胡自林

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510260)

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地鐵區(qū)域集中供冷應(yīng)用實(shí)例研究

胡自林

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510260)

以深圳前海自貿(mào)區(qū)地鐵設(shè)計(jì)為工程實(shí)例，從項(xiàng)目實(shí)際情況出發(fā)，分別進(jìn)行集中供冷和分站供冷的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可行性的比較分析。結(jié)果表明：分散供冷和集中供冷均可滿足各車站冷源的需求，但集中設(shè)置供冷站可減少對(duì)城市環(huán)境的影響，對(duì)城市規(guī)劃和管理有利。采用集中供冷方案，約2 a就可回收增加的初投資，且集中供冷總的設(shè)備少，后期維護(hù)工作量少，便于集中維護(hù)管理，具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

地鐵；集中供冷；分站供冷；經(jīng)濟(jì)性

1　國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

地鐵車站供冷系統(tǒng)可采用分散設(shè)置和集中設(shè)置。分站供冷是各站點(diǎn)獨(dú)立設(shè)置自己的冷水系統(tǒng)，各站的冷凍站只提供本站所需的冷凍水；而集中供冷則是將鄰近幾個(gè)站的冷凍或冷卻系統(tǒng)設(shè)備集中設(shè)置，由集中冷站向各車站提供所需的冷凍水或冷卻水[1-4]。

1)分站供冷：各站的冷水系統(tǒng)完全獨(dú)立，使用靈活，管理方便，但每站都必須在地面設(shè)置冷卻塔。

2)集中供冷：集中供冷分為集中冷凍式和集中冷卻式。集中冷凍式是將冷凍水系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)均集中設(shè)置于冷凍站中，由冷凍站通過(guò)管路集中向各車站輸送所需的冷凍水，各車站不用設(shè)置冷凍機(jī)房，車站預(yù)留與冷凍水干管的接口。集中冷卻式則是僅集中設(shè)置冷卻水系統(tǒng)于冷卻站中，冷凍水系統(tǒng)仍分站設(shè)置。由冷卻站通過(guò)管路集中向各車站輸送所需的冷卻水。集中冷凍、冷卻供冷這兩種集中供冷方案都是集中設(shè)置冷卻塔，而不需要每個(gè)車站設(shè)置冷卻塔?！豆I(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50019—2015)第9章冷源與熱源9.1.3部分的規(guī)定“建筑群同時(shí)具備下列條件且經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較合理時(shí)可設(shè)置集中供冷站：整改區(qū)域供冷點(diǎn)相對(duì)集中，總冷負(fù)荷大時(shí)；集中供冷能減少人員崗位設(shè)置，方便運(yùn)行管理時(shí)；能滿足冷媒參數(shù)需求，且能適應(yīng)冷負(fù)荷調(diào)節(jié)需求時(shí)”[1]。

地鐵車站為吸引客流大多設(shè)置在人流密集的市中心區(qū)，車站冷卻塔的放置場(chǎng)地選擇往往存在一定的困難。此外，冷卻塔運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生一些噪音，對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響，引起市民的投訴。因此，規(guī)劃和環(huán)保部門要求冷卻塔應(yīng)盡量集中設(shè)置，以減小對(duì)城市中心區(qū)環(huán)境的影響。目前已經(jīng)運(yùn)行多年，狀態(tài)良好。目前國(guó)內(nèi)外地鐵雖然大部分地鐵車站采取分站供冷，但一些線路或車站受地面條件制約，采取集中供冷的方案也有不少，如表1[2-9]。

而在國(guó)(境)外集中冷站應(yīng)用情況，有中國(guó)香港、開(kāi)羅地鐵；最近開(kāi)通的長(zhǎng)沙地鐵2號(hào)線也采用了集中供冷系統(tǒng)，共設(shè)置了景泰廣場(chǎng)集中冷站和芙蓉廣場(chǎng)集中冷站。內(nèi)地其他城市已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的地鐵線路尚沒(méi)有采用此項(xiàng)技術(shù)[2-9]。

