空氣-水系統(tǒng)在鄭州某地下車站的應(yīng)用

徐虹玲

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司， 北京 100037)

空氣-水系統(tǒng)在鄭州某地下車站的應(yīng)用

徐虹玲

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司， 北京 100037)

以鄭州某換乘車站為例，闡述風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的公共區(qū)負(fù)荷計(jì)算、空氣處理焓濕圖、設(shè)備選型及系統(tǒng)運(yùn)行模式，水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理等。對(duì)空氣-水系統(tǒng)和全空氣系統(tǒng)的能耗進(jìn)行對(duì)比和分析，得出公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)無論采用空氣-水系統(tǒng)，還是全空氣系統(tǒng)，冷凍水系統(tǒng)都沒有受到影響，但空氣-水系統(tǒng)的總耗電量約為全空氣系統(tǒng)的89%，大大減少了輸送能耗，節(jié)能效果顯著。對(duì)空氣-水系統(tǒng)和全空氣系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行對(duì)比，得出空氣-水系統(tǒng)能有效減少地下車站機(jī)房和風(fēng)道面積，壓縮土建規(guī)模，并能降低運(yùn)行能耗，從而大幅度降低車站規(guī)模和造價(jià)；但空氣-水系統(tǒng)對(duì)于運(yùn)行時(shí)間較長的地下車站來說，其末端設(shè)備多且分散，運(yùn)行維護(hù)工作量大，檢修較為困難，因此對(duì)于土建規(guī)模受限的車站來說，空氣-水系統(tǒng)是一個(gè)較好的選擇。

軌道交通； 空氣-水系統(tǒng)； 全空氣系統(tǒng)； 公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)； 風(fēng)系統(tǒng)； 水系統(tǒng)

1 研究背景

近年來，城市軌道交通作為低能耗的交通方式，得到了國家的大力扶持。在同等運(yùn)量條件下，城市軌道交通能耗相當(dāng)于小汽車的1/9，公交車的1/2，且占地小，成本低，節(jié)能減排效果明顯。但城市軌道交通系統(tǒng)組成復(fù)雜、設(shè)備數(shù)量眾多，在 運(yùn) 營 過程中的能 源消耗量也大。據(jù)調(diào)查，通風(fēng)空調(diào) 系 統(tǒng) 用 電 量占軌道交通能耗的30%～40%，因此采用節(jié)能 的 通 風(fēng) 空 調(diào)系統(tǒng)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)軌道交通的節(jié)能運(yùn)行具有舉足輕重的作用[1]。

目前,地下車站中通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)主要分為公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)(大系統(tǒng))和設(shè)備用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)(小系統(tǒng))。若采用全空氣系統(tǒng)，風(fēng)管、空調(diào)機(jī)房占用大量地下空間，導(dǎo)致土建成本增加；若采用空氣長距離輸送冷量，效率低，導(dǎo)致運(yùn)行能耗巨大。文獻(xiàn)[2]對(duì)國內(nèi)外地下車站大系統(tǒng)采用的全空氣系統(tǒng)、空氣-水系統(tǒng)、VRV(variable refrigerant volume，變冷媒流量多聯(lián))系統(tǒng)等幾類空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)研和比較，文獻(xiàn)[3]對(duì)地下車站采用空氣-水系統(tǒng)進(jìn)行可行性分析，都認(rèn)為空氣-水系統(tǒng)能夠大大減少機(jī)房和風(fēng)道面積，從而壓縮土建規(guī)模，并能在車站運(yùn)營后大大節(jié)省運(yùn)行成本，因此對(duì)于土建規(guī)模受限的車站，采用空氣-水系統(tǒng)具有較大的優(yōu)勢，建議推廣使用。廣州市軌道交通2號(hào)線的暗挖地下車站采用了空氣-水系統(tǒng)[4]，其主要方式為將風(fēng)機(jī)盤管布置在車站的非有效利用空間內(nèi)，新風(fēng)通過專用風(fēng)管送入車站公共區(qū)，在空調(diào)季新風(fēng)與回風(fēng)混合后經(jīng)過處理再送出。這種空氣-水系統(tǒng)很好地解決了暗挖車站的通風(fēng)問題，但對(duì)于車站公共區(qū)來說，占用吊頂空間較多，風(fēng)口布置也較復(fù)雜。本文以鄭州某明挖地下?lián)Q乘車站為例，介紹空氣-水系統(tǒng)在地下車站大系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。

