摘要：簡述蒸發(fā)冷卻技術(shù)，分析直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)原理及其在地鐵工程中的應(yīng)用優(yōu)勢，闡述了直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)安裝方法、安裝要點、電氣調(diào)控要點、運行模式調(diào)節(jié)要點等?；谥苯诱舭l(fā)冷卻技術(shù)的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，可在保證高效制冷降溫效果的基礎(chǔ)上，降低制冷過程中的能耗，節(jié)省安裝空間和使用成本。

關(guān)鍵詞：地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)；熱質(zhì)交換；調(diào)控要點

0" "引言

當(dāng)前地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)多使用傳統(tǒng)制冷模式，此種制冷模式雖制冷效果明顯，但是其能耗高，需配合裝配大量設(shè)備及管線，配置專用機(jī)房，費用成本高，易形成噪聲污染[1]。傳統(tǒng)制冷模式的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)能耗約占地鐵運營總能耗的六成，超出了地鐵列車牽引制動的能耗量，是地鐵系統(tǒng)主要電耗項目，其在制冷過程中耗電量巨大[2]。

直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)作為創(chuàng)新型節(jié)能環(huán)保技術(shù)，在國內(nèi)一經(jīng)應(yīng)用便廣受關(guān)注。與常規(guī)水冷、風(fēng)冷模式相比，其在節(jié)水、節(jié)電、適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境、節(jié)約占用空間等方面優(yōu)勢凸顯。如今，直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)已廣泛應(yīng)用在建筑等領(lǐng)域中，但應(yīng)用在地鐵項目尚處于初始階段。

1" "蒸發(fā)冷卻技術(shù)概述

從熱傳導(dǎo)理論角度分析，蒸發(fā)冷卻是通過流體沸騰過程中的汽化潛熱實現(xiàn)吸收熱量的冷卻模式[3]。針對空氣冷卻的蒸發(fā)冷卻技術(shù)分為兩類：直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)和間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)。

直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)通過將鄰水填料層同空氣形成直接接觸，將冷卻設(shè)備本身顯熱傳導(dǎo)至水，實現(xiàn)空氣溫度降低、濕度提升，以達(dá)到加濕降溫絕熱的目的。應(yīng)用直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)將冷凝器散熱，實現(xiàn)冷凝器和冷卻塔一體化設(shè)計，簡化了常規(guī)冷卻模式繁雜的冷卻管線設(shè)計，解決了冷卻塔的空間占用問題。

直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)尤其適用于干燥氣候地區(qū)，此類地區(qū)特征為空氣干濕度差異大，干空氣資源豐富，這給直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的應(yīng)用提供了極大的便利條件[4]。基于直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的水循環(huán)量，為常規(guī)冷卻方式的50%～70%，設(shè)備整體結(jié)構(gòu)簡潔，安裝過程及后期維護(hù)較方便，將其應(yīng)用在地下建筑中，有利于降低噪聲污染及對地表建筑形成影響。

間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)主要通過水蒸發(fā)形成制冷，利用傳熱壁面?zhèn)鬟f至冷卻空氣主體的技術(shù)模式，即等同于等濕降溫的實現(xiàn)過程。

2" "直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)原理及應(yīng)用優(yōu)勢

2.1" "工作原理

基于直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，是為達(dá)到直接蒸發(fā)冷卻效果的專業(yè)制冷設(shè)備，其主要由風(fēng)機(jī)、噴淋布水器、填料、水槽、循環(huán)補(bǔ)水泵、擋水板、凈化裝置、過濾裝置等組成。填料是該系統(tǒng)為達(dá)到提升水與空氣接觸面積及接觸時長而特有構(gòu)件，是空氣冷卻的關(guān)鍵[5]。直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的制冷過程，是將室外干空氣同鄰水填料層直接接觸，持續(xù)將空氣的熱量傳導(dǎo)至水形成蒸發(fā)，進(jìn)而達(dá)到對空氣加濕降溫的效果。

依據(jù)熱質(zhì)交換理論分析可知，在空氣同水形成直接接觸過程中，在臨界表層因為水分子的不規(guī)律運動，會形成一層溫度與水面溫度相同的飽和空氣邊界結(jié)構(gòu)。此時邊界層中水蒸氣分壓力主要來自邊界層的飽和空氣溫度。一旦周邊空氣溫度同邊界層溫度存在差異，即形成顯熱交換效應(yīng)，水蒸氣的分壓力差就會形成質(zhì)交換。

直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，是通過空氣與水的直接接觸而形成的濕熱交換過程，溫差使得空氣中的熱量傳導(dǎo)至水，隨著空氣顯熱消失達(dá)到降溫效果。利用水蒸氣形成分壓力差，水蒸發(fā)融入空氣，空氣受汽化潛熱作用達(dá)到加濕效果。整體冷卻過程中，空氣中的總熱量基本保持恒定。直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2" "在地鐵工程應(yīng)用優(yōu)勢

