风墙型蒸发冷凝直膨系统应用于地铁车站的实例分析

摘 要 本文选取一个地铁车站的实际工程案例，将常规冷源系统与风墙型蒸发冷凝直膨系统，从冷源系统设计能效和投资回收期两个方面去进行比较。设计工况下蒸发冷凝直膨系统的冷源系统设计能效较传统冷源系提高了26%。虽然设备初投资会增加16.4%，但由于冷源系统设计能效可提高26%，投资回收期不到两年。文章认为蒸发冷凝直膨系统在冷却塔布置有困难的站点，可以作为车站冷源系统的一个可选的解决方案。

关键词 地铁车站；蒸发冷凝直膨系统；冷源系统设计能效

1 概述

城市轨道交通能缓解城市交通拥堵、提高交通效率，由于具有安全舒适、快速环保、运力大的特点，成为人口密度大的城市解决公共交通问题的首选。然而，随着社会的发展，在追求交通方便的同时，人们对于环境质量的要求也逐步提高，对于风亭冷却塔的设置位置要求也越来越苛刻[1]。尤其是冷却塔，由于民众对设备原理以及相应水处理的原理完全不了解，冷却塔容易引起周边民众的反感，甚至有可能引起群体事件。

但是随着技术的进步，新的空调系统冷却形式不断涌现，蒸发冷凝系统为避免地面设置冷却塔提供了一种解决方案。北京地铁14号线阜通站采用了风道型蒸发冷凝直膨系统，并于2015年夏季顺利开机试运行。历经三个供冷季的考验，蒸发冷凝直膨系统证明了它能像常规水系统一样满足地铁车站的供冷需求。

深圳国际会展中心市政配套工程服务于深圳国际会展中心，对于环境等各方面要求高。鉴于风墙型蒸发冷凝直膨系统，可不设置地面冷却塔，同时对于土建规模要求相对风道型蒸发冷凝直膨系统更少，社会效益和人文和谐效益显著。为尽快取得蒸发冷凝直膨系统应用经验，选择在深圳国际会展中心市政配套工程的重庆路站采用风墙型蒸发冷凝直膨系统。

2 风墙型蒸发冷凝直膨系统与常规空调冷源系统的对比分析

重庆路站站大系统设计冷负荷754kW，小系统设计冷负荷696kW，总冷负荷1450kW。冷源空调系统采用蒸发冷凝直膨空调系统，通过冷媒管系统及压缩机、蒸发冷凝器等设备为车站提供所需的冷量。各个空调系统均单独配置冷媒管系统及压缩机、蒸发冷凝器等设备，A端共4套系统，B端共2套系统。

蒸发冷凝直膨空调系统由：风墙型蒸发冷凝设备、直膨压缩设备和直膨型空气处理设备三大部分组成[2]。

2.1 风墙型蒸发冷凝直膨系统设备选型

车站公共区空调系统采用2套冷媒直接膨胀式蒸发冷凝系统（压缩设备：冷量377kW，功率72kW；蒸发冷凝器：风量50000m3/h，排热量495kW；喷淋循环泵流量Q=50m3/h；H=6mH2O，N=1.5kW，风机墙功率N=15.5kW）。

A端27℃的18小时管理用房采用一套冷媒直接膨胀式蒸发冷凝系统（压缩设备：冷量66kW，功率13.2kW；蒸发冷凝器：风量8000m3/h，排热量80kW；喷淋循环泵流量Q=8m3/h；H=5mH2O，N=0.55kW，风机墙功率N=2.5kW）。

A端27℃的24小时设备用房采用一套冷媒直接膨胀式蒸发冷凝系统（压缩设备：冷量291kW，功率54kW；蒸发冷凝器：风量35000m3/h，排热量350kW；喷淋循环泵流量Q=35m3/h；H=5mH2O，N=1.1kW，风机墙功率N=10kW）。

A端36℃的24小时电气用房采用一套冷媒直接膨胀式蒸发冷凝系统（压缩设备：冷量220kW，功率42kW；蒸发冷凝器：风量27000m3/h，排热量265kW；喷淋循环泵流量Q=25m3/h；H=5mH2O，N=0.75kW，风机墙功率N=9kW）。

