冰蓄冷隧道降溫空調(diào)系統(tǒng)在地鐵某區(qū)間的應(yīng)用

于永波 李朋 趙明珠 瞿楊盛 趙鵬

作者簡(jiǎn)介：于永波（1978—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榕照{(diào)。

摘要：為了能夠改善地鐵隧道區(qū)間溫度偏高的問題，為提高列車制冷效果打下良好基礎(chǔ)。該文提出了一種冰蓄冷隧道降溫空調(diào)系統(tǒng)，利用夜間地鐵非運(yùn)營(yíng)時(shí)段的電力容量進(jìn)行蓄冷，在不增加地鐵站用電容量的同時(shí)，通過在隧道區(qū)間設(shè)置制冷末端對(duì)隧道進(jìn)行降溫。結(jié)果表明，降溫效果良好，運(yùn)行一個(gè)月可以將隧道日平均溫度降低5.78 ℃，降溫效果良好。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道溫度 隧道降溫空調(diào)系統(tǒng) 冰蓄冷 活塞風(fēng)

中圖分類號(hào)：U459.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???文章編號(hào)：1672-3791（2021）12（b）-0000-00

Abstract： In order to improve the problem of high temperature in subway tunnel and lay a good foundation for improving the cooling effect of train.This paper designs an innovative ice-storage air conditioning system in subway tunnel. Which makes use of the power capacity of subway station during non-operation period at night to store cold water.At the same time， the cooling terminal is set in the tunnel section to cool down the tunnel without increasing the power capacity of subway station. The results show that the cooling effect is good，the daily average temperature of the tunnel can be reduced by 5.78℃ after one month operation.

Key Words： Subway tunnel temperature; Air conditioning system in metro tunnel; Ice-storage air conditioning system; Piston wind

我國(guó)地鐵站最早從1971年1月開始試運(yùn)行，至今已有50余年的時(shí)間。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該地鐵線路在2019年的單日平均客運(yùn)量超過130萬(wàn)人次。由于列車長(zhǎng)期運(yùn)行發(fā)熱且地鐵隧道區(qū)間熱量不易排出，近年來隧道區(qū)間溫度偏高，造成隧道區(qū)間溫度偏高，列車空調(diào)制冷效果較差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致列車空調(diào)停機(jī)，影響乘客舒適度。

在綜合考慮制冷容量、設(shè)備布置方式及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況后，該文提出了一種冰蓄冷隧道降溫空調(diào)系統(tǒng)，利用夜間地鐵不運(yùn)營(yíng)時(shí)的電力容量進(jìn)行蓄冰，并在日間地鐵車輛運(yùn)行時(shí)通過安裝在隧道區(qū)間內(nèi)的制冷末端進(jìn)行釋冷，從而在有限電力用量的條件下，對(duì)隧道區(qū)間進(jìn)行降溫[1-2]。

該文所提出的冰蓄冷隧道降溫空調(diào)系統(tǒng)較傳統(tǒng)的通過通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行隧道降溫的方案具有單位能耗下降溫效率高、降溫效果顯著且充分利用夜間冗余電量的特點(diǎn)。

1項(xiàng)目背景及區(qū)間隧道熱環(huán)境現(xiàn)狀

為研究地鐵區(qū)間實(shí)際溫度情況，該文采用德國(guó)TESTO-480多功能測(cè)試儀對(duì)某站臺(tái)端部溫度進(jìn)行了測(cè)量，溫度測(cè)試結(jié)果如下。

根據(jù)圖1測(cè)試結(jié)果可以看出，空調(diào)季隧道內(nèi)溫度大部分時(shí)間高于35 ℃，部分時(shí)段溫度高于40 ℃。測(cè)試數(shù)據(jù)真實(shí)地反映了夏季各車站及隧道溫度受列車運(yùn)行影響且整體溫度水平偏高的情況[3]。

2 降溫方案的確定

2.1 車站原制冷系統(tǒng)

該文所研究地鐵站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用的是站臺(tái)設(shè)置半高式站臺(tái)門的制式。在車站新風(fēng)道設(shè)置新風(fēng)機(jī)和小新風(fēng)機(jī)，在排風(fēng)道設(shè)置排風(fēng)機(jī)和排煙風(fēng)機(jī)承擔(dān)通風(fēng)功能。經(jīng)過2003年通風(fēng)空調(diào)改造，車站設(shè)置了風(fēng)冷機(jī)組為車站公共區(qū)和設(shè)備區(qū)供冷，空調(diào)末端采用風(fēng)機(jī)盤管[4]。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)踏勘，車站原設(shè)有2臺(tái)制冷量為320kW的風(fēng)冷冷水機(jī)組（Q=320 kW，N=100.55 kW），末端采用風(fēng)機(jī)盤管為公共區(qū)和設(shè)備區(qū)制冷。

2.2 方案簡(jiǎn)介

根據(jù)設(shè)計(jì)原則及目標(biāo)，提高原空調(diào)系統(tǒng)供冷量的主要手段為。

2.2.1 設(shè)置高效的制冷設(shè)備

2.2.2 加大換熱溫差，提高末端換熱效率

2.2.3 利用非運(yùn)行時(shí)段的冗余電力條件進(jìn)行蓄冷

該文所研究地鐵站的運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng)，運(yùn)行時(shí)間用電基本飽和，需利用非運(yùn)營(yíng)時(shí)段的電力進(jìn)行蓄冷。較為常見的蓄冷方式為冰蓄冷，針對(duì)此項(xiàng)目適用[5]。我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備能力在運(yùn)行冰蓄冷工況時(shí)一般為正常工況能力的65%。