2.2.1" "設(shè)備自我清洗

根據(jù)地鐵項目制冷空間的實際需求，按最優(yōu)角度及方位面向進(jìn)風(fēng)向傾斜裝配填料，噴淋裝置分段布控，以達(dá)到預(yù)計填料進(jìn)風(fēng)面噴淋效果，實現(xiàn)制冷蒸發(fā)效率的提升。噴淋區(qū)會參考實際空氣質(zhì)量實現(xiàn)進(jìn)風(fēng)清洗，配合濕式過濾填料功能，將進(jìn)入設(shè)備機(jī)組的絕大部分懸浮顆粒經(jīng)水流收納至機(jī)組水箱，并經(jīng)排污口清排。應(yīng)用在風(fēng)沙較大地區(qū)時，可實現(xiàn)地鐵環(huán)境的除塵凈化效果。

2.2.2" "提升蒸發(fā)效率

直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用體化傾斜填料設(shè)計，使得水與空氣形成的水膜經(jīng)過自上而下填料結(jié)構(gòu)，受進(jìn)風(fēng)水平力與重力的聯(lián)合作用，實現(xiàn)填料表面勻稱的水膜分布，以達(dá)到蒸發(fā)效率的有效提升。

2.2.3" "具有防堵效果

直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的填料傾斜設(shè)計，可在進(jìn)風(fēng)面形成水流。水流將進(jìn)風(fēng)面懸浮雜質(zhì)沖至水箱，經(jīng)排污裝置實現(xiàn)清排，可避免懸浮雜質(zhì)沉積，防止填料進(jìn)風(fēng)面堵塞，保證了地鐵空調(diào)系統(tǒng)的制冷效率和穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

2.2.4" "可分時調(diào)控濕度

直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)可實現(xiàn)噴淋布水裝置分段裝配，根據(jù)氣候、季節(jié)的差異合理調(diào)控噴淋布水裝置的啟閉狀態(tài)和噴淋數(shù)量，實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的全過程濕度調(diào)控，達(dá)到制冷效率的高低精準(zhǔn)調(diào)節(jié)[6]。

2.2.5" "可低風(fēng)阻運行

直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)填料結(jié)構(gòu)采用特有的波紋波角設(shè)計，使其在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量條件范圍內(nèi)，實現(xiàn)高速迎面風(fēng)速下的低阻力運轉(zhuǎn)。若搭配使用軸流風(fēng)機(jī)則可達(dá)到更好的效果，能有效壓縮設(shè)備機(jī)組的占用空間，廣泛應(yīng)用于各類環(huán)境的地鐵項目。

2.2.6" "實現(xiàn)自動化排污

根據(jù)地鐵項目所在區(qū)域的水質(zhì)情況，裝配水質(zhì)監(jiān)控設(shè)施，一旦循環(huán)水箱水質(zhì)超標(biāo)，即可持續(xù)性排污或自動化定時排污，達(dá)到地鐵空調(diào)系統(tǒng)運行水質(zhì)的設(shè)計需求。

3" "基于直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用

3.1" "直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的安裝方法

在地鐵工程中應(yīng)用直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，主要用于實現(xiàn)車站內(nèi)公共區(qū)及負(fù)荷站廳層等位置的通風(fēng)制冷功能。

首先在車站端側(cè)室外的位置安設(shè)新風(fēng)井，通過裝配粗效過濾器完成整體粗略過濾加工，經(jīng)過粗效過濾器過濾處理后可達(dá)75%的過濾效果。其次裝設(shè)電子空氣凈化器，實施新風(fēng)系統(tǒng)的電子除塵過濾，并通過片狀消聲器實施降噪消音處理，使機(jī)組工作噪音低于要求標(biāo)準(zhǔn)。再次裝配啟動風(fēng)閥裝置，以實現(xiàn)直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主控機(jī)組對空氣的冷卻蒸發(fā)降溫處理。最后蒸發(fā)降溫后的冷空氣，經(jīng)送風(fēng)裝置的不同路由，送至車站內(nèi)公共區(qū)及負(fù)荷站廳層等指定位置。地鐵站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

3.2" "直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)安裝要點

直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)組應(yīng)安裝在地鐵站風(fēng)道位置。安裝過程中應(yīng)在周邊留設(shè)檢修空間，以方便后續(xù)的維護(hù)保養(yǎng)操作。在地鐵站中板位置裝設(shè)直接蒸發(fā)冷卻主機(jī)組時，為最大限度降低設(shè)備振動干擾，應(yīng)配置防振墊、找平架等防振裝置。由于直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)補(bǔ)水泵長時間工作會排放污水，應(yīng)安排專門控制裝置，以達(dá)到環(huán)保法規(guī)要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.3" "直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)電氣調(diào)控要點

一是給直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)加裝報警裝置，實現(xiàn)水位監(jiān)測和壓差監(jiān)測功能，并可完成設(shè)備的自身定時清洗。二是直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)需裝配電流超量過載保護(hù)裝置及自動啟停裝置，應(yīng)配置三相四線動力配線，并做接地保護(hù)。三是依據(jù)地鐵項目需求，在直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中裝設(shè)送風(fēng)溫濕度電氣調(diào)控裝置，以實現(xiàn)溫濕度可控調(diào)節(jié)。四是為達(dá)到環(huán)境監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，在直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)中配備溫濕度變送器，支持標(biāo)準(zhǔn)電壓電流輸入信號，以實現(xiàn)新風(fēng)運行、送風(fēng)狀態(tài)等參數(shù)的收集和上傳。五是給直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)補(bǔ)水泵加裝變頻控制器，以調(diào)節(jié)補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速，達(dá)到噴淋布水器的噴水量可控。六是給直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的空調(diào)送風(fēng)裝置配備變頻控制器，以調(diào)節(jié)送風(fēng)裝置轉(zhuǎn)速，達(dá)到送風(fēng)裝置風(fēng)量可控。

