王明豪

【摘 要】蒸發(fā)冷卻技術(shù)在地鐵站中的應(yīng)用，可以有效解決冷卻塔設(shè)置造成的問題，降低地鐵的能耗。通過對蒸發(fā)冷卻技術(shù)在國內(nèi)外地鐵站中的應(yīng)用和研究，提出該技術(shù)可采用不同形式滿足地鐵地下站和高架站的短期舒適性要求。結(jié)果表明，該技術(shù)不僅適用于干旱區(qū)的車站系統(tǒng)，而且可以應(yīng)用于全國一些具有高縣特色的環(huán)境控制小系統(tǒng)設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】蒸發(fā)冷卻；地鐵；高架；車站；環(huán)控系統(tǒng)；冷卻塔

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活節(jié)奏的加快，城市交通日益擁擠，給城市交通帶來了巨大的壓力，因此地鐵這項(xiàng)交通工具應(yīng)運(yùn)而生，己經(jīng)成為公共交通的重要方式之一。地鐵以快捷、方便、省時、大運(yùn)量的優(yōu)點(diǎn)作為城市交通的骨干，能有效緩解交通擁堵，緩解城市交通的壓力，提高城市交通的效率。地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)作為地鐵正常運(yùn)行的一個重要組成部分，能耗巨大，約占地鐵總能耗的40%左右，節(jié)能潛力巨大；并且地面冷卻塔設(shè)置影響城市美觀和居民生活，已成為一個亟待解決的問題。因此，地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能、優(yōu)化尤為重要。

1蒸發(fā)冷卻技術(shù)在國內(nèi)外地鐵研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

國外已有在地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用蒸發(fā)冷卻技術(shù)的工程實(shí)例。西班牙馬德里地鐵站采用直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，使用噴霧器對空氣進(jìn)行降溫，通過水的直接蒸發(fā)吸熱冷卻送風(fēng)。每小時蒸發(fā)1L的水大約有0.68kW的制冷量。在相同條件下將直接蒸發(fā)冷卻與等效的冷水機(jī)組進(jìn)行了對比，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)證明了直接蒸發(fā)冷卻比冷水機(jī)組更節(jié)約能源，成本更低[1]。伊朗首都德黑蘭是中東第三大城市，人口眾多，交通十分擁擠。德黑蘭地鐵系統(tǒng)是中東規(guī)模最大的地鐵系統(tǒng)，目前共有5條線，總設(shè)計長度接近150公里，地下站臺近110座。其中最核心的地鐵1號線和地鐵4號線，采用直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)降溫系統(tǒng)來滿足站廳站臺人員舒適性要求。倫敦地鐵為了緩解高溫天氣帶來的不舒適感，在不同車站分別采用噴霧蒸發(fā)冷卻、蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組、可移動蒸發(fā)式冷氣機(jī)三種不同形式的直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)來保證乘客及工作人員的熱舒適性，并對其應(yīng)用效果進(jìn)行了測試研究?！豆步ㄖ?jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2005）中規(guī)定：“在滿足使用要求的前提下，對于夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算濕球溫度較低、溫差較大的地區(qū)，空氣的冷卻過程宜采用直接蒸發(fā)冷卻、間接蒸發(fā)冷卻或直接蒸發(fā)冷卻與間接蒸發(fā)冷卻相結(jié)合的二級或三級蒸發(fā)冷卻方式”。因此地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)有廣闊的前景。

2蒸發(fā)冷卻技術(shù)在地鐵應(yīng)用形式探討

2.1高架車站應(yīng)用蒸發(fā)冷卻技術(shù)

高架車站即車站結(jié)構(gòu)位于地面高架橋上。車站站臺為半敞開式結(jié)構(gòu)，由于其結(jié)構(gòu)特殊性，不設(shè)空調(diào)系統(tǒng)，僅靠自然通風(fēng)帶走車站內(nèi)熱量。夏季室外持續(xù)高溫，酷暑難耐，車站管理人員長時間在這種環(huán)境工作，嚴(yán)重影響身體健康，同時也不能保證乘客的舒適性要求。因而，高架車站的降溫問題是一項(xiàng)迫切需要解決的問題。在南方高濕度地區(qū)，已有在高架車站建設(shè)空調(diào)等候室來改善這種狀況。如上海地鐵的部分高架車站安裝了空調(diào)等候室，在站臺側(cè)建立小的密閉的房間，乘客可以隨時進(jìn)入，享受短暫的舒適。在我國干旱、半干旱及中等濕度的地鐵高架車站中，采用蒸發(fā)冷卻的通風(fēng)降溫方式，對站臺人員區(qū)域進(jìn)行局部降溫，可有效改善人員的舒適性；相比于建設(shè)密閉的空調(diào)房間，不僅降低了能耗，而且可以保證較多人員的短暫舒適性要求。同時，車站站臺兩端與室外相通，在活塞風(fēng)的作用下，站內(nèi)空氣與室外空氣之間不斷的進(jìn)行對流換熱，可避免采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)造成濕度過大的問題。目前在建的西安地鐵三號線已在地鐵高架車站上使用此種方式進(jìn)行局部降溫，在站臺層的兩端設(shè)置直接蒸發(fā)冷卻器，具體直接蒸發(fā)冷卻設(shè)備形式可采用蒸發(fā)式冷氣機(jī)，可移動蒸發(fā)式冷風(fēng)扇，廣告媒體機(jī)等設(shè)備。

