呂南南

中電科哈爾濱軌道交通有限公司，中國(guó)·黑龍江 哈爾濱 150000

地鐵通風(fēng)空調(diào)；蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)；應(yīng)用

1 引言

現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的加快，對(duì)地鐵建設(shè)也提出了更高的要求，只有不斷提升地鐵的安全性與舒適性，才能滿足人們的出行需求。中國(guó)各大城市紛紛致力于地鐵建設(shè)，加快了物流速度的同時(shí)，能夠緩解公交出行的交通壓力，改善城市交通環(huán)境。通風(fēng)空調(diào)是地鐵中的主要組成部分，對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)與優(yōu)化，能夠降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，同時(shí)保障其良好的通風(fēng)效果。傳統(tǒng)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)冷卻塔的設(shè)置存在一定弊端，不僅會(huì)占用大量的建設(shè)用地，而且在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生較大的能耗，不利于中國(guó)節(jié)約型社會(huì)的構(gòu)建。而蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)的運(yùn)用，則能夠簡(jiǎn)化空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)空調(diào)系統(tǒng)的整體運(yùn)行性能。為此，應(yīng)該明確其具體應(yīng)用要點(diǎn)，保障地鐵建設(shè)的順利實(shí)施。

2 傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的問(wèn)題分析

風(fēng)冷空調(diào)或者水冷空調(diào)等，在地鐵建設(shè)中的應(yīng)用較多，但是在其長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中依舊存在諸多問(wèn)題，難以滿足新時(shí)期地鐵建設(shè)工作的實(shí)際要求。中央空調(diào)有著較大的占地面積，尤其是必須留出足夠的空間用于地下機(jī)房的建設(shè)，不僅會(huì)對(duì)建設(shè)用地進(jìn)行擠壓，而且使得地鐵建設(shè)成本持續(xù)升高[1]。在空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)成當(dāng)中也存在一定的復(fù)雜性，導(dǎo)致在運(yùn)行控制方面存在難度，浪費(fèi)了大量人力、物力和財(cái)力。在后續(xù)檢修與維護(hù)當(dāng)中，也需要較大的資金支持。與此同時(shí)，水冷空調(diào)和風(fēng)冷空調(diào)的運(yùn)行效率不高，在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生較大的能耗，在地鐵建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)下，不利于中國(guó)節(jié)約社會(huì)的構(gòu)建。

3 蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)的應(yīng)用情況

3.1 現(xiàn)狀分析

隨著城市化的發(fā)展，地鐵通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)也受到行業(yè)人士的高度重視，蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，能夠解決傳統(tǒng)冷卻塔占地面積過(guò)大的問(wèn)題，在節(jié)省城市建設(shè)用地的同時(shí)，能夠?yàn)楣?jié)能環(huán)保事業(yè)做出貢獻(xiàn)。在20世紀(jì)中期，西方發(fā)達(dá)國(guó)家最先應(yīng)用蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域較廣。近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提升，蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用也較為常見(jiàn)[2]。在中國(guó)廣州、重慶和深圳等地，蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)在地鐵工程當(dāng)中得到運(yùn)用，能夠?yàn)橥L(fēng)空調(diào)的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。

3.2 蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)的原理

水和空氣是蒸發(fā)冷凝器中主要的冷卻介質(zhì)，水分隨著溫度的升高而不斷蒸發(fā)，冷凝熱被帶走后能夠起到良好的制冷效果。在冷凝機(jī)組的運(yùn)行過(guò)程中，水泵將冷卻水輸送至噴嘴當(dāng)中并在冷凝排管外表面噴灑。空氣能夠?qū)λ芜M(jìn)行冷卻處理，風(fēng)機(jī)對(duì)水蒸氣進(jìn)行排出。

