蒸發式冷凝冷水機組在地鐵車站的應用

李林林 羅 輝 羅燕萍

(廣州地鐵設計研究院有限公司 廣州510010)

隨著地鐵線網規劃的覆蓋面積不斷增加，如何將地鐵工程與繁華擁擠的城市環境協調是目前地鐵建設中日益突顯的問題。針對通風空調系統，對城市環境有影響的設備是風亭和冷卻塔。冷卻塔對環境產生影響的方面包含噪聲、排風和景觀。目前最常用的方式是采用下沉式冷卻塔，并控制冷卻塔與周邊敏感建筑的間距來達到噪聲和景觀的要求。對于設置冷卻塔條件緊張的車站，其處理措施是采用消聲設備將冷卻塔圍閉，但該措施增加造價的同時也降低了冷卻塔的效率。目前，市場有一種板管蒸發式冷凝空調機組，該機組安裝靈活，室內、室外均可安裝，筆者選取廣州某在建地鐵站對蒸發式冷凝空調機組在地鐵工程中的應用進行分析。

1 板管蒸發式冷凝機組技術分析

1.1 蒸發式冷凝器的基本原理

板管蒸發式冷凝技術在結構形式上就是將水冷冷凝器和冷卻塔合二為一，蒸發式冷凝器以蒸發換熱和顯熱交換為基礎，利用冷卻水分布在換熱器表面形成水膜，水膜與強制流動的空氣直接接觸，冷凝器將熱量傳遞給水膜，水膜發生不飽和蒸發并與空氣進行熱質交換，最后由空氣帶走熱量［1-6］。

1.2 蒸發式冷凝冷水機組特點

板管蒸發式冷凝空調機組設計采用板管蒸發式冷凝器，具有以下特點［7-10］:一是節能運行，在同樣環境溫度條件下，板管蒸發式冷凝的溫度較風冷與水冷的溫度要低，可提高壓縮機的性能系數;二是機組布置，機組安裝靈活，室內外均可以安裝，但安裝于室內需增加機械進排風系統，以滿足機組通風需求;三是系統維護，系統無需冷卻水管路系統，可節省該部分的維護費用。

2 車站蒸發冷凝冷水機房布置方案

2.1 車站冷負荷

車站為地下2層島式車站，車站冷負荷設計參數如下:大系統570 kW，小系統410 kW，總負荷980 kW。車站擬采用2臺螺桿式蒸發式冷凝冷水機組作為空調系統冷源，每臺冷量490 kW。車站周邊建筑較為密集，為有效克服設備噪聲和對景觀的影響，并體現機組可安裝于室內的特點，將冷水機房設置于地下，同時對機組增設機械通風系統，以滿足設備安裝于室內時的通風需求。

2.2 冷水機房布置

機房考慮與車站附屬建筑合建，機房新風亭與車站新風亭合用;受車站周邊條件制約，機房單獨設置排風亭，不能與車站排風亭合用。機組為兩側進風，為保證機組每個進風面自然進風的氣流組織均勻，在機房進風端留出2.5 m長的進風空間;機組取消了自身的排風機，每臺機組各配置1臺排風機進行機械排風，自然進風。機組冷凝器共有4個模塊，為保證每個模塊的排風均勻性，在機組上方設置排風夾層，夾層高度3 m。每臺機組共有2排板管式冷凝器，分別從機組的兩側進行維護，每個冷凝器長度為0.6 m。根據廠家的技術資料，兩側的維護長度為1個冷凝器的長度時即可在機房布置，還要同時考慮機組安裝檢修空間、機組機械排風設備的安裝檢修空間、消聲設備的安裝檢修空間和機房進排風道的用地，機房平剖面布置如圖1～3所示。機房面積約195 m1(含風道)，機房高度約8.1 m，機房主要設備如表1所示。

圖1 冷水機房平面

圖2 冷水機房排風夾層平面

圖3 蒸發式冷凝冷水機房剖面

表1 蒸發式冷凝冷水機房主要設備

2.3 機房噪聲處理

根據總平面布置，機房風亭距敏感建筑物的間距為7.6 m。蒸發式冷凝方案在1.5 m層敏感點的噪聲計算如圖4所示，蒸發式冷凝機組機械風機聲源采用的頻譜如表2所示，計算結果如表3所示。

針對噪聲處理，可以考慮對壓縮機增設消聲罩，但需估計消音罩對壓縮機運行效率的影響。同時，在排風道內設置長度為3 m的消聲器，將噪聲控制在規范要求范圍內。

圖4 蒸發式冷凝敏感點計算

表2 排風機聲源頻譜

表3 噪聲治理前蒸發式冷凝敏感點的噪聲

2.4 水質要求

設備對水質有較為嚴格的要求，若冷凍水和冷卻水的水質不良，不僅會使換熱器結垢，影響熱交換效率，降低機組性能，而且會腐蝕換熱器，致使機組發生重大故障。在機組運轉期間，應定期對冷卻水(開式系統的冷凍水)進行抽樣分析，如果達不到要求，應進行水質處理(水質要求見表4)。

表4 機組水質要求

3 能耗及環境影響分析

3.1 機組年能耗計算

對冷水機組+冷卻塔和蒸發式冷凝機組進行年能耗分析，因負荷側系統形式相同，故僅取機組部分及水冷機組的冷卻水部分進行能耗分析計算。機組年能耗如表5所示。

3.2 其他設備年能耗計算

蒸發式冷凝機組將冷卻水泵、冷卻塔和冷水機組集成為一體，系統無需再另外設置冷卻水泵和冷卻塔，但因機組設置于室內，需配置相應的機械通風系統，以保證機組正常運行，能耗較高。冷源側其他設備年能耗如表6所示。

表5 機組年能耗計算

表6 冷源側其他設備年能耗計算

綜上所述，當蒸發式冷凝機組置于室內時，因增加排風機的能耗，與常規冷水機組系統的能耗基本相當。若將機組置于室外，則年能耗較常規冷水機組系統低。

3.3 環境影響分析

將蒸發冷凝機組設置于地下機房，留在地面的建筑為進、排風亭2個敞口風亭，對外界景觀影響小。但是，蒸發冷凝機組的冷卻水直接與冷凝器接觸，排氣溫度和濕度相比冷卻塔要高，對外界環境影響大。同時，機房進、排風與車站風亭合用，增加了風亭的規模。

3.4 車站主體建筑布局

對于新建項目，可優化機房選址，合理利用車站內風道等附屬建筑空間，在一定程度上減少車站主體內部機房占用面積，壓縮投資。根據車站建筑布局，當車站主體內取消冷水機房后，通過調整設備區房間布置，可增加公共區面積。增加的面積可用于商鋪等商業設施，以增加經濟效益。

4 結語

蒸發式冷凝機組將冷卻水泵、冷卻塔和冷水機組集成為一體，并且可置于機房內部;若將機房設于地下車站附屬建筑內，對于車站主體可節省冷水機房用地，縮短車站長度，或增加公共區面積。這對于解決冷卻塔設置困難的問題，是一種可行的方案。

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