地铁车站蒸发冷凝直膨空调系统应用测试

张 巍

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 深圳 518000）

1 工程概况

本次应用测试的车站为已开通运营的8A 编组地下二层岛式标准车站，公共区总建筑面积为4 980 m2，其中站厅公共区面积3 040 m2，站台公共区面积1 940 m2。车站范围共设置5 个出入口，两端各设置一座新风亭和一座排风亭，新、排风亭兼做蒸发冷凝装置的进、出风亭。

2 系统组成与原理

蒸发冷凝直膨空调系统属于冷剂式空调，通过压缩机消耗电能使制冷剂在管路中相变完成逆卡诺循环实现空调制冷。该系统的组成设备主要包括蒸发冷凝装置、压缩机和直膨式空调柜。根据文献[1]，其制冷原理如下：a.制冷剂在压缩机处实现绝热压缩，由低温低压气态压缩为高温高压气态；蒸发冷凝装置起到冷凝器的作用；b.制冷剂在冷凝器位置实现定压冷凝，由高温高压气态冷凝为中温高压液态，直膨式空调柜先后起到膨胀阀和蒸发器的作用；c.制冷剂在节流阀处实现等焓节流，由中温高压液态变为低温低压气液两相；d.制冷剂在蒸发表冷段实现定压蒸发，由低温低压气液两相变为低温低压气态，制冷剂蒸发期间吸收空调风中的大量热量实现空调风的冷却。蒸发冷凝原理见图1。

图1 蒸发冷凝原理图

2.1 压缩机

蒸发冷凝直膨空调系统采用单螺杆式压缩机，由一个圆柱螺杆和两个对称布置的平面星轮组成，根据文献[2]，其工作原理如下：压缩机内的螺杆螺槽、机壳内壁和星轮齿构成封闭容积。动力传到螺杆轴上，由螺杆带动星轮旋转，气体由吸气腔进入螺槽内，完成吸气过程；当星轮齿在螺槽内相对运动时，封闭容积逐渐减小，气体受到压缩，完成压缩过程；压缩后的气体通过排气孔口和排气腔排出，完成排气过程。全过程中制冷剂在装置内实现绝热压缩，由低温低压气态压缩为高温高压气态。

2.2 蒸发冷凝装置

蒸发冷凝装置是以空气和常温净化水作为冷却介质，利用空气对流及冷却水的蒸发带走制冷剂的冷凝热，由进风段、过滤段、止回段、风机段、蒸发冷凝段、排风段组成。根据文献[3]，其工作原理如下：冷却水送至上部淋水盘，在冷凝排管外表面形成一层水膜，高温汽态制冷剂由排管上部进入，被管外冷却水吸收热量冷凝为液体，吸收热量的水一部分蒸发为水蒸汽，其余落回集水盘内。EC 风机抽取新风掠过冷凝排管加速水膜蒸发，蒸发的水蒸汽随新风排走。全过程中制冷剂在装置内实现定压冷凝，由高温高压气态冷凝为中温高压液态。

2.3 直膨式空调柜

直膨式空调柜为空气处理末端设备，由过滤段、净化消毒段、蒸发表冷段、中间段、消声段、送风段组成，其中蒸发表冷段为带节流阀的蒸发器。根据文献[4]，全过程中制冷剂在装置内完成了两次状态变化：在节流阀处实现等焓节流，由中温高压液态变为低温低压气液两相；在蒸发表冷段实现定压蒸发，由低温低压气液两相变为低温低压气态。

3 系统计算与配置

3.1 负荷计算，空调负荷计算汇总见表1。

表1 空调负荷计算汇总

3.2 设备配置，设备表见表2。

表2 蒸发冷凝系统主要设备表

3.3 平面设计，平面图见图2、图3。

图2 A 端蒸发冷凝系统平面图

图3 B 端蒸发冷凝系统平面图

4 测试数据与计算

4.1 测试数据，测试数据见表3。

表3 温湿度测试数据汇总

4.2 焓湿图，三组测试数据的焓湿图汇总见图4。

图4 三组测试数据的焓湿图汇总

（1） 空气状态点说明：L 为露点，即蒸发表冷段的出风断面的空气状态；O 为送风点，即送风段的出风断面的空气状态；N1 为站厅点，即站厅回风支管的空气状态；N2 为站台点，即站台回风支管的空气状态；H 为回风点，即回风机出口断面的空气状态；M 为新回混合点，即直膨式空调柜进风断面的空气状态；M1 为厅台混合点，基于设计厅台回风比下回风机入口断面的空气状态；H0 为回风点，基于设计温升下回风机出口断面的空气状态；M0 为新回混合点，基于设计新风比下直膨式空调柜入口断面的空气状态；M00为新回混合点，基于实测回风点H 及设计新风比下直膨式空调柜入口断面的空气状态。

（2） 在站厅N1、站台N2已测定的情况下，回风点H0 偏移至实测回风点H，新回混合点M0 偏移至实测新回混合点M，存在较大非正常温湿度偏移。

（3） 新回混合点M00 与实测新回混合点M 较为接近，偏差在允许范围内，小新风机的新风量基本满足设计值。

4.3 换热量，数据表见表4。

表4 换热量数据汇总

（1） 直膨式空调柜为核心空气处理设备，根据文献[5]，其全热换热量可用于评价蒸发冷凝系统是否正常运行。

（2） A 端直膨式空调柜的全热换热量平均值为462 kW，B 端直膨式空调柜的全热换热量平均值为386 kW，而设备在设计参数下的全热换热量为398 kW。

5 分析总结与建议

5.1 分析

（1） A 端送风传感器疑似安装位置错误导致数据偏差极大，已剔除非置信数据。

（2） B 端回风传感器疑似安装位置气流不稳定造成个别数据波动较大。

（3） 回风点H 存在非正常温升，经计算正常温升为0.8 ℃左右，而实际温升可达3 ℃以上。

（4） B 端空调柜换热量仅为A 端空调柜换热量的83%。

5.2 总结

（1） 回风H 非正常温升的原因：a. 隧道排热TEF 风机和蒸发冷凝装置的EC 风机同时运行下，大系统PYF 风机出口段正压较大，而HPF 风机开启时PYF 风机入口段负压较大，PYF 风机的连锁风阀关闭不严，存在排风道热湿空气吸入；b. 混合风室封堵较差，存在环控机房、新风道、排风道的热湿空气吸入；c.A、D 出入口较短且顺直，A 出入口的口部正对空旷地带，遇到风向适宜的情况下会出现较大的穿堂新风，导致实际新风比过大。

（2） B 端空调柜换热量偏小的原因：a. 冷却水量不足，导致系统出力不足；b. 小端风系统风阀开度过小，低于设计值。

5.3 建议

（1） 回风H 非正常温升的解决方案：a. 手动关闭PYF 风机连锁风阀，加强其在关闭状态下的严密性；b.加强混合风室的封堵；c.出入口穿堂风属于不可控因素，不在常规设计考虑范围；且既有车站也存在类似问题，对公共区环境未产生持续不良影响，暂不做特殊处理。

（2） B 端空调柜换热量偏小的解决方案：a. 核查冷却水补水泵及蒸发冷凝装置是否正常运行；b. 通过手动风量调节阀进行风量调节，使总风量达到设计值。