3.3 蒸發(fā)式冷凝機(jī)組的優(yōu)勢(shì)分析

與水冷式冷凝器和風(fēng)冷式冷凝器相比較，蒸發(fā)式冷凝器的冷凝溫度較低，能夠有效降低運(yùn)行能耗，起到良好的節(jié)能作用。冷卻水系統(tǒng)不必再應(yīng)用于通風(fēng)空調(diào)當(dāng)中，減少了冷卻塔后能夠有效降低建設(shè)成本。與水冷式冷凝器相比較，其耗水量得到大幅度下降。受到排污損失和吹散損失等因素的影響，蒸發(fā)式冷凝器所需的循環(huán)水量也降低了50%左右。在排風(fēng)風(fēng)道當(dāng)中設(shè)置蒸發(fā)式冷凝器，能夠有效增強(qiáng)車(chē)站美觀性，同時(shí)節(jié)約建設(shè)用地。融合蒸發(fā)冷凝技術(shù)與蒸發(fā)冷卻技術(shù)，可以對(duì)機(jī)組的能耗問(wèn)題進(jìn)行有效控制。蒸發(fā)式冷凝器的運(yùn)行效率，由于入口空氣狀態(tài)參數(shù)的變化而得到提高，機(jī)組換熱面積也大大降低，因此降低了地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的建設(shè)成本投入。

4 地鐵通風(fēng)空調(diào)中蒸發(fā)式冷凝（冷卻）技術(shù)的應(yīng)用措施

4.1 蒸發(fā)式冷凝器與直接蒸發(fā)冷卻器結(jié)合

填料應(yīng)用于蒸發(fā)式冷凝器的進(jìn)風(fēng)口位置，并將淋水系統(tǒng)應(yīng)用于填料上方位置。室外空氣能夠在填料的作用下實(shí)現(xiàn)預(yù)冷，循環(huán)冷卻水溫度和空氣干球溫度得到有效控制。在此過(guò)程中，制冷系統(tǒng)冷凝溫度和冷凝壓力明顯降低，蒸發(fā)式冷凝器制冷系統(tǒng)的運(yùn)行效率得到增強(qiáng)。通過(guò)長(zhǎng)期檢測(cè)實(shí)驗(yàn)可以得知，對(duì)比無(wú)填料的蒸發(fā)式冷凝器，有填料的蒸發(fā)式冷凝器在各參數(shù)方面都有明顯優(yōu)勢(shì)。29.1%-65.9%是其空氣傳熱系數(shù)的提高幅度，33.9%-63.8%是其傳質(zhì)系數(shù)的提高幅度，7.4%-16.5%是其總傳熱系數(shù)的提高幅度[3]。此外，在能效比方面，該蒸發(fā)式冷凝器也能夠提高1-3個(gè)百分點(diǎn)。蒸發(fā)式冷凝（冷卻）機(jī)組應(yīng)用于通風(fēng)空調(diào)當(dāng)中，應(yīng)該視地面空間情況進(jìn)行合理布設(shè)。當(dāng)?shù)厣峡臻g較小時(shí)，應(yīng)該在地下排風(fēng)道進(jìn)行布設(shè)，能夠防止對(duì)土建結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干擾；當(dāng)?shù)厣峡臻g較大時(shí)，可以直接在地面當(dāng)中進(jìn)行布設(shè)。

4.2 板管-填料復(fù)合式蒸發(fā)式冷凝器與機(jī)械制冷的結(jié)合

耦合填料與板管換熱器構(gòu)成蒸發(fā)式冷凝器，填料應(yīng)用于板管換熱器的空隙當(dāng)中，能夠促進(jìn)換熱面積的提升，循環(huán)水的溫度能夠得到有效控制，增強(qiáng)了整個(gè)機(jī)組的散熱性能。在機(jī)組內(nèi)部的結(jié)構(gòu)設(shè)置當(dāng)中，采用上下布置的方式，能夠有效節(jié)約占地面積，增強(qiáng)了設(shè)備應(yīng)用的靈活性。避免了設(shè)備用房的建設(shè)，因此能夠降低成本投入。板管-填料復(fù)合式蒸發(fā)式冷凝器與機(jī)械制冷一體化冷水機(jī)組，主要由循環(huán)水箱、蒸發(fā)器、制冷劑管路、壓縮機(jī)、噴嘴、填料、節(jié)流裝置和板管蒸發(fā)式冷凝器等組成[4]。該機(jī)組可以設(shè)置于排風(fēng)道與新風(fēng)道之間，也可以應(yīng)用于地面上和機(jī)房?jī)?nèi)。