3.4" "直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能運行模式調(diào)節(jié)要點

3.4.1" "空調(diào)系統(tǒng)的功能

地鐵直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的功能，是在確保列車正常運營的基礎(chǔ)上，通過清排站內(nèi)熱量和濕度，為乘坐人員和工作人員提供適宜的乘車溫濕度環(huán)境。地鐵車站內(nèi)公共區(qū)域的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，應(yīng)將溫度保持在25～29℃之間，應(yīng)將濕度保持在40%～70%之間。

3.4.2" "站內(nèi)風(fēng)亭處與公共區(qū)域的調(diào)節(jié)

地鐵站內(nèi)風(fēng)亭處的直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，應(yīng)與公共區(qū)域的直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的工作模式相同。主要依據(jù)差異性季節(jié)氣溫的變化曲線，通過二者的配合使用，實現(xiàn)寒冷期封閉小新風(fēng)運行模式、夏季蒸發(fā)冷卻變頻降溫運行模式及春秋過渡季的機(jī)械通風(fēng)變頻運行模式之間的切換調(diào)節(jié)，達(dá)到預(yù)期的制冷降溫效果[7]。

各個模式之間的設(shè)定，主要參照不同季節(jié)室外溫度的波動變化因素確定，以調(diào)節(jié)系統(tǒng)主控站內(nèi)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行模式。同時利用空調(diào)系統(tǒng)出風(fēng)口處溫濕度傳感器、站內(nèi)風(fēng)亭處的溫濕度傳感器、站內(nèi)公共區(qū)域溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)收集反饋，回送至調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)完成分析比對，實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)運行模式的最終選定。

3.4.3" "夏季溫濕度調(diào)節(jié)

如風(fēng)亭處溫濕度傳感器反饋值大于夏季通風(fēng)設(shè)定溫度值，應(yīng)按預(yù)先設(shè)定開啟全新風(fēng)運行模式，啟動直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)空氣降溫。同時啟動站內(nèi)排風(fēng)、送風(fēng)裝置實現(xiàn)站內(nèi)公共區(qū)位置的降溫。比對公共區(qū)域溫濕度傳感器反饋數(shù)據(jù)和預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，將比對結(jié)果實時傳送至調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實現(xiàn)公共區(qū)溫濕度運行設(shè)定。依據(jù)站內(nèi)公共區(qū)域溫濕度基準(zhǔn)預(yù)先設(shè)定，應(yīng)控制站廳溫度低于29℃，站臺溫度低于28℃，控制公共區(qū)濕度在40%～70%區(qū)間，參考比對數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)頻率設(shè)定，同時設(shè)定機(jī)組風(fēng)機(jī)、循環(huán)泵為變頻運轉(zhuǎn)模式。

3.4.4" "過渡季溫濕度調(diào)節(jié)

如風(fēng)亭處溫濕度傳感器溫度反饋值小于夏季通風(fēng)設(shè)定溫度值（23.7℃），且大于冬季通風(fēng)計算溫度值（-19.7℃），應(yīng)依據(jù)預(yù)先設(shè)定切換至過渡季機(jī)械通風(fēng)變頻運行模式。此時停運直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，閉合系統(tǒng)前端風(fēng)閥，變頻模式啟動排風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)，實現(xiàn)站內(nèi)公共區(qū)機(jī)械通風(fēng)運轉(zhuǎn)。

3.4.5" "冬季溫濕度調(diào)節(jié)

在風(fēng)亭處溫濕度傳感器溫度反饋值，小于冬季寒冷通風(fēng)計算溫度值（-19.7℃）時，根據(jù)預(yù)先設(shè)定切換至寒冷期封閉小新風(fēng)運行模式。通過直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)關(guān)閉排風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)，運行啟動小新風(fēng)機(jī)，通過預(yù)熱設(shè)置達(dá)到站內(nèi)所需的最小新風(fēng)量要求，調(diào)控站內(nèi)公共區(qū)新風(fēng)給定溫度在8～16℃區(qū)間。

4" " 結(jié)束語

在地鐵工程中應(yīng)用直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，利用外界干空氣作為驅(qū)動源以達(dá)到制冷降溫效果，具有制冷效率高、制冷效果好、環(huán)保節(jié)能、運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，且無需配備大量管線和控制設(shè)備，減少了占用的空間和費用，取得了節(jié)能降耗、提質(zhì)增效的成果。本文針對基于直接蒸發(fā)冷卻技術(shù)的地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用展開研究，相關(guān)成果可為直接蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在地鐵工程中的實際應(yīng)用提供參考。

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