蒸发式冷凝机组在地铁车站的应用分析
2012-06-19吴允昌
吴允昌
(深圳市市政设计研究院有限公司 广东深圳 518026)
1 地铁车站概况
随着地铁建设的网络化，换乘车站越来越多，但确定地面风亭及冷却塔的位置将更加困难，特别是在市中心繁华的地带。
田贝站是深圳地铁7号线的换乘站，与地铁3号线在此形成T字(站厅层)换乘，沿市政道路布置，呈东西走向;车站北面是办公楼、工业厂房，南面是学校，东面是3号线田贝站。现该站已建成，没有考虑冷源共享。
该站为地下3层双柱三跨12 m岛式站台车站，地下1层为站厅层，地下2层为设备层，地下3层为站台层，车站的环控机房位于设备层中部。现车站的小里程端的2个活塞/机械风亭设置于人行道上(局部占用)，大里程端的活塞/机械风亭设置于学校内，车站的新排风亭设置于车站中部，各设1座。
此站附近用地紧张，市政用地有限，风亭已占用了人行道区域，没有冷却塔设置的位置;同时，考虑对周围商铺、人行及景观的影响，车站的风亭基本采用低矮敞开的形式，冷却塔无条件设置在风亭上方，现场冷却塔设置的位置协调难度大。
缺少冷却塔，传统的水冷螺杆式冷水机组就无法运行。下面对蒸发冷凝机组应用于此站是否可行进行分析。
2 采用蒸发式冷凝机组的可行性
2.1 蒸发式冷凝技术
2.1.1 蒸发式冷凝工作原理
蒸发式冷凝器以水和空气作为冷却介质，它利用水的蒸发带走气态制冷剂的冷凝热。
在工作时，冷却水由水泵送至冷凝管组上部的喷嘴，均匀地喷淋在冷凝排管外表面，形成一层很薄的水膜，高温气态制冷剂由冷凝排管组的上部进入，被管外的冷却水吸收热量而冷凝成液体从下部流出，吸收热量的水一部分蒸发为水蒸气，其余落在下部的集水盘内，供水泵循环使用，风机强迫空气以3～5 m/s的速度掠过冷凝排管促使水膜蒸发，强化冷凝管外放热，并使吸热后的水滴在下落的进程中被空气冷却，蒸发的水蒸气随空气被风机排出，未被蒸发的水滴被脱水器阻挡住而落回水盘。水盘中设浮球阀，自动补充冷却水量。
结构上将冷凝器和冷却塔合二为一，省略了冷却水从冷凝器到冷却塔的传递阶段;充分利用水的蒸发潜热来冷却工艺流体，用水量为水冷式冷凝器的45%～50%。图1是蒸发式冷凝技术原理。
2.1.2 蒸发式冷凝冷水机组形式
蒸发式冷凝水机组分为3种形式:整体式冷冻水空调系统、分散式冷冻水空调系统、分体式冷媒直膨空调系统。
1)整体式冷冻水空调系统:将压缩机、冷凝器、蒸发器等组合在一起，冷量范围230～1 200 kW，65～350 RT。
图1 蒸发式冷凝技术原理
2)分散式冷冻水空调系统:将压缩蒸发机组与蒸发式冷凝器分开设置。
3)分体式冷媒直膨空调系统:蒸发式冷凝器+蒸发压缩送风机组，蒸发式冷凝器+压缩机组+蒸发送风机组，蒸发式冷凝压缩冷凝机组+蒸发送风机组。
本站采用整体式冷冻水空调系统。
2.1.3 蒸发式冷凝空调机组优点
本产品采用蒸发式冷凝技术，不需要配置冷却水塔，在城市景观上，解决了冷却水塔室外安装影响市容以及噪声、“飞水”影响周边居民的问题。
本产品采用蒸发式冷凝技术，标准工况下系统能效比高，明显优于冷水机组能源效率的国家最新等级指标Ⅰ级水平，比水冷机组节能15%以上，更比一般风冷机组节能35%以上，具体可见表1。
2.2 需解决的问题
蒸发式冷凝冷水机组放置于地下，需解决如下的问题。
2.2.1 蒸发冷凝式冷水机组的机房位置
