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        水冷直接制冷式空調(diào)機組在軌道交通中的應(yīng)用

        2019-05-18 23:58:48胡浩明
        關(guān)鍵詞:冷水機組水冷冷卻塔

        胡浩明

        中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 湖北 武漢 430063

        前言伴隨著城市軌道交通的大規(guī)模建設(shè),開通運營的地鐵線路逐年遞增,地鐵的能耗問題也日益突出,根據(jù)既有線路的能耗統(tǒng)計,地鐵環(huán)控系統(tǒng)約占地鐵總能耗的45%~60%[1]。在地鐵環(huán)控系統(tǒng)傳統(tǒng)設(shè)計方案下采取節(jié)能措施具有一定的局限行,因此,創(chuàng)新設(shè)計方案和采用新設(shè)備將會帶來一定的節(jié)能效果。

        1 水冷直接制冷式空調(diào)機組的工作原理

        傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)由冷卻塔、冷水機組、組合式空調(diào)箱組成,冷凍水系統(tǒng)采用普通冷水作為中間載冷劑,與冷水機組中的蒸發(fā)器和組合式空調(diào)箱中的表冷器進行換熱,再通過表冷器對室內(nèi)空氣進行除熱除濕處理,冷卻水系統(tǒng)采用水作為媒介利用冷卻塔對冷水機組中的冷凝器進行換熱,完成整個制冷過程。

        水冷直接制冷式空調(diào)機組將傳統(tǒng)組合式空調(diào)箱中的表冷器改為制冷劑直接膨脹蒸發(fā)空氣冷卻器,采用制冷劑直接膨脹蒸發(fā)冷卻處理空氣中的余熱余濕,將傳統(tǒng)的冷水機組與組合式空調(diào)箱整合為一體式空調(diào)機組,冷卻側(cè)的冷凝熱處理與傳統(tǒng)形式保持一致,通過冷卻塔向室外空氣散熱,從而省去冷凍水系統(tǒng),減少中間載冷劑的二次換熱,達到提高系統(tǒng)能效的目的,其工作原理如圖1。

        圖1 水冷直接制冷式空調(diào)機組工作原理

        2 地鐵公共區(qū)通風空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

        本文主要討論地鐵車站小系統(tǒng)采用多聯(lián)空調(diào)方案下的大系統(tǒng)通風空調(diào)設(shè)計方案,以武漢某地鐵車站實際案例進行對比,車站站廳層公共區(qū)面積2155平方米,站臺層公共區(qū)面積1250平方米,該站遠期晚高峰上行上客量678人,下客量2824人,下行上客量3667人,下客量1110人。空調(diào)計算冷負荷為487.2kw,總風量為74311.9m3/h。

        2.1 地鐵公共區(qū)通風空調(diào)傳統(tǒng)設(shè)計方案

        目前我國地鐵環(huán)控系統(tǒng)的設(shè)計方案主要是采用組合式空調(diào)箱+螺桿冷水機組+冷凍水泵+冷卻水泵+水處理器+冷卻塔的形式。主要設(shè)備為兩臺組合式空調(diào)箱、兩臺螺桿冷水機組、兩臺冷卻塔、兩臺冷卻水泵、一個旁流式水處理器、兩臺冷凍水泵、一組定壓補水裝置以及兩個全程式水處理儀。

        通過計算選用兩臺247kw的水冷螺桿機組、兩臺46.6m3/h的冷凍水泵、兩臺55.9m3/h的冷卻水泵、兩臺72.7m3/h的冷卻塔,兩臺40000m3/h的組合式空調(diào)箱。冷水機組、冷卻水泵、冷凍水泵、水處理器等設(shè)備設(shè)置于設(shè)備大端的冷水機房內(nèi),兩臺組合式空調(diào)箱分別設(shè)置于車站兩端的通風空調(diào)機房內(nèi),冷卻塔設(shè)置于設(shè)備大端的室外地面上。傳統(tǒng)環(huán)控設(shè)計方案水系統(tǒng)原理圖如圖2。

