蒸發式冷凝空調系統在地鐵中的應用分析

陳潔

中鐵上海設計院集團有限公司徐州設計院

傳統地鐵車站一般采用冷卻塔+水冷冷水機組+空調末端設備的設計方案，但是傳統地鐵車站的通風空調問題及矛盾比較突出。針對冷卻塔存在的選址難、征地難、布置難等難題，外加越來越重視節能環保等相關問題，很多省市的地鐵開始采用蒸發式冷凝空調系統[1]。

1 蒸發冷凝空調在地鐵中應用方案的對比

1.1 整體式蒸發冷凝空調系統

蒸發冷凝冷水式空調系統在地鐵設計中已經較多的應用，現舉例常見的兩種方案對比下這兩種形式的模式及對土建的影響。整體式的蒸發冷凝機組布置在冷水機房內，相比其他形式的需要增設兩臺風強排風機，將熱量排至排風道內，從新風道通過引風閥引入新風，因此新排風道需要考慮這部分風量從而加大土建的風道面積，一般標準站風道過風面積約需增加8 m2左右[2]。此種方案布置圖見圖1。

圖1 整體式蒸發冷凝空調系統方案布置圖

1.2 分體式蒸發冷凝空調系統

分體式蒸發冷凝空調系統是通過風機墻，從新風道引入新風，然后通過機組，將熱量排出排風井，不需要設置強排風機，機組的位置相對傳統和整體式系統的位置有所不同，根據圖2 的方案布置圖可以清晰地看出，分體式蒸發冷凝空調系統的冷凝機組設置在新排風道之間，壓縮機裝置仍設置在冷水機房，風道內的蒸發冷凝機組相對整體式的要小一些，但是這種方案并沒有節省冷水機房的占地面積，風道的面積也與整體式一樣，需增加8 m2左右過風面積[3]。

圖2 分體式蒸發冷凝空調系統方案布置圖

1.3 直膨式蒸發冷凝空調系統

直膨式蒸發冷凝空調系統的機組也是設置在新排風道處見圖3，與分體式類似，相對之前的兩種系統，更主要的變化在于空調末端的變化，將壓縮機至于空調箱內變為直膨式空調末端，機組直接連接直膨式空調，從而實現了冷媒在末端設備內直接換熱，因此相對傳統的空調系統，不僅解決了冷卻塔的問題，同時對空調的機房也做了更大的簡化，不需要冷水機房，節約了空間，只是空調末端的設備相對傳統的略大一點。這種系統設備少，比較簡約，故障點少，便于管理，但是這種方案在地鐵中應用時間較短，應用案例較少，對于后期運營的設備運行維護人員要求較高，需要經過專業培訓，安全熟練使用本系統。就目前而言，這種方案的設備投資相對較高，但是這種形式的空調系統多樣化，講冷凝器、壓縮機等部件進行不同的組合，更靈活解決地鐵中設備布置困難等問題。

圖3 直膨式蒸發冷凝空調系統方案布置圖

2 不同類型空調系統在地鐵應用中的經濟性分析

2.1 不同空調系統的設備初投資

現以濟南一標準車站為例，車站大系統的冷負荷大約為1000 kW，小系統冷負荷大約為350 kW，下表將傳統空調系統與蒸發冷凝冷水式系統與直膨式系統做對比，設備的數量及初投資見表1：

表1 設備初投資對比表

2.2 不同空調系統運行效率

冷負荷按照1350 kW 來計算，將傳統空調系統、蒸發冷凝冷水式系統與直膨式系統進行對比，采用名義工況下制冷水系統的綜合能源效率COPS 進行對比分析，空調季名義工況下COPS 計算表2。通過此參數的對比，可以明顯看出蒸發式冷凝直膨式空調系統的效率較高，節能顯著。

表2 空調季名義工況下COPS 計算表

2.3 不同空調系統運行費用

從水電費用上進行分析，以空調季節按照150 天運營考慮，每天運行17 h 計算，連續運行20 年，電費按1 元/kW·h 計算，使用系數按照0.6 折算，蒸發冷凝直膨式系統比傳統空調系統20 年節省費用為：(357.5-270.2)*17*150*20*0.6*1=267.14 萬元。根據廠家提供的相關參數，水費暫按2 元/m3計算，對比這兩種系統運行時設備的耗水量，蒸發冷凝直膨式系統比傳統空調系統的耗水每年耗水量將近為1.5 萬m3，每年均能節約水費3 萬元，20 年節省費用為60 萬元。

所以，蒸發式冷凝直膨式系統運行20 年可以大約節省327 萬元。

2.4 不同空調系統占地面積及環境影響

傳統空調冷水系統方案下標準站一般需要設置約140 m2的制冷機房來放置2 臺冷水機組，2 臺冷凍循環泵，2 臺冷卻水循環泵，分集水器等，并且需要在室外設置地面式冷卻塔，膨脹水箱及設備圍欄，占地約60 m2。蒸發冷卻式空調系統可以節省大約100 多m2的面積，在地鐵項目中，主體內地下制冷機房單位面積造價大約1.0 萬元/m2，每座地面式冷卻塔土建費用為10 萬元/座，比傳統空調系統可以節省100 多萬元的土建費用。同時冷卻塔還會產生噪聲和漂水的現象，造成環境不和諧，一度引起周圍居民的投訴。而使用蒸發冷空調系統就可以避免這些問題的出現，使社會環境更加和諧。

3 結論

通過對傳統空調系統，蒸發冷凝冷水式系統與直膨式系統的對比介紹以及經濟性分析，同時結合地鐵實際設計相關問題分析，蒸發冷凝空調系統的應用無論是在環境保護，投資成本以及節約能耗等方面都有明顯的優勢，在地鐵項目中的運用也是更加廣泛。蒸發式冷凝空調系統也是越來越多樣化，越來越靈活巧妙的解決地鐵中存在的各種問題。