2 車站概況

本工程全線采用全封閉型站臺(tái)門系統(tǒng)，隧道通風(fēng)采用雙活塞風(fēng)道通風(fēng)模式。該站為地下1層、地上2層的雙島四線車站，換乘方式為同臺(tái)換乘。其中地下1層為站臺(tái)層，地上1層為站廳層，地上2層為設(shè)備層，車站工法為明挖法。設(shè)計(jì)伊始，考慮按照常規(guī)換乘車站的設(shè)計(jì)思路，車站兩端設(shè)置大系統(tǒng)機(jī)房和活塞/事故風(fēng)道，大、小系統(tǒng)均采用全空氣系統(tǒng)；然而，通過現(xiàn)場調(diào)查和踏勘發(fā)現(xiàn)受地面條件限制，無法布置活塞/事故風(fēng)道和全空氣系統(tǒng)的環(huán)控機(jī)房。經(jīng)研究和論證決定大系統(tǒng)采用空氣-水系統(tǒng)，小系統(tǒng)采用全空氣系統(tǒng)，在地下1層兩端設(shè)置活塞/事故風(fēng)道以及風(fēng)機(jī)房，從而大大壓縮了地面的土建規(guī)模，減小協(xié)調(diào)用地難度。

3 風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 公共區(qū)負(fù)荷計(jì)算及空氣處理焓濕圖

站廳層為地面1層，采用自然通風(fēng)，不設(shè)置空調(diào)。站臺(tái)層為地下1層，設(shè)置空調(diào)通風(fēng)，為避免站廳層自然風(fēng)侵入站臺(tái)造成結(jié)露，站廳層通往站臺(tái)層的所有樓扶梯口處均設(shè)置空氣幕。

兩個(gè)站臺(tái)公共區(qū)面積均為952 m2，總面積為1 904 m2。根據(jù)遠(yuǎn)期晚高峰小時(shí)客流量以及各專業(yè)提供的發(fā)熱量計(jì)算空調(diào)負(fù)荷，同時(shí)按照遠(yuǎn)期早高峰小時(shí)客流量計(jì)算車站公共區(qū)新風(fēng)量，對(duì)公共區(qū)人員冷負(fù)荷、圍護(hù)結(jié)構(gòu)冷負(fù)荷、照明冷負(fù)荷、滲透冷負(fù)荷等進(jìn)行計(jì)算[5]，得到公共區(qū)冷負(fù)荷為767 kW，風(fēng)量為113 800 m3/h，新風(fēng)量為16 363 m3/h。公共區(qū)空氣處理焓濕圖見圖1，各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)見表1。

圖1 公共區(qū)空氣處理焓濕圖Fig.1 Air-handling h-d chart of public area

表1 車站公共區(qū)焓濕圖空氣狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)

3.2 設(shè)備選型

根據(jù)冷負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，同時(shí)為了避免末端設(shè)備過多增加檢修難度，本工程選用12臺(tái)風(fēng)機(jī)盤管，冷量為74.6 kW，風(fēng)量為10 000 m3/h，布置在站臺(tái)層公共區(qū)吊頂內(nèi)以處理室內(nèi)負(fù)荷，機(jī)組避開樓扶梯口及站臺(tái)門。送風(fēng)管、回風(fēng)管均設(shè)消聲器，并做好柜體本身的隔聲、減振處理，機(jī)組噪聲按65 dB(A)標(biāo)準(zhǔn)控制[6]。

為改善站臺(tái)公共區(qū)空氣品質(zhì)，同時(shí)減少站臺(tái)層風(fēng)機(jī)盤管的新風(fēng)冷負(fù)荷，在車站兩端分別設(shè)置2臺(tái)柜式空調(diào)器作為新風(fēng)處理機(jī)組，在進(jìn)口處設(shè)空氣凈化除塵裝置，并設(shè)置1臺(tái)回排風(fēng)機(jī)和1臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)。新風(fēng)機(jī)組將新風(fēng)處理至室內(nèi)狀態(tài)等焓點(diǎn)后送至站臺(tái)層風(fēng)機(jī)盤管，與送風(fēng)混合后送至公共區(qū)。新風(fēng)機(jī)組冷量為202 kW，風(fēng)量為18 000 m3/ h，根據(jù)公共區(qū)CO2濃度進(jìn)行變頻控制。

3.3 系統(tǒng)運(yùn)行模式

公共區(qū)大系統(tǒng)通風(fēng)原理如圖2所示。空氣-水系統(tǒng)按空調(diào)、通風(fēng)兩種工況運(yùn)行，工況轉(zhuǎn)換采用焓值控制。

