徐州地鐵七里溝站蒸發冷凝系統應用分析

頡 鵬，黃亮亮，周良奎，齊大洪

（徐州市城市軌道交通有限責任公司，江蘇徐州 221000）

0 引言

徐州地鐵七里溝站為地下二層島式站臺形式，站后帶雙停車線，車站外包總長459.6 m，站臺寬度11 m。本站共設4組風亭，1號和2號風亭為地鐵專用風亭，3號風亭為物業開發區專用風亭，4號風亭為物業開發風亭及車站活塞事故風亭。本站車站公共區負荷680 kW，車站A端小系統負荷40 kW，車站B端小系統負荷460 kW。

車站1號風亭上方為規劃小學用地，學校環評屬1類區，環評要求較高，若冷卻塔設置在1號風亭附近，遠離通風空調負荷中心，輸送能耗較大，不利于后期節能運營。2號風亭及6號安全出口西北方向為在建美食城，東北方向為農貿市場，根據冷卻塔設置要求可將冷卻塔設置于2號風亭組北側車庫頂部，但需征得車庫產權單位同意，協調工作量較大，且冷卻塔體量較大，影響周邊景觀。3、4號風亭貼紅線設置，正南方向為I類住宅小區，環評要求較高，冷卻塔設置后對住宅周邊景觀影響較大，且冷卻塔遠離冷凍機房，輸送能耗較大，不利于后期節能運行。因此，結合本站周邊環境及站型特點，建議采用蒸發冷凝機組替代傳統“水冷螺桿冷水機組+冷卻塔”的形式，解決冷卻塔設置困難的問題。

1 蒸發冷凝機組方案

1.1 工作原理

在主要的制冷系統中，蒸發式冷凝機是一種換熱設備。其主要工作原理如下：高溫高壓制冷劑氣體依次通過制冷系統和冷凝排管，然后通過熱交換的形式讓高溫高壓制冷劑氣體與冷凝排管外的噴淋水和空氣相結合；此時，高溫高壓制冷劑氣體在排管中由上而下逐漸冷凝成液態制冷劑，配套引風機的超強風力可以將噴淋水敷在盤管的表面，從而達到換熱效果；最后，噴淋水隨著溫度升高而部分氣化，被配套引風機的超強風力帶走了大量熱量，高效脫水器截住熱氣中的水滴與其余吸收了熱量的水，一起被PVC淋水片熱交換層的空氣冷卻，可以通過循環水泵繼續使用，而水位調節器會將蒸發到空氣中的水補充到位[1-3]。

1.2 運行原理

蒸發冷凝器工作時，冷卻水由水泵送至冷凝管組上部噴嘴，均勻地噴淋在冷凝排管外表面，形成一層很薄的水膜，高溫汽態制冷劑由冷凝排管組上部進入，被管外的冷卻水吸收熱量冷凝成液體從下部流出，吸收熱量的水一部分蒸發為水蒸汽，其余落在下部集水盤內，供水泵循環使用[4-6]。蒸發式冷凝器運行原理如圖1所示。風機強迫空氣以3～5 m/s的速度掠過冷凝排管，促使水膜蒸發，強化冷凝管外放熱，并使吸熱后的水滴在下落的進程中被空氣冷卻，蒸發的水蒸汽隨空氣被風機排出，未被蒸發的水滴被擋水板阻擋落回水盤。單位制冷量需要風量110～125 m3/h，約為風冷冷凝風量的1/4。每100 kW冷量循環水量為10～12 m2/h，相當于水冷冷凝所需循環水量的1/2。冷卻水泵揚程約5 m，相當于水冷冷凝水泵的1/4[7-8]。