該工程設(shè)置2臺(tái)蒸發(fā)冷凝型雙工況主機(jī)，其中一臺(tái)車站主機(jī)LJ/1，在線路停運(yùn)后替代原系統(tǒng)主機(jī)繼續(xù)制冷，另一臺(tái)區(qū)間主機(jī)LJ/2為區(qū)間降溫提供冷源。

兩臺(tái)主機(jī)共用一個(gè)蓄冰罐XB/1，蓄冰罐融冰制冷也為區(qū)間降溫提供冷源。融冰供冷系統(tǒng)設(shè)置冷水增壓泵;LJ/1利用原系統(tǒng)的冷凍水循環(huán)泵（經(jīng)校核滿足系統(tǒng)使用要求）;LJ/2主機(jī)配套設(shè)置一臺(tái)循環(huán)水泵LD/2;針對(duì)區(qū)間供冷的水系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置一套軟化水裝置、一臺(tái)旁流過濾設(shè)備、一套水系統(tǒng)定壓補(bǔ)水設(shè)備。

2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)該文所研究地鐵站的現(xiàn)有的用地、用電、管線空間等進(jìn)行反算特別是車站外電源受限的前提條件，結(jié)合室內(nèi)外設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算可提供的最大冷量。

2.3.1 室外計(jì)算參數(shù)

區(qū)間隧道降溫的室外環(huán)境為隧道內(nèi)環(huán)境參數(shù)，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析，室外環(huán)境溫度取測(cè)試期間早晚高峰之間時(shí)間段（07：00～19：00）的平均溫度，濕度取平均濕度。室外干球溫度41.5 ℃，相對(duì)濕度22%。

2.3.2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)該示范工程目標(biāo)，取降溫目標(biāo)取2 ℃。室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)為：室內(nèi)干球溫度39.5 ℃，相對(duì)濕度40%。

2.3.3 主機(jī)選型

計(jì)算公式：L正常（kW）=N（kW）×COP

其中：L正常—主機(jī)制冷能力（kW）;

N—可用電力負(fù)荷（kW）;

COP—制冷系統(tǒng)COP;

經(jīng)過調(diào)研：其中N≈120，COP≈3.5;得出L≈420kW。

通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘，區(qū)間末端設(shè)置位置、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)形式等;通過軟件按測(cè)試風(fēng)速進(jìn)行模擬，區(qū)間制冷量有一部分會(huì)通過列車帶至車站，帶入車站的部分與滯留在區(qū)間的部分比例約為3：5，故現(xiàn)階段建議將冷量分配原則定為3：5，即車站主機(jī)157kW，區(qū)間主機(jī)253kW，經(jīng)過選型定為：車站主機(jī)LJ/1：155kW，區(qū)間主機(jī)LJ/2：255kW[6]。

2.3.4 蓄冷計(jì)算

蓄冷能力計(jì)算公式：L蓄冰（kW）= L正常（kW）×I

其中：L正常—主機(jī)正常制冷能力（kW）;

L蓄冰—主機(jī)蓄冰制冷能力（kW）;

I—蓄冰工況系數(shù)，一般取0.65;

可以得出L蓄冰≈255×0.65=165kW;

必要時(shí)，車站的主機(jī)也可以執(zhí)行蓄冰工況，此時(shí)L蓄冰≈410×0.65=266kW。

經(jīng)過與地鐵機(jī)電運(yùn)營(yíng)公司交流，每天可蓄冰的時(shí)間約為6.5h。

日蓄冷量計(jì)算：Q蓄冷=T×L蓄冰

（1）僅區(qū)間主機(jī)蓄冷：Q蓄冷≈1072kW·h;（最不利蓄冷量）

（2）兩臺(tái)主機(jī)均蓄冷：Q蓄冷≈1729kW·h;（最大蓄冷量）

蓄冰罐的選擇：據(jù)上，選擇滿足最大能力的蓄冰罐經(jīng)過選型選擇600RT·H的蓄冰罐。

采用方案后最大制冷能力：原有一臺(tái)風(fēng)冷主機(jī)320kW、新增車站制冷主機(jī)155kW、新增區(qū)間制冷主機(jī)255kW，兩臺(tái)新增主機(jī)均蓄冷分配到小時(shí)能力（按日間制冷運(yùn)營(yíng)16h）108kW，總和為 320+155+255+108=838kW[7]（如見表1）。

3 運(yùn)行結(jié)果分析

該隧道降溫空調(diào)系統(tǒng)對(duì)地鐵某區(qū)間隧道進(jìn)行了一個(gè)月的降溫。未運(yùn)行時(shí)隧道溫度變化，在一天的時(shí)間內(nèi)，隧道溫度存在波動(dòng)，但是沒有顯著的溫度下降趨勢(shì)。在隧道降溫空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，隧道溫度存在明顯的下降趨勢(shì)，日平均溫度從9月28日的30.06 ℃下降到24.28 ℃，降低5.78 ℃降溫效果良好[8]。

4 結(jié)論

（1）該文提出的冰蓄冷隧道降溫空調(diào)系統(tǒng)可以較好地對(duì)隧道溫度就行降低，可以較好地解決區(qū)間隧道溫度偏高的問題。

（2）對(duì)于線路建設(shè)年代較久，建設(shè)時(shí)預(yù)留的電源容量有限的地鐵車站，可以利用夜間電力容量進(jìn)行蓄冰，并在日間進(jìn)行釋冷，在保證隧道降溫冷量的同時(shí)，還可以利用夜間城市電網(wǎng)“谷電”電價(jià)，降低使用成本的同時(shí)，對(duì)平抑城市用電曲線也有一定幫助。

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3781500338276