水冷制冷剂直接蒸发式空调系统在地铁站的应用

高 康，张海波

( 珠海格力电器股份有限公司，广东 珠海 519070 )

0 引言

近年来，随着经济发展，我国城市轨道交通发展迅猛。在地铁车站动力照明能耗中，通风空调(环控)系统所占比例最大。一些研究指出[1]，北方地区环控能耗占地铁总能耗的1/3，而南方地区环控能耗占总能耗的1/2左右，因此，地铁站内的通风空调系统在实际运营中具有较大节能空间。城市轨道交通节能工作的一项重点在于车站节能，尤其是环控。

图1 传统水冷冷水式空调系统原理图

图2 水冷制冷剂直接蒸发式空调系统原理图

图3 水冷制冷剂直接蒸发式磁悬浮机组系统图

1 制冷剂直接蒸发式磁悬浮离心机组

目前绝大多数车站采用传统的水冷冷水机组，冷冻水在空调箱内表冷器处与空气换热(如图1所示)，用于低温送风。但已有许多研究与实践表明[2]，制冷剂直接蒸发式空调系统更适于车站大系统供冷。具体而言，车站两端机房内各设置一套该系统，如图2所示，冷却水分别供给至两端冷机的冷凝器，制冷剂直接进入空调箱蒸发器对空气进行降温除湿。运行时，变频调节压缩机转速以维持空调箱送风温度设定值，变频调节风机转速以维持回风温度设定值。

与传统的水冷冷水系统相比，水冷制冷剂直接蒸发式空调系统具有以下优势：

(1)省去了冷冻水部分及其相应的水系统控制，节省机房面积和初投资；

(2)制冷机组可以安置在组合空调箱一侧，不占用专门机房；

(3)可提高蒸发温度，提高制冷机COP；

(4)系统自动调控更容易实现：根据送风温度调节冷机，根据大厅温度调节风机转速；

(5)制冷机组可与组合式空调箱做成一体化机组，节省机房面积，便于管理；

(6)在北方避免了冬季表冷器冻结问题。

但是，普通的制冷剂直接蒸发式空调系统面临制冷剂输送距离较长、回油困难的问题，若设计、维保不当则反而容易降低机组效率。在此背景下，一些空调厂家已研发出了适用于地铁站的制冷剂直接蒸发式磁悬浮空调机组整体方案。如图3、图4所示，该机组将制冷机组(包括压缩机、冷凝器、节流阀等)内置于组合式空调箱，冷却塔制备的冷却水送至机组内的冷凝器进行换热，节流后的制冷剂进入表冷器直接蒸发、对空气进行降温除湿。这样的一体化设计，不仅节省了冷冻水回路、大型冷水机组的占地，而且缩短了制冷剂输送距离。

更重要的是，该机组采用小型磁悬浮离心压缩机，无需润滑油，避免了回油困难的问题，提升了机组运行可靠性，且能减少机组更换油过滤器和换油的保养步骤。此外，磁悬浮压缩机的无级调节与负荷控制技术相结合，可根据末端需求实现较大范围的无级调节，保证在部分负荷工况下能效较高；压缩机变频运行启动电流仅2A，对电网无冲击，无需昂贵的启动柜。

图4 水冷制冷剂直接蒸发式磁悬浮机组外形图

2 经济性对比

本文通过武汉地铁7号线的某个地铁站的实际应用案例进行制冷剂直接蒸发式空调系统和传统的水冷冷水系统的经济性比较分析。地铁站分大系统(站厅)和小系统(办公区)，大系统用磁悬浮机组代替，小系统用水冷制冷剂直接蒸发式涡旋机组代替(原理同磁悬浮机组)，空调设备清单见表1：

表1 水冷制冷剂直接蒸发式方案与常规方案设备清单

2.1 节能性对比

水冷制冷剂直接蒸发式方案与常规方案设备能效对比见表2。从表2可知，水冷制冷剂直接蒸发式机组方案的系统EER为3.34，比常规系统方案高44%，若按全年耗电量测算，则水冷制冷剂直接蒸发式方案每年节约用电24.3万度电，节能率为32.4%。

表2 水冷制冷剂直接蒸发式方案与常规方案设备能效表

2.2 设备投资对比

表3 水冷制冷剂直接蒸发式方案与常规方案设备投资表

从表3可知，两种方案的设备总投资基本相同。由于水冷制冷剂直接蒸发式机组方案减少了冷冻水部分，因此减少了冷冻水部分的工程造价，所以总的工程造价肯定是比常规方案要小的。

3 结论

综上所述，水冷制冷剂直接蒸发式空调系统适用于地铁站，能有效节省初投资与运行费用。与常规的水冷冷水空调系统相比，水冷制冷剂直接蒸发式空调系统在不增加设备初投资的情况下，能大幅提升空调系统的EER。该系统已应用于实际工程，经测试，使用效果良好，节能显著。因此，在地铁行业具有很大的推广应用价值。

参考文献：

[1] 李国庆.城市轨道交通通风空调系统的现状及发展趋势[J].暖通空调.2011，41(6):1-6.

[2] 中国城市轨道交通协会.城市轨道交通2014年度统计分析报告[J].城市轨道交通,2015,(02):14-18.