2.2地鐵車站分對象應(yīng)用蒸發(fā)冷卻技術(shù)

地鐵車站環(huán)控系統(tǒng)一般分為：環(huán)控大系統(tǒng)和環(huán)控小系統(tǒng)及隧道通風(fēng)系統(tǒng)，并按兩端分別獨(dú)立設(shè)置。環(huán)控大系統(tǒng)用于站廳和站臺公共區(qū)通風(fēng)、空調(diào)及防排煙。地鐵環(huán)控小系統(tǒng)用于設(shè)備區(qū)設(shè)備房通風(fēng)、空調(diào)及防排煙。目前己有學(xué)者對蒸發(fā)冷卻技術(shù)在全國地鐵車站的應(yīng)用區(qū)域進(jìn)行了劃分，劃分依據(jù)以濕球溫度為單一指標(biāo)進(jìn)行，將全國劃為四個設(shè)計區(qū)域。此種劃分方式僅是針對地鐵車站環(huán)控系統(tǒng)總體上是否適合采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)，主要考慮的是環(huán)控大系統(tǒng)，并沒詳細(xì)考慮車站內(nèi)部構(gòu)成。如前文所述，蘭州，烏魯木齊等地地下車站及高架車站重點(diǎn)考慮在其環(huán)控大系統(tǒng)采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)。地鐵環(huán)控小系統(tǒng)i要負(fù)術(shù)設(shè)備用房的空調(diào)。技術(shù)設(shè)備用運(yùn)是為保證列車正常運(yùn)行，保證車站內(nèi)具有良好環(huán)境條件及事故災(zāi)害情況下能夠及時排除災(zāi)情的不可缺少的設(shè)備用房。主要包括環(huán)控室、變電所、綜合監(jiān)控室、車站控制室、防災(zāi)中心、通信設(shè)備室、信號設(shè)備室、商業(yè)通信設(shè)備室、自動售檢票室、消防泵房、污水泵房、廢水泵房、照明配電室、環(huán)控電控室以及上屬用房的值班室、FAS、BAS、AFC室、工區(qū)用房、附屬用房及設(shè)施等。地鐵小系統(tǒng)所控制的設(shè)備用房，它的負(fù)荷特性是高顯熱，發(fā)熱量大，需24小時不間斷運(yùn)行。由于其特殊的負(fù)荷特性，對于濕度要求并不嚴(yán)格的場所，均可采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)來滿足環(huán)境要求。例如上述設(shè)計四區(qū)，大系統(tǒng)己經(jīng)不適用單獨(dú)采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)，但是部分小系統(tǒng)設(shè)備房間，由于其高顯熱的特性，仍可采用蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)來滿足其要求。另一方面，傳統(tǒng)的機(jī)械制冷系統(tǒng)由于小系統(tǒng)的晝夜不間斷運(yùn)行，會導(dǎo)致在夜間停止大系統(tǒng)后，水系統(tǒng)長時處在低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，極大地浪費(fèi)了能源。因此可以在地鐵車站此類環(huán)控小系統(tǒng)單獨(dú)采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)。這樣既減少了大、小系統(tǒng)均采用機(jī)械制冷系統(tǒng)所帶來的高能耗；同時又避免了大系統(tǒng)對小系統(tǒng)的干擾和影響，起到了“一舉兩得”的作用。

2.3地下車站應(yīng)用蒸發(fā)冷卻技術(shù)

西北干燥地區(qū)具有夏暖冬冷、氣候干燥的特點(diǎn)，具有豐富的干空氣能，干濕球溫差大，適合采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)。蘭州、烏魯木齊等地鐵地下車站通風(fēng)空調(diào)將直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)相結(jié)合形成一種新的地鐵通風(fēng)系統(tǒng)形式，即直接蒸發(fā)冷卻地鐵通風(fēng)降溫系統(tǒng)。直接蒸發(fā)冷卻地鐵通風(fēng)降溫系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)與閉式空調(diào)系統(tǒng)，其所需要的通風(fēng)量約為傳統(tǒng)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的一半，略小于閉式空調(diào)系統(tǒng)；雖然初投資略高于傳統(tǒng)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，但年運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用比傳統(tǒng)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)低，且舒適性比傳統(tǒng)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)好，初投資及運(yùn)營費(fèi)遠(yuǎn)低于達(dá)到相同效果的閉式空調(diào)系統(tǒng)。

結(jié)語

綜上所述，地鐵車站采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)不僅僅局限于西北干燥地區(qū)，對于全國地鐵車站具有高顯熱特點(diǎn)的環(huán)控小系統(tǒng)均可考慮其適用性，相比于全部采用機(jī)械制冷閉式空調(diào)系統(tǒng)而言，可減少機(jī)械制冷系統(tǒng)的制冷量，進(jìn)而減少了冷卻塔設(shè)置的數(shù)量，可有效地緩解冷卻塔設(shè)置的問題。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司）