關于鐵路站房空調水系統(tǒng)在節(jié)能方面的應用

張　琨

(中鐵城建集團北京工程有限公司，北京　100022)

On the Application of Railway Station of Air Conditioning Water System in Energy Saving

ZHANG Kun

關于鐵路站房空調水系統(tǒng)在節(jié)能方面的應用

張琨

(中鐵城建集團北京工程有限公司，北京100022)

On the Application of Railway Station of Air Conditioning Water System in Energy Saving

ZHANG Kun

摘要對鐵路站房空調系統(tǒng)進行分析，闡述鐵路站房空調水系統(tǒng)變流量調節(jié)的節(jié)能措施。

關鍵詞空調水變流量二級泵

鐵路站房屬于特大型公共交通建筑，人員流動性強，空間結構復雜，能量消耗大。在空調水系統(tǒng)的電力分配下，冬季供暖約占整個建筑用電量的18%～23%，夏季供冷期間約占10%～22%。從空調系統(tǒng)能耗分配方面分析，輸送動力的能耗大約占到整個空調系統(tǒng)能耗的一半以上。如何減少能耗是空調系統(tǒng)節(jié)能的重要措施，空調系統(tǒng)的節(jié)能，不僅可以降低建設單位的投資費用和運行成本，還可以降低因發(fā)電量增加而導致的環(huán)境污染。

1鐵路站房空調系統(tǒng)概況

本工程為特大型鐵路旅客車站，由主站房和站臺雨棚組成，建筑總高度99.9 m，地下一層、地上二層，站房建筑規(guī)模50 000 m2左右。地面為站臺層，層高9.3 m，候車區(qū)部分兩層挑空，層高40.9 m，南北廣場地面與站臺層持平; 地上二層為高架進站層和候車層，高架層進站大廳層高20.2 m、高架層候車大廳層高31.6 m，屋面高度為48.25 m;地下一層為出站層及南北聯(lián)系通道，層高10.8 m。站房由候車廳、售票廳、出站廳、車站設備及管理辦公用房等組成。該工程地處南部地區(qū)，周邊地形以淺丘為主。夏季空調室外計算參數(shù)干球溫度35.5 ℃；濕球溫度26.5 ℃；日平均溫度32.3 ℃；平均風速1.5 m/s；冬季室外計算參數(shù)干球溫度2.2 ℃；相對濕度83%；平均風速1.1 m/s。站房各功能區(qū)參數(shù)如表1。

表1　站房各功能區(qū)參數(shù)

站房內房間冷熱空調負荷統(tǒng)計如表2。

表2　站房內房間冷熱空調負荷統(tǒng)計

本站房設置的空調方式：候車室、售票廳、高架層和站臺層的商業(yè)用房空調系統(tǒng)采用集中供冷的水-空氣系統(tǒng) ；夏季供冷、冬季不供熱。辦公、售票室、客運用房、貴賓候車室等采用風冷變制冷劑流量多聯(lián)分體式冷(暖)空調系統(tǒng)，夏季供冷，冬季供熱；車站設備房中通訊機械室、信息主機房、繼電器室采用風冷機房專用空調。

本站房設置兩個集中冷凍機房，分別設置在站房南、北兩端的地下室內，每個冷凍機房內設3臺壓縮式冷水機組，制冷量為373 kW，供回水溫度7/12 ℃，夏季額定工況和規(guī)定條件下其性能系數(shù)(COP)不低于5.0。空調水路系統(tǒng)采用二級泵變水量異程式系統(tǒng)，冷凍水泵和冷卻水泵與冷水機組一一對應。除備用水泵以外，每臺冷凍水泵和冷卻水泵均配置智能變頻控制裝置。空調冷水循環(huán)系統(tǒng)采用高位膨脹水箱，冷凍水、冷卻水的工作壓力均為0.9 MPa。在空調供回水主管間設壓差旁通控制裝置，以保證主機流量不小于蒸發(fā)器允許的最小流量。候車廳、售票廳設全空氣空調系統(tǒng)，空調機房設在二層，候車室采用噴口側送風，售票廳采用帶溫控調節(jié)裝置的格柵風口側送。

2鐵路站房空調系統(tǒng)特點

鐵路站房區(qū)分不同的功能區(qū)域，不同的區(qū)域對空調要求的負荷也不盡相同，一般分為公共區(qū)域和非公共區(qū)域兩部分。進站廳、候車廳和售票廳屬于公共區(qū)，辦公室、貴賓室和設備用房等屬于非公共區(qū)。公共區(qū)的建筑層高大，空間面積大，外界氣流對室內的空氣變化影響大，并且人員密集，尤其處于 “節(jié)假日”時的高峰期，更造成了建筑空調負荷大，建筑耗能多；非公共區(qū)空間面積小，人員相對穩(wěn)定，氣流組織變化不明顯，空調負荷變量小。

3鐵路站房空調水系統(tǒng)節(jié)能應用

3.1　空調水系統(tǒng)定流量調節(jié)的節(jié)能措施

一般情況下，空調負荷的實際利用率比設計值偏低，造成空調負荷的浪費。基于此種現(xiàn)象，采用的方法是質調節(jié)。定流量系統(tǒng)中缺少自動控制水量的設備，水量處理采取的方法是在泵的出口端加裝流量控制閥，根據(jù)系統(tǒng)的阻力變化來調節(jié)流量，該方法雖然方便有效，卻嚴重影響了系統(tǒng)的效率。而且當存在再熱、混合等損失時，能耗增加更明顯(如圖1所示)。

圖1　定流量系統(tǒng)

