB50189-2005）中規定：“在滿足使用要求的前提下，對于夏季空氣調節室外計算濕球溫度較低、溫差較大的地區，空氣的冷卻過程宜采用直接蒸發冷卻、間接蒸發冷卻或直接蒸發冷卻與間接蒸發冷卻相結合的二級或三級蒸發冷卻方式”。因此地鐵通風空調系統采用蒸發冷卻技術有廣闊的前景。

2蒸發冷卻技術在地鐵應用形式探討

2.1高架車站應用蒸發冷卻技術

高架車站即車站結構位于地面高架橋上。車站站臺為半敞開式結構，由于其結構特殊性，不設空調系統，僅靠自然通風帶走車站內熱量。夏季室外持續高溫，酷暑難耐，車站管理人員長時間在這種環境工作，嚴重影響身體健康，同時也不能保證乘客的舒適性要求。因而，高架車站的降溫問題是一項迫切需要解決的問題。在南方高濕度地區，已有在高架車站建設空調等候室來改善這種狀況。如上海地鐵的部分高架車站安裝了空調等候室，在站臺側建立小的密閉的房間，乘客可以隨時進入，享受短暫的舒適。在我國干旱、半干旱及中等濕度的地鐵高架車站中，采用蒸發冷卻的通風降溫方式，對站臺人員區域進行局部降溫，可有效改善人員的舒適性；相比于建設密閉的空調房間，不僅降低了能耗，而且可以保證較多人員的短暫舒適性要求。同時，車站站臺兩端與室外相通，在活塞風的作用下，站內空氣與室外空氣之間不斷的進行對流換熱，可避免采用蒸發冷卻技術造成濕度過大的問題。目前在建的西安地鐵三號線已在地鐵高架車站上使用此種方式進行局部降溫，在站臺層的兩端設置直接蒸發冷卻器，具體直接蒸發冷卻設備形式可采用蒸發式冷氣機，可移動蒸發式冷風扇，廣告媒體機等設備。

2.2地鐵車站分對象應用蒸發冷卻技術

地鐵車站環控系統一般分為：環控大系統和環控小系統及隧道通風系統，并按兩端分別獨立設置。環控大系統用于站廳和站臺公共區通風、空調及防排煙。地鐵環控小系統用于設備區設備房通風、空調及防排煙。目前己有學者對蒸發冷卻技術在全國地鐵車站的應用區域進行了劃分，劃分依據以濕球溫度為單一指標進行，將全國劃為四個設計區域。此種劃分方式僅是針對地鐵車站環控系統總體上是否適合采用蒸發冷卻技術，主要考慮的是環控大系統，并沒詳細考慮車站內部構成。如前文所述，蘭州，烏魯木齊等地地下車站及高架車站重點考慮在其環控大系統采用蒸發冷卻技術。地鐵環控小系統i要負術設備用房的空調。技術設備用運是為保證列車正常運行，保證車站內具有良好環境條件及事故災害情況下能夠及時排除災情的不可缺少的設備用房。主要包括環控室、變電所、綜合監控室、車站控制室、防災中心、通信設備室、信號設備室、商業通信設備室、自動售檢票室、消防泵房、污水泵房、廢水泵房、照明配電室、環控電控室以及上屬用房的值班室、FAS、BAS、AFC室、工區用房、附屬用房及設施等。地鐵小系統所控制的設備用房，它的負荷特性是高顯熱，發熱量大，需24小時不間斷運行。由于其特殊的負荷特性，對于濕度要求并不嚴格的場所，均可采用蒸發冷卻技術來滿足環境要求。例如上述設計四區，大系統己經不適用單獨采用蒸發冷卻技術，但是部分小系統設備房間，由于其高顯熱的特性，仍可采用蒸發冷卻系統來滿足其要求。另一方面，傳統的機械制冷系統由于小系統的晝夜不間斷運行，會導致在夜間停止大系統后，水系統長時處在低負荷狀態下運行，極大地浪費了能源。因此可以在地鐵車站此類環控小系統單獨采用蒸發冷卻技術。這樣既減少了大、小系統均采用機械制冷系統所帶來的高能耗；同時又避免了大系統對小系統的干擾和影響，起到了“一舉兩得”的作用。

2.3地下車站應用蒸發冷卻技術

西北干燥地區具有夏暖冬冷、氣候干燥的特點，具有豐富的干空氣能，干濕球溫差大，適合采用蒸發冷卻技術。蘭州、烏魯木齊等地鐵地下車站通風空調將直接蒸發冷卻技術與傳統的機械通風系統相結合形成一種新的地鐵通風系統形式，即直接蒸發冷卻地鐵通風降溫系統。直接蒸發冷卻地鐵通風降溫系統相比于傳統機械通風系統與閉式空調系統，其所需要的通風量約為傳統機械通風系統的一半，略小于閉式空調系統；雖然初投資略高于傳統機械通風系統，但年運營維護費用比傳統機械通風系統低，且舒適性比傳統機械通風系統好，初投資及運營費遠低于達到相同效果的閉式空調系統。

結語

綜上所述，地鐵車站采用蒸發冷卻技術不僅僅局限于西北干燥地區，對于全國地鐵車站具有高顯熱特點的環控小系統均可考慮其適用性，相比于全部采用機械制冷閉式空調系統而言，可減少機械制冷系統的制冷量，進而減少了冷卻塔設置的數量，可有效地緩解冷卻塔設置的問題。

參考文獻：

[1]何葉從.地鐵專用間接蒸發冷卻器研究[D].重慶：重慶大學，2009.

[2]盛曉文，黃翔，屈元.直接蒸發冷卻通風降溫系統在蘭州地鐵的應用分析[J].制冷與空調，2014，14（4）：85-88.

[3]盛曉文，黃翔，屈元.淺談直接蒸發冷卻空調在地鐵的適用性[J].制冷技術，2012，32（4）：59-62.

[4]盛曉文，黃翔，屈元.蒸發冷卻空調系統在地鐵中適用性分析[J].潔凈與空調技術，2013，（2）：13-16.

（作者單位：天津市地下鐵道集團有限公司）