蒸发式冷凝冷水机组机房需设置在靠近新、排风道，以便将热量排出。如前所述，车站的新、排风亭设置在中部，现新、排风亭的距离约为20 m、净宽7.3 m。车站通风空调系统的冷负荷约为1 050 kW，若采用2台整体式蒸发式冷凝冷水机组，每台为525 kW，每台设备的尺寸约为4 000 mm×2 300 mm×3 000 mm(长×宽×高)。可在新排风亭间设置蒸发式冷凝冷水机组机房，将冷水机组、水泵、集水器、分水器等放置在机房内，图2是冷凝新排风井总平面图。
表1 蒸发式系统与传统风冷式、水冷式系统能耗的比较
图2 冷凝新排风井总平面图
2.2.2 机组的整体吊装及运输通道
如前所述，本站为地下3层站台车站，地下1层为站厅层，地下2层为设备层，地下3层为站台层。现冷水机房的位置位于车站站厅层中部的附属结构内，靠近公共区，不能通过轨道运输的方式解决运输问题;车站排风亭为8 000 mm×3 300 mm，设备的尺寸约为4 000 mm×2 300 mm×3 000 mm(长×宽×高)，可通过车站排风亭运输设备，图3是冷水机组的运输路径。
2.2.3 冷凝排风对车站其他排风系统的影响
图3 冷水机组运输路径
图4 冷水机组冷凝通风平面图
图5 冷水机组冷凝通风剖面图
该站的排风井、环控机房在车站中部，车站大、小系统的排风分别接至设备层(地下2层)的排风道，冷水机房位于站厅层(地下1层)，若冷水机组的冷凝排风(约100 000 m3/h)直接排至排风井，对其他排风系统会产生背压影响。
采用车站大、小系统的排风井与冷水机组的冷凝排风井分开，可解决此问题。同样，车站大、小系统的新风井与冷水机组的冷凝新风井分开。图4是冷水机组冷凝通风平面图，图5是冷水机组冷凝通风剖面图。
2.2.4 机组及冷凝排风产生的噪声处理
上述车站的大、小系统的新排风井与冷水机组的冷凝新排风井分开设置，在冷凝新排风井上设消音器(见图4)，对机组及冷凝排风进行噪声处理，以满足 GB 3096—2008《声环境质量标准》的要求。
2.2.5 人员检修通道的设置
由于冷水机房靠近站厅层的公共区，环控机房在设备层，如要通过设备层的环控机房进入站厅层的冷水机房检修就十分不便。可在站厅层冷水机房与站厅层公共区的隔墙处设防火门，以满足日常维护、检修的需要(见图3)。
2.2.6 附属施工对设备安装工期的影响
需与结构专业沟通，避免附属施工的滞后对设备安装、调试工期产生影响，最终影响线路的正常开通。
3 投资及运行费用的比较
3.1 初投资
水冷式冷水系统与蒸发式冷水系统的初投资比较见表2。
由此可见，蒸发式冷水系统的初投资比水冷式冷水系统的初投资增加约140万元。
3.2 运行的费用
水冷式冷水系统与蒸发式冷水系统的运行耗能比较见表3。
系统运行每天按18 h计算，每年按365天计算，系统同时使用系数取0.6，电费标准0.7元/kW，则20年节省的费用:(340－269)×18×365 ×20 ×0.6 ×0.7=391.8(万元)。
由此可见，建设期总投资增加约为126万元，运营期系统的运行费用明显减少，约为392万元(按20年计)。
综上所述，笔者介绍了蒸发式冷凝技术，讨论了采用蒸发式冷凝技术需解决的问题，对投资及运行费用进行比较分析，说明蒸发式冷凝机组应用于该站是可行的。
表2 不同系统的初投资比较
表3 不同系统的运行耗能比较 kW
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