表1　國(guó)內(nèi)外部分集中冷站統(tǒng)計(jì)表

廣州地鐵2號(hào)線首期工程在國(guó)內(nèi)首次采用了集中供冷方式。針對(duì)在繁華市區(qū)修建地鐵受到規(guī)劃及周邊環(huán)境的制約，每個(gè)車站設(shè)置制冷冷卻系統(tǒng)對(duì)周邊居民及環(huán)境影響較大，而地鐵網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，這種矛盾會(huì)越來(lái)越突出；另外地下車站的熱濕負(fù)荷大，空調(diào)能耗約占總能耗的35%，而制冷能耗又占空調(diào)能耗的1/3的狀況，通過(guò)研究要達(dá)到環(huán)境保護(hù)及節(jié)能目的，根據(jù)當(dāng)?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)合理的進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，要解決高效制冷機(jī)組應(yīng)用、集中供冷長(zhǎng)距離輸送、大溫差節(jié)能、變頻控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)及模糊控制、城市熱網(wǎng)余熱回收制冷及蓄冷等技術(shù)應(yīng)用，將各車站分散的制冷機(jī)集中起來(lái)，集中設(shè)置制冷站，實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。廣州的3，4，5，6和8號(hào)線和廣佛線等均“因地制宜”地采用集中冷站，具有較為豐富的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，較好地解決了環(huán)評(píng)和用地等問(wèn)題。合理的供冷系統(tǒng)布置可充分利用線路上已有的“資源”及城市的“綜合能源梯級(jí)利用”，例如盾構(gòu)始發(fā)井、折返線、聯(lián)絡(luò)線上明挖區(qū)間等有條件的地方，這也符合現(xiàn)行規(guī)范[1]規(guī)定的。

同時(shí)，《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50736—2012)第8章8.8.3區(qū)域供冷站的設(shè)計(jì)的部分規(guī)定：區(qū)域供冷站宜位于冷負(fù)荷中心，且可根據(jù)需要獨(dú)立設(shè)置集中供冷的半徑，應(yīng)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定[10]。

2　技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較

2.1技術(shù)及初投資分析

2.1.1技術(shù)方案分析

前海自貿(mào)區(qū)屬國(guó)家級(jí)高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)區(qū)，世界上很多百?gòu)?qiáng)企業(yè)大都設(shè)置分支機(jī)構(gòu)或辦事處。設(shè)計(jì)的振海路與臨海路地鐵站相距不足400 m，總平面如圖1所示。

方案1：采用集中供冷時(shí)，機(jī)房設(shè)置在振海路站。振海路至航海路(圖2左側(cè))區(qū)間明挖，形成長(zhǎng)265 m，寬12 m的站臺(tái)建筑空間，利用率低，可設(shè)置較大的冷水機(jī)房(需約320 m2)。

在現(xiàn)代社會(huì)中風(fēng)險(xiǎn)無(wú)處不在，內(nèi)部審計(jì)的首要目標(biāo)就是找出企業(yè)的特殊風(fēng)險(xiǎn)。再對(duì)內(nèi)部的審計(jì)工作進(jìn)行高層次、高領(lǐng)域的改進(jìn)管理，從而推動(dòng)整個(gè)內(nèi)部審計(jì)的發(fā)展工作，更加準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)內(nèi)部審計(jì)工作的真實(shí)程度，并將其作為控制風(fēng)險(xiǎn)的主要職能。因此，建立健全高效的風(fēng)險(xiǎn)管理機(jī)制是必不可少的保障措施。

冷卻塔設(shè)置在振海路站夢(mèng)海大道以西綠化帶中，占綠化地面積約為130 m2(冷卻塔尺寸為8.84 m×3.97 m)。同時(shí)集中冷站到相鄰車站的冷凍水管走隧道區(qū)間，不影響現(xiàn)有的隧道限界，如圖3，因此技術(shù)可行。

方案2：采用分站供冷時(shí)，臨海路站設(shè)置冷水機(jī)房大約120 m2，可通過(guò)擴(kuò)大車站增加建筑面積(負(fù)1層站廳外掛冷水機(jī)房)。臨海路的冷卻塔可設(shè)在地面出入口臨近綠化地帶，占綠化地面積約為80 m2(冷卻塔尺寸為4.68 m×3.67 m)；航海路站可在站臺(tái)明挖區(qū)間設(shè)置冷水機(jī)房，地面有條件設(shè)置冷卻塔，因此設(shè)置分站供冷技術(shù)上也是可行的。