圖2 公共區(qū)大系統(tǒng)通風(fēng)原理Fig.2 Ventilation schematic drawing of public area air-conditioning system

當(dāng)室外新風(fēng)焓值大于車站回風(fēng)空氣焓值時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)采用小新風(fēng)一次回風(fēng)運(yùn)行。經(jīng)過處理后的新風(fēng)通過電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥接入靜壓箱，與風(fēng)機(jī)盤管送風(fēng)混合后進(jìn)入車站公共區(qū)；回風(fēng)靜壓箱上分為兩個(gè)支路，一個(gè)支路直接回風(fēng)，另一個(gè)支路接入排風(fēng)機(jī)排出室外。新風(fēng)處理機(jī)組根據(jù)公共區(qū)CO2濃度實(shí)現(xiàn)變頻控制，可根據(jù)車站負(fù)荷情況自行決定開啟機(jī)組臺(tái)數(shù)，以達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的。

當(dāng)室外空氣焓值小于空調(diào)送風(fēng)焓值時(shí)，大系統(tǒng)停止運(yùn)行，關(guān)閉站臺(tái)層風(fēng)機(jī)盤管前后的電動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，采用全新風(fēng)運(yùn)行模式。

車站大系統(tǒng)氣流組織方式采用上送上回方式，按均勻送風(fēng)設(shè)計(jì)，回排風(fēng)管兼作排煙風(fēng)管。一旦站臺(tái)層發(fā)生火災(zāi)，關(guān)閉站臺(tái)層風(fēng)機(jī)盤管及相應(yīng)風(fēng)閥，開啟排煙風(fēng)機(jī)及相應(yīng)閥門，進(jìn)入排煙模式，通過樓扶梯口自然補(bǔ)風(fēng)。

4 水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

空調(diào)冷源采用水冷冷水機(jī)組，車站大、小系統(tǒng)合用冷源，冷卻塔設(shè)置于車站地面層，冷凍機(jī)房位于站臺(tái)層。經(jīng)負(fù)荷計(jì)算，設(shè)置3臺(tái)冷量為340 kW的螺桿式冷水機(jī)組，白天并聯(lián)運(yùn)行，互為備用，為車站大、小系統(tǒng)提供7～12℃冷水，配置3臺(tái)冷凍水泵及3臺(tái)冷卻水泵。

冷水機(jī)房內(nèi)設(shè)分、集水器，大、小系統(tǒng)的冷水機(jī)組支管均由分、集水器接出。在各柜式風(fēng)機(jī)盤管末端回水管上設(shè)電動(dòng)二通調(diào)節(jié)閥，經(jīng)流通能力計(jì)算確定其口徑，使其工作特性滿足負(fù)荷調(diào)節(jié)要求。此外，在分、集水器間設(shè)壓差旁通裝置，為進(jìn)一步減少水力輸送系統(tǒng)的能耗，采用一次泵變頻水系統(tǒng)，同時(shí)水泵出水側(cè)止回閥采用限流止回閥。冷凝水管按照不低于5‰的坡度坡向站臺(tái)層公共區(qū)衛(wèi)生間地漏。空調(diào)冷凍水系統(tǒng)原理見圖3。

圖3 空調(diào)冷凍水系統(tǒng)原理Fig.3 Chilled-water schematic drawing

5 空氣-水系統(tǒng)的能耗分析及技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比

采用全空氣系統(tǒng)和空氣-水系統(tǒng)的能耗分析對(duì)比見表2。由表2可以看出，大系統(tǒng)無論是采用空氣-水系統(tǒng)還是采用全空氣系統(tǒng)，冷凍水系統(tǒng)都沒有受到影響，兩系統(tǒng)設(shè)備配置完全相同，主要區(qū)別在于組合式空調(diào)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管。空氣-水系統(tǒng)的空調(diào)耗電量為162 kW，總耗電量為441 kW；全空氣系統(tǒng)的空調(diào)耗電量為216 kW，總耗電量為495 kW，前者總耗電量約為后者的89%，大大減少了輸送能耗，節(jié)能效果顯著。采用全空氣系統(tǒng)和空氣-水系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比見表3。