3.2　站房中變流量系統(tǒng)控制的節(jié)能措施

變流量控制的方式如圖2所示。用三通調節(jié)閥的控制方式雖可以起到變水量的效果，但對整個水環(huán)路系統(tǒng)來說的是定水量系統(tǒng)。雙通調節(jié)閥的控制方式可改變管路特性曲線，使系統(tǒng)的工作點發(fā)生改變，水流量減少，壓強增加；轉速控制可改變水泵性能，隨著轉速下降，水流量和壓強均降低，水泵揚程以運作速度比三次方的比例降低，可以達到較好的節(jié)能效果。目前，臺數(shù)控制方式是普遍采用的方法，簡單可行，節(jié)能效果顯著。圖3顯示空調系統(tǒng)采取變流量控制方法的節(jié)能效果，可以看出，任何形式的變流量系統(tǒng)都比定流量系統(tǒng)節(jié)省能耗。

圖2　變水量控制系統(tǒng)

注：CWV-定水量；VC1-1臺水泵臺數(shù)控制；VC2-2臺水泵臺數(shù)控制；VC3-3臺水泵臺數(shù)控制；SP-變速水泵。圖3　不同變水量方式時水泵消耗量比較

3.3　站房二級泵變流量水系統(tǒng)節(jié)能措施

本工程中，輔助生產(chǎn)用房和貴賓候車室等采用靈活、低負荷、高效率的風冷變制冷劑流量多聯(lián)分體式冷(暖)空調系統(tǒng)，所需負荷分別為冷負荷2 835 kW，熱負荷1 653 kW；工藝機房(通訊機械室、信息主機房、繼電器室)設置獨立的風冷機房專用空調機組，所需冷熱負荷分別為488 kW和120 kW；其他需要空調的區(qū)域設置中央空調系統(tǒng)，候車廳、售票廳等夏季制冷，冬季不供熱，所需冷負荷為8 380 kW。生產(chǎn)用房、貴賓候車室和工藝機房的特點是：人員數(shù)量相對固定，無論是夏季還是冬季所需的冷熱負荷變化影響不大，負荷量基本與設計負荷相同。但候車廳和售票廳的負荷變化明顯，負荷和運行工況受季節(jié)變化、天氣變化、人員流量變化和環(huán)境條件改變等諸多因素的影響，且經(jīng)常處于不穩(wěn)定狀態(tài)。即便是在一天當中，早晚也會有溫差變化。由于系統(tǒng)較大，管路較長，阻力較高，且各環(huán)路負荷特性相差較大，或壓損相當懸殊時，如果采用一次泵系統(tǒng)，水泵流量和揚程就會根據(jù)主機設備系統(tǒng)參數(shù)和最不利環(huán)路的水阻力進行匹配，配置功率較大；并且系統(tǒng)在不是滿負荷運行時，無論其在工況流量和水阻力有多小，水泵也要消耗最大負荷進行配置，余量與壓差只能通過旁通管道或者增加閥門阻力消耗。由此可見，一次泵系統(tǒng)的能量利用率低，不節(jié)能。采用二次泵方式，節(jié)能效果明顯有所改觀，流量與揚程可以根據(jù)負荷量進行有效配置，設計一次泵的揚程時可以降低一些，避免浪費。并且二次泵的設計還可以采用變流量控制和各支路的自動啟停控制，還可采用節(jié)能效果更加明顯的變頻控制系統(tǒng)。

二級泵變流量水系統(tǒng)是在一次泵的基礎上逐步發(fā)展的一種系統(tǒng)形式。當系統(tǒng)處于非線性范圍較大時，一次泵系統(tǒng)就顯現(xiàn)出很多問題，如能量的過渡浪費、系統(tǒng)及設備的非正常使用等。

二級泵系統(tǒng)：在機房側管路中，水泵由旁通平衡管AB分為兩級，即初級泵和次級泵。冷水機組及其支路附件的阻泵用初級泵來克服平衡管AB以下的水管水流阻力。用戶側水阻力通過次級泵克服AB平衡管以上的環(huán)路阻力。該系統(tǒng)的次級泵和初級泵采取串聯(lián)方式運行，機組、旁通管和初級泵構成一次環(huán)路。負荷側的管路、旁通管與末端設備構成二次環(huán)路，并且二次環(huán)路中設置并聯(lián)水泵方式。當二級泵運行時，初級泵與冷水機組處于聯(lián)動控制，次級泵則根據(jù)系統(tǒng)負荷變化情況進行運速調節(jié)，改變負荷側二次環(huán)路的循環(huán)水量或者臺數(shù)聯(lián)動控制。當次級泵組總供水量與初級泵組總供水量有偏差時，差異部分從平衡管AB中流過。這樣就解決了冷水機組與用戶側水量控制不同步問題，二級泵系統(tǒng)節(jié)省了水泵的電耗，從節(jié)約能耗考慮，有顯著的效果(如圖4)。

圖4　二級泵變流量系統(tǒng)

參考文獻

[1]李曉燕，閆澤生.制冷空調節(jié)能技術[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009

[2]趙天智.廣州地鐵車站站廳建筑布置及規(guī)模的探討[J].鐵道標準設計，2005(10)

[3]龍惟定.上海建筑節(jié)能與空調冷源[J].暖通空調，1996(4)

[4]卜嘯華.制冷與空調技術問答[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2000

[5]王茹竹.制冷學科進展研究與發(fā)展報告[M].北京：科學出版社，2007

[6]李樹林.空調用制冷技術[M].北京：機械工業(yè)出版社,1995

[7]高養(yǎng)田.變流量水系統(tǒng)設計技術發(fā)展[J].暖通空調，1996：3-4

中圖分類號：U291.6+1

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)02-0111-03

作者簡介：張琨(1978—)，女，2005年畢業(yè)于南華大學建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)，工學學士，工程師。

收稿日期：2015-01-23