圖1　前海區(qū)域地鐵車站位置圖Fig.1 Qianhai district subway station

圖2　前海自貿(mào)區(qū)振海路站負(fù)2層冷水機(jī)房布置圖Fig.2 Cold water room design of Zhenhai Road Station

圖3　標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間斷面冷凍水管示意圖Fig.3 Standard interval profile of chilled water pipe

序號(hào)名稱技術(shù)參數(shù)數(shù)量功率/kW單價(jià)/元總價(jià)/元1冷水主機(jī)1200kW319764473519342052一次冷凍泵水量:103m3/h;揚(yáng)程22m37.521798.465395.23二次冷凍泵水量:35m3/h;揚(yáng)程18m33.720395.761187.14二次冷凍泵水量:70m3/h;揚(yáng)程40m3921798.465395.25冷卻泵水量:276m3/h;揚(yáng)程28m33039088.4117265.26冷卻塔水量:442m3/h;315136150.3408450.97閥門管道等1批3200003200008保溫材料1項(xiàng)6900006900009末端費(fèi)用3412000010總計(jì)3781898.6

2.1.2設(shè)備初投資分析

1)集中冷站

按照前面的分析，對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理選型。將冷卻塔和冷水機(jī)房集中設(shè)置在振海路站，按3臺(tái)冷水主機(jī)配置(夜間滿負(fù)荷運(yùn)行1臺(tái)主機(jī)，滿足夜間電氣設(shè)備房所需冷量)，增加6臺(tái)2次泵，配置如表2。

機(jī)組在名義工況下有較高的的性能系數(shù)值(COP值)，COP值全部達(dá)到《冷水機(jī)組能效限定值及能源效率等級(jí)》(GB 19577—2004)中“表3 能源效率等級(jí)指標(biāo)”中1級(jí)水平[11-12]。

設(shè)計(jì)集中冷站，主機(jī)容量加大，制冷效率提高，按深圳地鐵設(shè)備采用1級(jí)能效考慮，制冷效率將提高11%。

表3　能源效率等級(jí)指標(biāo)劃分表

表4　分站供冷設(shè)備配置及費(fèi)用表

注：集中供冷區(qū)間按500 m計(jì)算，管道和保溫按集中供冷比分站供冷增加的費(fèi)用計(jì)算。

2)分站供冷

如采用分站供冷，每個(gè)車站均設(shè)置一套水系統(tǒng)，按2臺(tái)冷水機(jī)組配置，3站共6臺(tái)主機(jī)，其配置如表4和圖5。從表2與表4比較得出，集中冷站設(shè)備費(fèi)為378.2萬(wàn)元，分站供冷設(shè)備費(fèi)約為177.8萬(wàn)元。因此，集中冷站比分站供冷從設(shè)備(含管道)初投資增加來(lái)看，增加約為200.4萬(wàn)元。

3)集中供冷與分站供冷的總投資比較

初投資主要為土建投資和設(shè)備投資，集中供冷在振海路站設(shè)置冷水機(jī)房，可有效利用站臺(tái)自然形成空間。如分站供冷，則航海路不需要增加冷水機(jī)房面積，在臨海路需增加車站地下空間面積(按120 m2)，按標(biāo)準(zhǔn)1.2萬(wàn)/m2進(jìn)行估算比較，如表5。由此得出集中供冷與分站供冷比較，地面建筑造價(jià)減少22萬(wàn)元，地下機(jī)房投資造價(jià)減少約144萬(wàn)元，設(shè)備投資增加200.4萬(wàn)元，總投資增加34.4萬(wàn)元。

綜合土建和設(shè)備造價(jià)比較后，9號(hào)線前海區(qū)地下車站冷源，按集中供冷及分站供冷進(jìn)行比較，集中供冷土建設(shè)備初投資增加費(fèi)用為34.4萬(wàn)元。

圖4　分站供冷水系統(tǒng)示意圖Fig.4 Station cooling water system

序號(hào)內(nèi)容單價(jià)/元集中供冷分站供冷(3站)面積/m2造價(jià)/元面積/m2造價(jià)/元分項(xiàng)差價(jià)(集中-分站)1地面建筑2000130260000240480000-2200002地下機(jī)房12000001202880000-14400003設(shè)備投資3781898.61777522.520043764總計(jì)3921898.65137522.55總差額344376