表2 空氣-水系統(tǒng)和全空氣系統(tǒng)的能耗對(duì)比

表3 全空氣系統(tǒng)和空氣-水系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比

在上述對(duì)比表中，由于空氣-水系統(tǒng)和全空氣系統(tǒng)采用的風(fēng)機(jī)及水系統(tǒng)設(shè)備完全相同，故不列入比較范圍內(nèi)；運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用按設(shè)備初投資的5%計(jì)算，空氣-水系統(tǒng)由于末端設(shè)備較多，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用按初投資的10%計(jì)算；年運(yùn)行費(fèi)用按照一個(gè)制冷季運(yùn)行時(shí)間為120 d，每天運(yùn)行18 h計(jì)算；土建投資按照1萬元/m2估算，電費(fèi)按照0.8元/kWh計(jì)算，水費(fèi)按照3元/t計(jì)算。可以看出，空氣-水系統(tǒng)相比全空氣系統(tǒng)來說，設(shè)備初投資節(jié)省28萬元，土建投資節(jié)省約570萬元，共節(jié)省598萬元，大大降低了車站規(guī)模和造價(jià);同時(shí)，年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省8.9萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

由于空氣-水系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)盤管安裝于公共區(qū)吊頂上方，末端設(shè)備多且分散，運(yùn)行維護(hù)工作量大，對(duì)于運(yùn)行時(shí)間較長的地下車站來說檢修較為困難，因此對(duì)于土建規(guī)模受限的車站來說，空氣-水系統(tǒng)是一個(gè)較好的選擇。

6 結(jié)語

空氣-水系統(tǒng)在地下車站中的應(yīng)用可以有效壓縮車站規(guī)模，減少運(yùn)行成本，然而由于末端設(shè)備較多且分散，檢修較為困難。因此，在車站土建規(guī)模受限的情況下，可推廣使用空氣-水系統(tǒng)。

[1] 王亞陸.軌道交通耗能分析及節(jié)能措施探討[J].城市道橋與防洪,2014(9):44-49.

WANG Yalu.Energy consumption analysis and energy saving investigation of railway transit[J].Urban roads bridges & flood control， 2014(9)： 44-49.

[2] 丁毅.淺談地鐵車站公共區(qū)空調(diào)系統(tǒng)形式[J].中國市政工程，2011(4)：56-59.

DING Yi.Investigation of air-conditioning system of public area in subway station[J].China municipal engineering， 2011(4)： 56-59.

[3] 劉伊江.城市軌道交通車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用空氣-水系統(tǒng)的可行性分析[C]//2014鐵路暖通年會(huì)論文集.中國鐵道學(xué)會(huì)車輛委員會(huì)，2014.

LIU Yijiang.Feasibility analysis of air-water system applied in ventilation and air-conditioning system in subway station[C]//Annual conference of railway HVAC, 2014.

[4] 李國慶.城市軌道交通通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].暖通空調(diào),2011,41(6)：1-6

LI Guoqing.Present status and development trend of ventilation and air conditioning[J].Heating Ventilating & Air Conditioning， 2011, 41(6)： 1-6

[5] 高煌.淺談地鐵車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2011,37(9)：22-24.

GAO Huang.Initial discussion on the design of air-conditioning and ventilation system in subway station public area[J].Shanxi architecture， 2011, 37(9)： 22-24.

[6] 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50157—2013[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2014.

Code for design of metro： GB 50157—2013[S].Beijing： China Architecture & Building Press， 2014.

(編輯：王艷菊)

Application of Air-water System in an Underground Station of Zhengzhou

XU Hongling

(Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing 100037)

A transfer station in Zhengzhou is cited as an example to describe the load calculation in the public area, the air treatment enthalpy diagram, equipment selection and system operation mode, water system design, principles and so on. The energy consumption of the air-water system and the air-air system is compared and analyzed. Results show that the chilled water system is not affected by either the air-water system or the air-air system, but the total air-water system power consumption is about 89% of the air-air system, which greatly reduced the energy consumption during transmission and was remarkably energy efficient compared with the technical economy of air-water system and air-air system. It is concluded that air-water system can effectively reduce the room and air duct area of underground station, the scale of civil construction, the energy consumption, and the station space and cost. However, for the long-running underground station, the terminal equipment of air-water system was too much and scattered, Which increased the difficulty of service and maintenance. Therefore, the equipment should be used in underground stations in which the architecture space is extremely limited.

rail transit; air-water system; air-air system; ventilation and air-conditioning system of public area; air-distribution system; water system

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.01.020

2016-02-15

2016-03-16

徐虹玲,女,高級(jí)工程師,從事軌道交通暖通設(shè)計(jì).xuhongling@bjucd.com

U231.5

A

1672-6073(2017)01-0098-04