蒸发式冷凝冷水机组在地铁车站的应用

李林林 罗 辉 罗燕萍

(广州地铁设计研究院有限公司 广州510010)

随着地铁线网规划的覆盖面积不断增加，如何将地铁工程与繁华拥挤的城市环境协调是目前地铁建设中日益突显的问题。针对通风空调系统，对城市环境有影响的设备是风亭和冷却塔。冷却塔对环境产生影响的方面包含噪声、排风和景观。目前最常用的方式是采用下沉式冷却塔，并控制冷却塔与周边敏感建筑的间距来达到噪声和景观的要求。对于设置冷却塔条件紧张的车站，其处理措施是采用消声设备将冷却塔围闭，但该措施增加造价的同时也降低了冷却塔的效率。目前，市场有一种板管蒸发式冷凝空调机组，该机组安装灵活，室内、室外均可安装，笔者选取广州某在建地铁站对蒸发式冷凝空调机组在地铁工程中的应用进行分析。

1 板管蒸发式冷凝机组技术分析

1.1 蒸发式冷凝器的基本原理

板管蒸发式冷凝技术在结构形式上就是将水冷冷凝器和冷却塔合二为一，蒸发式冷凝器以蒸发换热和显热交换为基础，利用冷却水分布在换热器表面形成水膜，水膜与强制流动的空气直接接触，冷凝器将热量传递给水膜，水膜发生不饱和蒸发并与空气进行热质交换，最后由空气带走热量［1-6］。

1.2 蒸发式冷凝冷水机组特点

板管蒸发式冷凝空调机组设计采用板管蒸发式冷凝器，具有以下特点［7-10］:一是节能运行，在同样环境温度条件下，板管蒸发式冷凝的温度较风冷与水冷的温度要低，可提高压缩机的性能系数;二是机组布置，机组安装灵活，室内外均可以安装，但安装于室内需增加机械进排风系统，以满足机组通风需求;三是系统维护，系统无需冷却水管路系统，可节省该部分的维护费用。

2 车站蒸发冷凝冷水机房布置方案

2.1 车站冷负荷

车站为地下2层岛式车站，车站冷负荷设计参数如下:大系统570 kW，小系统410 kW，总负荷980 kW。车站拟采用2台螺杆式蒸发式冷凝冷水机组作为空调系统冷源，每台冷量490 kW。车站周边建筑较为密集，为有效克服设备噪声和对景观的影响，并体现机组可安装于室内的特点，将冷水机房设置于地下，同时对机组增设机械通风系统，以满足设备安装于室内时的通风需求。

2.2 冷水机房布置

机房考虑与车站附属建筑合建，机房新风亭与车站新风亭合用;受车站周边条件制约，机房单独设置排风亭，不能与车站排风亭合用。机组为两侧进风，为保证机组每个进风面自然进风的气流组织均匀，在机房进风端留出2.5 m长的进风空间;机组取消了自身的排风机，每台机组各配置1台排风机进行机械排风，自然进风。机组冷凝器共有4个模块，为保证每个模块的排风均匀性，在机组上方设置排风夹层，夹层高度3 m。每台机组共有2排板管式冷凝器，分别从机组的两侧进行维护，每个冷凝器长度为0.6 m。根据厂家的技术资料，两侧的维护长度为1个冷凝器的长度时即可在机房布置，还要同时考虑机组安装检修空间、机组机械排风设备的安装检修空间、消声设备的安装检修空间和机房进排风道的用地，机房平剖面布置如图1～3所示。机房面积约195 m1(含风道)，机房高度约8.1 m，机房主要设备如表1所示。

图1 冷水机房平面

图2 冷水机房排风夹层平面

图3 蒸发式冷凝冷水机房剖面

表1 蒸发式冷凝冷水机房主要设备

2.3 机房噪声处理

根据总平面布置，机房风亭距敏感建筑物的间距为7.6 m。蒸发式冷凝方案在1.5 m层敏感点的噪声计算如图4所示，蒸发式冷凝机组机械风机声源采用的频谱如表2所示，计算结果如表3所示。