表6　集中冷站運(yùn)行電量及電費(fèi)表

注：電費(fèi)按0.76元/kWh，輸送冷量的衰減損失按3%計(jì)。

表7　分站冷站運(yùn)行電量及電費(fèi)表

注：末端風(fēng)側(cè)阻力按增加4%計(jì)算。

2.2運(yùn)營(yíng)費(fèi)用比較

根據(jù)深圳已有線路的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，連續(xù)錄得5 d以上超過(guò)20 ℃，公共區(qū)空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)啟。車站大系統(tǒng)空調(diào)月負(fù)荷變化比例按下面采用：3月為59%，4月為70%，5月為81%，6月為94%，7月為100%，8月為94%，9月為89%和10月為71%。按240 d運(yùn)行計(jì)，另有4個(gè)月不開(kāi)啟冷水機(jī)組，得出集中供冷的年用電量和電費(fèi)如表6，按管道保溫?fù)p失3%計(jì)，得出年運(yùn)行費(fèi)用為228.9萬(wàn)元。表7為分站供冷年運(yùn)行電量和電費(fèi)(運(yùn)行時(shí)段和集中供冷相同)。按分站供冷時(shí)，末端風(fēng)側(cè)阻力按增加4%計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)車站末端總功率約為108 kW，則大溫差末端年運(yùn)行費(fèi)用增加3.8萬(wàn)元。合計(jì)年運(yùn)行費(fèi)用差為19.7萬(wàn)元，即分站供冷比集中供冷運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高。

3　結(jié)論

1)從技術(shù)方案上，分散設(shè)置冷站即每站設(shè)置，集中設(shè)置冷站即在振海路設(shè)置集中冷站，2種方案都有條件，均可滿足各車站冷源的需求，分散供冷和集中供冷技術(shù)方案均可行。但集中設(shè)置供冷站可減少對(duì)城市環(huán)境的影響，對(duì)城市規(guī)劃和管理有利。

2)從經(jīng)濟(jì)效益上，初投資方面由于振海路站明挖區(qū)間，可因地制宜設(shè)置較大的冷水機(jī)房，土建費(fèi)用減少；同時(shí)站間距相對(duì)非常短，管路增大投資部分偏低；但集中冷站的設(shè)備(含管道保溫)初投資增加；綜合2項(xiàng)費(fèi)用，集中供冷增加費(fèi)用為34.4萬(wàn)元。從系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性比較得出，雖然集中冷站設(shè)置了6臺(tái)2次冷凍水泵，但制冷主機(jī)效率提高，同時(shí)夜間運(yùn)行更加節(jié)能；因此集中供冷每天可節(jié)省1 899度電，年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省19.7萬(wàn)元。綜合比較：采用集中供冷方案，在2 a內(nèi)就可回收增加的初投資，是經(jīng)濟(jì)性比較好的方案。

3)從運(yùn)行維護(hù)方面，集中供冷1個(gè)冷水機(jī)房，設(shè)備共計(jì)18臺(tái)；分站供冷共計(jì)3個(gè)冷水機(jī)房，設(shè)3套水系統(tǒng)，運(yùn)行設(shè)備24臺(tái)。集中供冷總的設(shè)備少，維護(hù)工作量少，便于集中維護(hù)管理；但集中供冷管網(wǎng)較分站供冷復(fù)雜，維護(hù)工作量稍多。

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Study onapplication of centralized cooling system in metro area

HU Zilin

(Guangzhou Metro Design & Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510260, China)

Taking Shenzhen Qianhai free trade district as an example, this paper conducted comparative analysis between centralized and dispersive cooling supply in terms of economical and technological feasibility. The result shows that both centralized and dispersive cooling supply can satisfy the need of different stations for cooling. But centralized cooling supply can help reduce the bad impact on the environment. It is also good for city planning and administration. The adoption of centralized cooling plan, can recover the original investment within 2 years. Since centralized cooling supply needs less equipments and maintenance, it has distinct economic advantages.

dynamic modulus metro; central cooling; station cooling; economical efficiency

2016-04-12

廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2012B091100330)

胡自林(1977-)，男，江西萍鄉(xiāng)人，高級(jí)工程師，從事地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì);E-mail:30061417@qq.com

TU831.3

A

1672-7029(2016)08-1618-06