姬安

（浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，杭州310006）

1 引言

制冷系統(tǒng)設(shè)計是城市軌道交通通風(fēng)空調(diào)專業(yè)的核心設(shè)計內(nèi)容，傳統(tǒng)空調(diào)制冷系統(tǒng)硬件方面存在占地面積大，設(shè)計施工界面多，施工周期長，質(zhì)量難以控制等問題，軟件方面存在專業(yè)多、接口雜、能耗高、能效低，責(zé)任主體不明確等問題【1】。當(dāng)前我國正處于大規(guī)模城市軌道交通建設(shè)時期，軟硬件一體化技術(shù)水平越來越高，同時軟硬件一體化也是智慧化的一個必然趨勢。采用裝配式冷凍站和高效節(jié)能控制系統(tǒng)不僅可以提高工程質(zhì)量，縮短工期降低成本，也可以提高地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)的整體能耗水平，尤其對提高空調(diào)制冷系統(tǒng)的運維管理效果顯著。目前，在杭州至海寧城際鐵路工程中，全線地下車站空調(diào)制冷系統(tǒng)均采用裝配式冷凍站和高效節(jié)能控制系統(tǒng)，本文結(jié)合該實際工程對其應(yīng)用進(jìn)行分析，可供相關(guān)工程參考。

2 傳統(tǒng)的空調(diào)制冷系統(tǒng)存在的問題

2.1 能效低

目前，我國軌道交通車站制冷機(jī)房的建設(shè)只是在設(shè)計及設(shè)備采購階段對部分設(shè)備的能效提出要求，普遍沒有設(shè)定制冷機(jī)房能效目標(biāo)，系統(tǒng)建成后的實際能效往往達(dá)不到GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的最低限值要求，而且沒有哪一方責(zé)任主體需要對系統(tǒng)能效負(fù)責(zé)。另一方面，由于目前安裝能耗監(jiān)測系統(tǒng)的工程不多，冷凍站運行的真實數(shù)據(jù)不能實時反饋，系統(tǒng)真實運行狀態(tài)難以準(zhǔn)確掌握，并不能及時、準(zhǔn)確地找出系統(tǒng)低效運行的原因。這也是擺在運營部門面前的一道難題。

2.2 制冷機(jī)房建設(shè)程序煩瑣，系統(tǒng)調(diào)試缺失

按目前的建設(shè)程序，設(shè)計周期短，精細(xì)化程度不夠，設(shè)備優(yōu)化布置不合理，占地面積大；設(shè)備采購分散，設(shè)備之間的匹配性不佳；施工周期長，現(xiàn)場施工變更多，協(xié)調(diào)管理難度大，材料浪費大；各階段責(zé)任主體分散，存在不同程度的沖突，導(dǎo)致系統(tǒng)整體性能不佳，效果難以保證。目前，多數(shù)軌道交通車站制冷機(jī)房內(nèi)的設(shè)備和系統(tǒng)都沒有進(jìn)行現(xiàn)場性能測試，傳感器執(zhí)行器運行狀態(tài)沒有校正，控制策略沒有檢驗，很可能處于低效或錯誤的運行狀態(tài)，從建成交付之日起就存在先天不足。

2.3 節(jié)能控制與運維管理水平不高

節(jié)能控制及設(shè)備管理由BAS系統(tǒng)負(fù)責(zé)，BAS作為一個“大而全”的綜合性系統(tǒng)，難以對制冷機(jī)房的節(jié)能控制做到專業(yè)化、精細(xì)化。反饋控制時間滯后、效果差，不能實時適應(yīng)環(huán)境的變化。沒有分項計量系統(tǒng)，沒有運行能耗目標(biāo)和控制指標(biāo)，控制系統(tǒng)的能效及運行管理水平無法評判。運維管理對人員的依賴性較大，主觀性較強(qiáng)。

3 高效空調(diào)制冷系統(tǒng)的具體應(yīng)用案例

3.1 杭州至海寧城際鐵路工程海昌路站簡介

杭州至海寧城際鐵路工程海昌路站為標(biāo)準(zhǔn)2層地下島式車站，采用分站供冷方式，冷源系統(tǒng)采用水冷螺桿機(jī)+冷卻塔的方案，車站設(shè)置有2臺冷水機(jī)組，2臺冷凍水泵，2臺冷卻水泵，2臺冷卻塔及水處理裝置。采用的節(jié)能控制技術(shù)有：獨立控制，采用簡易、獨立單點控制。目前設(shè)備選型太大，負(fù)荷長期在30%以下，控制無調(diào)試，控制無反饋，控制無目標(biāo)，設(shè)備布置分散，占地面積較大，全部現(xiàn)場安裝，建設(shè)周期較長，運維人力成本高，穩(wěn)定性較差。

3.2 優(yōu)化建議

設(shè)備采用全變頻、高能效產(chǎn)品：冷水機(jī)組主機(jī)、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷凍水泵均選用變頻產(chǎn)品，且具有良好的負(fù)荷性能。

機(jī)房系統(tǒng)集成，管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化：采用裝配式整體集成技術(shù)，整合機(jī)房所有設(shè)備，在工廠進(jìn)行預(yù)制、加工、生產(chǎn)、測試，現(xiàn)場拼裝、調(diào)試，采用系統(tǒng)集成設(shè)計技術(shù)，通過三維仿真和力學(xué)有限元分析，實現(xiàn)最優(yōu)化布局。通過對電動調(diào)節(jié)閥、壓差旁通閥等的優(yōu)化選型，降低系統(tǒng)阻力，改善水力平衡，進(jìn)而降低水泵的揚程及流量。