4.3 蒸發(fā)式冷凝器與間接蒸發(fā)冷卻器的結(jié)合

管式間接蒸發(fā)冷卻器應(yīng)用于進(jìn)風(fēng)口的位置，在對(duì)室外空氣進(jìn)行等濕降溫處理時(shí)，主要依賴(lài)于管式間接蒸發(fā)冷卻器，能夠有效控制濕球溫度和干球溫度。在蒸發(fā)式冷卻器當(dāng)中，循環(huán)水存在于制冷機(jī)盤(pán)管表面當(dāng)中，與空氣的熱濕交換能夠帶走熱量。蒸發(fā)式冷凝器的換熱效率得到優(yōu)化，而且增強(qiáng)了整個(gè)機(jī)組的制冷性能，有利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗的目標(biāo)。

在地鐵暖通空調(diào)應(yīng)用該機(jī)組時(shí)，應(yīng)該對(duì)間接蒸發(fā)冷卻器的二次排風(fēng)問(wèn)題加以重視，保障二次排風(fēng)的順暢性。在地鐵送排風(fēng)道內(nèi)應(yīng)用該類(lèi)型機(jī)組，也能增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在送風(fēng)風(fēng)道當(dāng)中安裝直接膨脹式表冷器和間接蒸發(fā)冷卻器，在地鐵排風(fēng)風(fēng)道安裝蒸發(fā)式冷凝器，為了保障機(jī)組的多工況運(yùn)行，應(yīng)該合理設(shè)置閥門(mén)[5]。制冷劑直膨、蒸發(fā)式冷凝器和間接蒸發(fā)冷卻器應(yīng)用于炎熱的夏季，而通風(fēng)模式則應(yīng)用于嚴(yán)寒的冬季，空調(diào)模式和通風(fēng)模式可以在春季或者秋季使用。在傳統(tǒng)冷卻塔設(shè)置時(shí)存在較大的難度，而蒸發(fā)式冷凝器的使用則有效的避免了此類(lèi)問(wèn)題，冷凍水和冷卻水也由于制冷劑直膨和蒸發(fā)式冷凝器的使用而減少，也無(wú)需建設(shè)配套的空調(diào)機(jī)房，因此能夠有效控制建設(shè)成本。

5 實(shí)例分析

5.1 工程概況

中國(guó)哈爾濱市軌道交通2號(hào)線一期工程位于呼蘭區(qū)、松北區(qū)、道里區(qū)、南崗區(qū)、香坊區(qū)，線路北起江北大學(xué)城站，沿松北大道、中源大道，下穿松花江，沿經(jīng)緯街、頤園街、中山路、珠江路、公濱路敷設(shè)，終至氣象臺(tái)站，線路全長(zhǎng)28.7 公里，全部為地下線，共有8 座換乘站，與軌道交通1、3、4、5、6、8號(hào)線形成換乘。

5.2 系統(tǒng)方案

根據(jù)地鐵車(chē)站負(fù)荷特點(diǎn)，采用變風(fēng)量通風(fēng)系統(tǒng)具有很大的節(jié)能潛力。本線排熱風(fēng)機(jī)、車(chē)站大系統(tǒng)送、排風(fēng)機(jī)均采用變頻控制。變風(fēng)量系統(tǒng)系統(tǒng)的基本原理是通過(guò)固定送風(fēng)溫度，改變送入房間的風(fēng)量來(lái)滿足室內(nèi)變化的負(fù)荷。由于通風(fēng)系統(tǒng)大部分時(shí)間在部分負(fù)荷下運(yùn)行，所以風(fēng)量的減少帶來(lái)了風(fēng)機(jī)能耗的降低，提高了設(shè)備和系統(tǒng)的效能。利用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的連續(xù)調(diào)節(jié)，能耗下降明顯，而且能夠更好的適應(yīng)車(chē)站負(fù)荷的變化。此外，還可以采用其他措施實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的節(jié)能減排。在設(shè)計(jì)通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該明確其客流量，加強(qiáng)近期與遠(yuǎn)期規(guī)劃。運(yùn)用保溫棉對(duì)冷凍水供回水管道和空調(diào)送風(fēng)管等進(jìn)行包裹，降低在系統(tǒng)中的能量損失。