针对噪声处理，可以考虑对压缩机增设消声罩，但需估计消音罩对压缩机运行效率的影响。同时，在排风道内设置长度为3 m的消声器，将噪声控制在规范要求范围内。

图4 蒸发式冷凝敏感点计算

表2 排风机声源频谱

表3 噪声治理前蒸发式冷凝敏感点的噪声

2.4 水质要求

设备对水质有较为严格的要求，若冷冻水和冷却水的水质不良，不仅会使换热器结垢，影响热交换效率，降低机组性能，而且会腐蚀换热器，致使机组发生重大故障。在机组运转期间，应定期对冷却水(开式系统的冷冻水)进行抽样分析，如果达不到要求，应进行水质处理(水质要求见表4)。

表4 机组水质要求

3 能耗及环境影响分析

3.1 机组年能耗计算

对冷水机组+冷却塔和蒸发式冷凝机组进行年能耗分析，因负荷侧系统形式相同，故仅取机组部分及水冷机组的冷却水部分进行能耗分析计算。机组年能耗如表5所示。

3.2 其他设备年能耗计算

蒸发式冷凝机组将冷却水泵、冷却塔和冷水机组集成为一体，系统无需再另外设置冷却水泵和冷却塔，但因机组设置于室内，需配置相应的机械通风系统，以保证机组正常运行，能耗较高。冷源侧其他设备年能耗如表6所示。

表5 机组年能耗计算

表6 冷源侧其他设备年能耗计算

综上所述，当蒸发式冷凝机组置于室内时，因增加排风机的能耗，与常规冷水机组系统的能耗基本相当。若将机组置于室外，则年能耗较常规冷水机组系统低。

3.3 环境影响分析

将蒸发冷凝机组设置于地下机房，留在地面的建筑为进、排风亭2个敞口风亭，对外界景观影响小。但是，蒸发冷凝机组的冷却水直接与冷凝器接触，排气温度和湿度相比冷却塔要高，对外界环境影响大。同时，机房进、排风与车站风亭合用，增加了风亭的规模。

3.4 车站主体建筑布局

对于新建项目，可优化机房选址，合理利用车站内风道等附属建筑空间，在一定程度上减少车站主体内部机房占用面积，压缩投资。根据车站建筑布局，当车站主体内取消冷水机房后，通过调整设备区房间布置，可增加公共区面积。增加的面积可用于商铺等商业设施，以增加经济效益。

4 结语

蒸发式冷凝机组将冷却水泵、冷却塔和冷水机组集成为一体，并且可置于机房内部;若将机房设于地下车站附属建筑内，对于车站主体可节省冷水机房用地，缩短车站长度，或增加公共区面积。这对于解决冷却塔设置困难的问题，是一种可行的方案。

［1］Manske K A，Reidl D T，Klein S A.Evaporative condenser control in industrial refrigeration systems［J］.International Journal of Refrigeration，2001，24(7):676-691.

［2］蒋翔，朱冬生，李志明，等.蒸发式冷凝空调的性能强化及应用研究［J］.暖通空调，2008，38(5):56-59.

［3］郝亮，阚杰，袁秀玲.蒸发式冷凝器稳态模型数值模拟［J］.制冷与空调，2005，5(4):31-34.

［4］王生软，丁瑞华，时阳，等.部分负荷下板式蒸发器换热性能的实验研究［J］.制冷空调与电力机械，2007，28(116):73-75.

［5］朱冬生，沈家龙，唐广栋，等.水分布对蒸发式冷凝器传热传质的影响［J］.工程热物理学报，2007，28(1):83-85.

［6］余江海，陆震，范林.蒸发式冷凝器应用现状及存在问题探讨［J］.制冷技术，2001(2):33-36.

［7］涂爱民，朱冬生，吴治将，等.蒸发式冷凝器空调系统的性能及应用［J］.华南理工大学学报:自然科学版，2007，35(11):66-70.

［8］杨红波，冯昊艳.蒸发式冷凝的应用分析［J］.南华大学学报:理工版，2004，18(1):70-75.

［9］张景卫，蒋翔，吴治将，等.蒸发式冷凝器异型管束中流体流场数值模拟及实验研究［J］.流体机械，2008，36(8):8-11.

［10］邱嘉昌，刘黄炳.制冷系统采用蒸发式冷凝器的节能效果［J］.上海节能，2006(2):29-31.