水系統(tǒng)優(yōu)化：對于冷水機(jī)組，冷凍水出水溫度越高，其能效比就越高，一般來說，每提高1℃，機(jī)組能效比提高3%左右。為提高制冷機(jī)房整體能效水平，建議提高冷凍水出水溫度，并采用冷凍水大溫差技術(shù)。將原設(shè)計7℃/12℃的冷凍水供回水溫調(diào)整為9℃/16℃。

節(jié)能控制技術(shù)優(yōu)化：綜合采用基于預(yù)測負(fù)荷的按需主動控制、控制系統(tǒng)的自主學(xué)習(xí)與持續(xù)優(yōu)化、基于整體高效的設(shè)備關(guān)聯(lián)控制等控制系統(tǒng)和控制策略。在各種負(fù)荷條件下通過節(jié)能控制系統(tǒng)自動尋優(yōu)找到一個系統(tǒng)效率最佳點，使整個系統(tǒng)能效比最高。同時，對各用能設(shè)備、各控制參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測、分析及統(tǒng)計，為節(jié)能運行提供數(shù)據(jù)支持【2】。

3.3 原方案與優(yōu)化方案的綜合對比

1）原設(shè)計方案制冷機(jī)房：制冷機(jī)房主體設(shè)備分開多次采購，機(jī)電安裝公司安裝；責(zé)任主體分散，沒考慮綜合性能；采用簡易、獨立單點控制技術(shù)；設(shè)備布置分散，機(jī)房占地面積較大；設(shè)備基礎(chǔ)采用混凝土結(jié)構(gòu)，位置不可調(diào)整；現(xiàn)場材料保護(hù)條件有限，易造成材料污損；現(xiàn)場設(shè)備和管線就位安裝，采購設(shè)備間斷地進(jìn)入施工現(xiàn)場、協(xié)調(diào)、安裝、調(diào)試時間長，建設(shè)周期較長；系統(tǒng)運行較大程度上依賴操作人員輪巡、值守，人力成本高、穩(wěn)定性差，系統(tǒng)可靠運行依靠操作人員責(zé)任心、技術(shù)能力。

2）高能效集成冷凍站：集成商開展二次深化設(shè)計和三維仿真，采用智能機(jī)電一體化系統(tǒng)產(chǎn)品，冷凍站及空調(diào)末端設(shè)備打包統(tǒng)一招標(biāo)；單一責(zé)任主體，無相關(guān)單位人員扯皮情況發(fā)生，系統(tǒng)集成制造商對系統(tǒng)綜合性能指標(biāo)負(fù)責(zé)；根據(jù)軌道交通的負(fù)荷特點，采用關(guān)聯(lián)預(yù)測控制技術(shù)；冷凍站整體最優(yōu)布局，節(jié)省1/3以上的機(jī)房占地面積；設(shè)備基礎(chǔ)采用鋼結(jié)構(gòu)底座，可調(diào)整位置；生產(chǎn)圖紙指導(dǎo)工廠預(yù)制，可精確到毫米級，節(jié)省10%以上的材料耗費；通過工廠預(yù)制、模塊運輸、現(xiàn)場拼裝，避免工程現(xiàn)場的交叉施工，降低業(yè)主的管理難度，縮短4/5現(xiàn)場建設(shè)周期；具有各類完備的單機(jī)保護(hù)以及系統(tǒng)整體保護(hù)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動無人值守運行；借助云平臺和大數(shù)據(jù)專業(yè)分析，全面遠(yuǎn)程監(jiān)控管理，可實現(xiàn)技術(shù)咨詢、信息查詢、報警提示、專家節(jié)能優(yōu)化、服務(wù)質(zhì)量考評。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

4.1 海昌路站原設(shè)計制冷機(jī)房能效比計算

根據(jù)原設(shè)計參數(shù)計算出的設(shè)計工況下制冷機(jī)房綜合能效比為3.15（綜合能效比定義：運行工況下，冷凍站供冷量與冷水機(jī)組機(jī)、冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔耗電量之比）。

4.2 高效集成冷凍站能效測算

通過選用全變頻、高能效設(shè)備，機(jī)房系統(tǒng)集成、管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化、水系統(tǒng)優(yōu)化、節(jié)能控制技術(shù)優(yōu)化等措施，建設(shè)高效集成式冷凍站。根據(jù)測算，可以使集成冷凍站綜合能效比達(dá)到4.5以上。能效比提升幅度為40%以上。

4.3 高效集成冷凍站運行費用測算

能耗費用測算如表1所示。

表1能耗費用測算

經(jīng)測算，高效集成冷凍站與原設(shè)計制冷機(jī)房相比，系統(tǒng)節(jié)能率達(dá)到30%，年均節(jié)省運行費用約14.5萬元。海昌路站高效集成冷凍站建設(shè)費用估算為380萬元，原設(shè)計制冷機(jī)房概算為320萬元，高效集成冷凍站初投資較初步設(shè)計增加18.75%，投資回收期約為4a。

5 結(jié)語

綜上所述，以集成式高效空調(diào)制冷系統(tǒng)的建設(shè)與能效保持為衡量標(biāo)準(zhǔn)，開展冷凍站全過程的技術(shù)研究，綜合運用BIM、集成化、系統(tǒng)仿真、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)冷凍站及空調(diào)末端全壽命周期的高效運行與精細(xì)化管理，從而降低軌道交通的運營成本，促進(jìn)軌道交通可持續(xù)發(fā)展。目前，海昌路站機(jī)電設(shè)備正在施工安裝階段，待運營后還需進(jìn)一步根據(jù)運行數(shù)據(jù)驗證分析。