5.3 制式選擇

地鐵運(yùn)能和氣候條件是決定車(chē)站通風(fēng)空調(diào)方式的主要因素。同時(shí)，通風(fēng)空調(diào)方式要盡可能利用自然資源，降低系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。本工程列車(chē)編組為6 節(jié)編組，遠(yuǎn)期高峰小時(shí)行車(chē)對(duì)數(shù)為26 對(duì)。哈爾濱在目前中國(guó)修建地鐵的城市中，緯度最高，冬季寒冷而漫長(zhǎng)，夏季短暫而涼爽。根據(jù)氣象資料統(tǒng)計(jì)（1984～2003），夏季最熱月平均溫度為 23.1℃，冬季最冷月平均溫度為-18.1℃，年平均溫度為2.5℃，日最高氣溫≥30℃的天數(shù)平均 18天[6]。本線車(chē)站大系統(tǒng)送、排風(fēng)機(jī)均采用變頻控制。為減小室外冷風(fēng)對(duì)公共區(qū)環(huán)境溫度的影響，公共區(qū)通風(fēng)冬季采用電加熱器、熱風(fēng)幕機(jī)的設(shè)備，設(shè)備均采用多檔調(diào)節(jié)，以滿足節(jié)能運(yùn)行的要求。

5.4 環(huán)控節(jié)能

地下車(chē)站采用全封閉站臺(tái)門(mén)式通風(fēng)系統(tǒng)，將車(chē)站與區(qū)間隧道分隔開(kāi)，將列車(chē)發(fā)熱量隔斷在區(qū)間內(nèi)，充分利用列車(chē)行駛產(chǎn)生的活塞效應(yīng)和活塞風(fēng)井的吐吶作用，排除部分列車(chē)產(chǎn)生的余熱余濕，吸入地面的新鮮空氣對(duì)區(qū)間隧道進(jìn)行通風(fēng)換氣，大量減少了車(chē)站的負(fù)荷；從而有效減小車(chē)站的設(shè)備及管路、相關(guān)電氣設(shè)施；并且大大降低了通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。更為重要的是，采用全封閉站臺(tái)門(mén)式通風(fēng)系統(tǒng)，在哈爾濱的嚴(yán)寒冬季，降低了列車(chē)運(yùn)行活塞風(fēng)進(jìn)出車(chē)站出入口帶來(lái)的出入口冷風(fēng)滲透影響，對(duì)于提高車(chē)站內(nèi)環(huán)境，降低出入口熱風(fēng)幕開(kāi)啟及公共區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)新風(fēng)電加熱的使用頻次有非常重要的積極意義。對(duì)于運(yùn)營(yíng)人員不能夠經(jīng)常前往，但又不得不設(shè)置通風(fēng)空調(diào)設(shè)施以保證房間換氣次數(shù)及排出余熱等通風(fēng)要求的場(chǎng)所（如本工程中間風(fēng)井內(nèi)的設(shè)備用房），建議設(shè)置溫控風(fēng)機(jī)，這樣可避免在氣候涼爽或房間發(fā)熱量不大的情況下通風(fēng)設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行狀況的發(fā)生，既可節(jié)約電能，又能延長(zhǎng)設(shè)備的使用年限。

6 結(jié)語(yǔ)

為了增強(qiáng)地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行性能，應(yīng)該將蒸發(fā)式冷凝技術(shù)與蒸發(fā)式冷卻技術(shù)結(jié)合在一起，促進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行效率的提升，降低運(yùn)行能耗，滿足中國(guó)節(jié)約型社會(huì)的構(gòu)建要求。在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，主要是通過(guò)蒸發(fā)式冷凝器與直接蒸發(fā)冷卻器結(jié)合、板管-填料復(fù)合式蒸發(fā)式冷凝器與機(jī)械制冷的結(jié)合、蒸發(fā)式冷凝器與間接蒸發(fā)冷卻器的結(jié)合的方式，降低機(jī)組的占地面積，控制了地鐵建設(shè)的成本。這不僅能夠促進(jìn)城市化建設(shè)的迅速發(fā)展，而且為中國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提升奠定了基礎(chǔ)。