圖1 蒸發式冷凝器運行原理

2 蒸發冷凝機組設置原則

（1）充分利用新、排風道之間的開挖面積設置蒸發冷凝設備機房，以減小土建投資。

（2）蒸發冷凝機組設備盡可能靠近負荷中心，以減小輸送能耗，降低輸送過程中的冷量損失。

3 蒸發冷凝系統設置方案

3.1 分散設置方案

（1）方案介紹

車站兩端各設置1套獨立的蒸發冷凝空調系統。每臺蒸發冷凝機組對應設置電子水處理儀、軟化水裝置、冷凍水泵、強排風機及定壓排氣補水裝置。

車站A端蒸發冷凝機組設置于新風井與排風井之間空閑區域內，不設置獨立的設備機房。蒸發冷凝機組采用模塊化冷水機組。配置1臺制冷量為380 kW的蒸發冷凝冷水機組，機組冷凝風量為45 000 m3/h，機組額定功率為79.5 kW。A端蒸發冷凝機組布置如圖2所示。

圖2 A端蒸發冷凝機組布置

車站B端配置1臺制冷量為800 kW的蒸發冷凝冷水機組，蒸發冷凝機組采用模塊化冷水機組。機組冷凝風量為92 000 m3/h，機組額定功率為158 kW。蒸發冷凝機組設置于新排風道之間，設置獨立的蒸發冷凝機房。B端蒸發冷凝機組布置如圖3所示。

（2）優缺點分析

蒸發冷凝機組采用分散布置方案時，兩端新、排風井為滿足車站通風空調系統正常通風及蒸發冷凝機組的排熱、補風要求，A端新風井面積約12 m2，排風井面積約16 m2；B端新風井面積約18 m2，排風井面積約25 m2。

由于采用分散布置方案時，冷源靠近負荷中心，輸送距離較近，車站冷凍水系統的輸送能耗減小，有利于車站的節能運行。且采用分散布置方案時，蒸發冷凝冷水機組可調整為蒸發冷凝直膨式機組，由于蒸發冷凝直膨式機組能效更高，若采用蒸發冷凝直膨式機組，車站空調系統節能效果將更為顯著[9]。

圖3 B端蒸發冷凝機組布置

3.2 集中設置方案

（1）方案介紹

車站負荷集中端（車站B端）設置2臺蒸發冷凝機組。每臺對應設置電子水處理儀、軟化水裝置、冷凍水泵、強排風機及定壓排氣補水裝置。

單臺蒸發冷凝機組制冷量為590 kW，機組冷凝風量為68 500 m3/h，機組額定功率為118 kW。蒸發冷凝機組、電子水處理儀，軟化水裝置、冷凍水泵、強排風機及定壓排氣補水裝置集中設置于B端新、排風道之間。機房布置如圖4所示。

圖4 蒸發冷凝機組布置（集中布置）

（2）優缺點分析

當采用集中布置方案時，車站A端新風井面積約6 m2、排風井面積約12 m2；B端新風井面積約20 m2、排風井面積約28 m2。相較于分散布置方案而言，風亭面積有所增加，加大了土建協調難度。

另外，受土建條件限制，在不增加土建規模的情況下，如將蒸發冷凝機組集中布置，為滿足設備安裝及后期運營維護的要求，蒸發冷凝機組無法設置于獨立的蒸發冷凝機房內，而需設置于新風道內。

采用該方案，受蒸發冷凝直膨式空調機組輸送距離限制，車站A端冷源無法保證。因此，采用集中設置方案時，冷源僅可采用蒸發冷凝冷水機組[10]。

4 結束語

（1）采用蒸發冷凝系統，可較好地解決室外冷卻塔設置存在的環評、能耗大、協調難度大等問題。

（2）在滿足車站通風空調設備正常運行的前提下，應根據蒸發冷凝機組的排熱需求，校核新、排風井過風面積，確保新排風井面積能滿足要求。

（3）需結合車站形式及外部條件，合理選擇蒸發冷凝系統方案。為將蒸發冷凝系統的節能效果充分發揮出來，當條件具備時，宜優先選擇分散式設置方案。

（4）徐州地區水質鈣鎂離子濃度較高，在蒸發冷凝系統運行過程中，容易結垢。因此，為保障系統正常穩定地運行，減緩系統能效的衰減，對水質進行凈化處理是本工程的重難點，項目實際運營過程中應加強對水質凈化的管理工作。