B端27℃的24小时设备用房采用采用一套冷媒直接膨胀式蒸发冷凝系统（压缩设备：冷量119kW，功率23.5kW；蒸发冷凝器：风量15000m3/h，排热量150kW；喷淋循环泵流量Q=15m3/h；H=5mH2O，N=0.55kW，风机墙功率N=5kW）。

2.2 冷源系统设计能效对比分析

傳统地铁车站空调冷冻水，一般由螺杆式电制冷冷水机组、冷冻水泵，冷却水泵，冷却塔、冷却水处理装置等主组成（以下简称传统方案）。按车站大小系统的负荷1450kW，A、B端负荷集中在一端设置制冷机房，供应车站两端的大、小系统，进行设备配置详见下表：

根据两种方案的设备选型，计算设计工况下制冷系统能效情况详见表2-2。

蒸发冷凝直膨系统的主要特点在于：

1）采用制冷剂直接蒸发式供冷模式，将制冷循环的四大部件（压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器）布置于地铁地下空间，通过系统管路、安全阀件等连接组成制冷循环，从而将传统的传热过程进行简化，省却了冷却水循环系统和冷冻水循环系统。

2）采用与多联机类似的制冷剂直接蒸发式供冷，减少在蒸发器内冷冻水与制冷剂的换热，在冷凝器内冷却水与制冷剂的换热。同时采用换热效果更好的蒸发式冷凝装置替代了传统地铁空调的冷却塔和冷凝器，取消了冷却塔，也提高了系统能效。

由表2-2可以看出设计工况下蒸发冷凝直膨系统的冷源系统设计能效较传统冷源系提高了26%。

2.3 经济性对比对比分析

因为机电系统造价相对于土建造价很低，为避免土建费用对系统比较结果产生较大偏差，本文在分析初投资时假设土建条件同时能满足两种系统的安装需求。就两个系统的设备初投资情况列表对比分析，详见表2-3。

单从设备购置方面费用进行比较蒸发冷凝直膨系统较传统冷源系统增加了136万元。但是，蒸发冷凝直膨系统因为没有冷却水和冷冻水系统，系统管道附件以及冷源系统施工的整体费用较传统冷源系统少了76万元。总的来看，蒸发冷凝直膨系统较传统冷源系统造价多了60万元，设备初投资增加了16.4%。

蒸发冷凝直膨系统较传统冷源系统每年能节约35万元的运行费用，约2年时间可省下因采用蒸发冷凝直膨系统而增加的设备初投资。集中供冷系统替代分站供冷系统时，投资回收期也约为2年[3]。因此用经济性角度，采用蒸发冷凝直膨系统替代分站供冷与集中供冷系统相比，可行程度基本一致。

3 结束语

从技术、经济方面的简单分析结果来看，虽然设备初投资会增加16.4%，但由于冷源系统设计能效可提高26%，投资回收期不到两年。蒸发冷凝直膨系统无须设置地面冷却装置，在冷却塔布置有困难的站点，在土建条件也合适的前提下，可以作为车站冷源系统的一个很好的解决方案。

采用该冷源方案会导致车站环控系统的冷源分解为多个独立的小系统，冷源整体安全性有所降低，会增加设备运营维护的工程量。同时，在低负荷工况时该方案的车站冷源系统整体综合能效还有待研究。若参考变频多联机的形式优化蒸发冷凝直膨系统，将能进一步提高该系统在整个空调季的能效，节能效果更佳显著。

参考文献：

[1] 吴允昌.蒸发式冷凝机组在地铁车站的应用分析[J].都市快轨交通，2012，25（4）：119-122.

[2] 黎元龙.蒸发式冷凝直膨式空调系统在地铁中的应用探索[J].建筑工程技术与设计，2015，（19）：1741，1603.

[3] 胡自林.地铁区域集中供冷应用实例研究[J].铁道科学与工程学报，2016，13（8）：1618-1623.

作者简介

苏蒙，男，职称：工程师，工作单位：广州地铁设计研究院有限公司。