        2.2 地鐵公共區(qū)采用水冷直接制冷式空調(diào)機組的設(shè)計方案

        采用水冷直接制冷式空調(diào)機組方案設(shè)計地鐵公共區(qū)空調(diào)系統(tǒng),由于水冷直接制冷式空調(diào)機組是由磁懸浮壓縮機與組合式空調(diào)箱相集成的一體機,故該設(shè)計方案主要采用水冷直接制冷式空調(diào)機組+冷卻水泵+水處理器+冷卻塔的形式。主要設(shè)備為兩臺水冷直接制冷式空調(diào)機組、兩臺冷卻塔、兩臺冷卻水泵和一臺旁流式水處理器。

        通過計算選用兩臺制冷量為280kw,風量為45000m3/h的水冷直接制冷式空調(diào)機組、兩臺55.9m3/h的冷卻水泵、兩臺72.7m3/h的冷卻塔。將空調(diào)機組、冷卻水泵和水處理器,統(tǒng)一布置于地鐵站設(shè)備小端緊鄰公共區(qū)處,冷卻塔布置于設(shè)備小端的室外地面上,采用單端送風方案,地鐵車站設(shè)備用房面積將大大減小。該方案的水系統(tǒng)原理圖如圖3。

        圖2 傳統(tǒng)設(shè)計方案原理圖

        圖3 采用水冷直接制冷式空調(diào)機組方案原理圖

        2.3 地鐵公共區(qū)通風空調(diào)系統(tǒng)兩種設(shè)計方案的對比

        2.3.1 設(shè)備配置數(shù)量及功率對比

        兩種設(shè)計方案下的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量及設(shè)備功率對比見表1~2。

        表1 傳統(tǒng)設(shè)計方案主要設(shè)備參數(shù)

        表2 水冷直接制冷式空調(diào)機組方案主要設(shè)備參數(shù)

        由表1和表2的對比可以發(fā)現(xiàn),地鐵公共區(qū)空調(diào)系統(tǒng)采用水冷直接制冷式空調(diào)機組后,省去了冷凍水泵及冷凍水系統(tǒng)的水處理器和定壓補水裝置,設(shè)備數(shù)量明顯減少,系統(tǒng)形式明顯簡化。從設(shè)備所需總耗電功率的對比可以看出,采用水冷直接制冷式空調(diào)機組設(shè)計方案后環(huán)控系統(tǒng)設(shè)備總耗電功率減少33kw。

        根據(jù)地鐵的運行特點,部分負荷工況占全年運行工況比例較高,而水冷直接制冷式空調(diào)機組在部分負荷下有較高的能效比[2],所以采用該系統(tǒng)可以明顯減小地鐵全年運行耗電量。

        2.3.2 土建規(guī)模的對比

        表3 兩種方案土建規(guī)模對比

        由表3對比可以發(fā)現(xiàn),采用水冷直接制冷式空調(diào)機組設(shè)計方案,省去冷凍水系統(tǒng)后,由于環(huán)控系統(tǒng)所需設(shè)備數(shù)量明顯減少,故可省去冷水機房的面積,適當加大設(shè)備小端環(huán)控機房面積,將兩臺空調(diào)機組與冷卻水泵統(tǒng)一設(shè)置于該機房內(nèi),設(shè)備大端環(huán)控機房面積大幅縮減,總體可減少100㎡的土建面積,進而節(jié)省土建投資。

        3 結(jié)論

        本文以實際車站為原型,通過地鐵車站公共區(qū)傳統(tǒng)空調(diào)設(shè)計方案與采用水冷直接制冷式空調(diào)機組設(shè)計方案的對比,得到以下結(jié)論:

        (1)采用水冷直接制冷式空調(diào)機組設(shè)計方案后地鐵環(huán)控系統(tǒng)復雜程度明顯降低。

        (2)采用水冷直接制冷式空調(diào)機組設(shè)計方案后地鐵環(huán)控系統(tǒng)設(shè)備總耗電功率降低。

        (3)采用水冷直接制冷式空調(diào)機組設(shè)計方案后地鐵環(huán)控系統(tǒng)設(shè)備用房面積明顯減少。

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