淺談直膨式蒸發式冷凝空調系統在地鐵車站中的應用

安 睿

（合肥市軌道交通集團有限公司，安徽 合肥 230000）

近年來，城市軌道交通憑借快速便捷、安全運量大和運輸效率高等特性已成為大中型城市公共交通的重要組成部分。地鐵地下車站作為一類特殊的地下建筑，其客流量大，運行設備多，為了保證其內部具有較好的空氣環境以滿足人員生理和心理需求及設備正常運行所需的條件，需要通過空調系統來實現對地鐵地下車站公共區及設備管理用房區域的空氣環境質量進行改善，而空調冷源在整個空調系統中起著舉足輕重的作用。目前地鐵車站空調制冷系統通常采用傳統冷水機組+冷卻塔形式作為車站空調冷源，然而由于地鐵線路所經過區域多為市區繁華路段，冷卻塔的設置通常受環評、征地、拆遷、城市景觀等較多因素制約。為了解決此類問題，地鐵建設單位和設計單位已開始試點應用新的空調冷源形式——直膨式蒸發冷凝空調系統來取代地面冷卻塔。直膨式蒸發冷凝空調系統作為一種高效節能的組合設備，其用蒸發冷凝器模塊（蒸發冷凝技術）替代傳統冷卻塔對空調冷凝器進行散熱，克服地面設置冷卻塔帶來的不良影響，并采用直膨蒸發空氣處理設備（直膨技術）代替傳統空氣處理設備，冷媒直接進入空調末端進行熱交換，節能效果良好，可以有效提高制冷系統綜合能效。基于此，本文通過對直膨式蒸發冷凝空調系統進行研究分析，與傳統冷水機組+冷卻塔系統對比，探究直膨式蒸發冷凝空調系統在地鐵車站中應用中對土建規模，投資，運營管理等方面的影響，為地鐵車站應用直膨式蒸發冷凝空調系統提供參考[1]。

1 技術原理

蒸發冷凝是利用流體沸騰時的汽化潛熱帶走熱量的一種冷凝方式，充分利用水的汽化潛熱冷卻高溫冷媒。與傳統冷水機組相比蒸發冷凝機組無冷卻水環節，減少了冷卻水泵和冷卻水系統的設置，省去中間換熱環節，減少了能耗。設備運行時，水泵將冷卻水提升至冷凝管組噴嘴處，冷卻水由噴嘴噴出，并均勻覆著在冷凝排管外形成水膜，同時啟動風機，對冷凝排管進行強化換熱，空氣高速掠過冷凝排管，促使排管外水膜加速蒸發，冷卻降溫，高溫汽態制冷劑進入冷凝排管內被冷卻降溫成液態制冷劑流出，同時冷凝排管外的水膜一部分吸熱蒸發，另一部分下落在集水盤內，供水泵循環使用。

直膨式蒸發冷凝空調系統中直膨式空調機組本身自帶壓縮機，因其制冷系統中液態制冷劑在其蒸發器盤管內直接蒸發（膨脹）實現對盤管外的空氣（也就是空調室內側空氣）吸熱而制冷。直膨式技術省掉了室內冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵及冷凍水管路[2]。

直膨式蒸發冷凝機組系統由兩部分組成：“蒸發冷凝式直膨散熱機組（室外機）”和“直膨式空氣處理機組（室內機）”。“直膨式空氣處理機組”由進風段、空氣凈化段、壓縮蒸發段、風機段、消聲段、出風段等功能組成，其中壓縮機可單獨安裝。制冷劑在“蒸發冷凝式直膨散熱機組”完成換熱后，通過制冷劑銅管傳輸至“直膨式空氣處理機組”內供冷，該制冷系統具有系統簡單，高效，穩定，可靠等優點。

2 設備布置方案

目前，國內直膨式蒸發式冷凝器布置形式有風道布置、機房布置兩種布置方式。

2.1 風道型直膨式蒸發冷凝空調系統

在土建條件良好，排風道面積足夠，蒸發冷凝器裝置可完全布置在排風道內，車站大小端分別設置；風道型蒸發冷凝器裝置工作時，利用排熱風機的排風對其裝置內的蒸發式冷凝器進行降溫冷卻[3]。

2.2 機房型直膨式蒸發冷凝空調系統

通過在車站左右端新排風道之間分別設置蒸發冷凝機房，將直膨式蒸發冷機組設置于蒸發冷凝機房內，通過在機房與新風道，排風道的隔墻上設置風閥，依靠直膨式蒸發冷機組自帶風機從新風道抽風，經蒸發冷機組后向排風道排風，完成蒸發冷卻過程[4]。

3 對比分析研究

本文以一個建筑面積12885m2的地下標準車站為例，分別分析傳統冷水機組空調系統和蒸發冷凝直膨空調系統對土建的影響、投資、運行費用、優缺點等。

3.1 對車站土建影響對比（見表1）

表1 對車站土建影響對比表

3.2 投資對比（見表2）

表2 制冷空調系統估算表（萬元）

結論：傳統冷水空調系統＜風道型蒸發冷凝直膨空調系統＜機房式蒸發冷凝直膨空調系統

3.3 運行費用對比（見表3）

表3 運行費用對比

結論：傳統冷水空調系統＞機房型直膨蒸發冷凝空調系統＞風道型直膨蒸發冷凝空調系統

3.4 直膨式蒸發冷凝空調系統優缺點分析

蒸發冷凝直膨式空調系統占用機房面積小；提高蒸發溫度，減少換熱環節，換熱效率大大提高；節水節電，能效比高，運營費用低；避免熱濕空氣降低消聲器的壽命；避免由于泄水不利導致的凍管。最大的優勢是能夠解決傳統冷水機組地面設置冷卻塔帶來的征地、拆遷、環評及城市景觀等問題[5]。

風道型蒸發冷凝直膨空調系統是利用地下車站排熱風機的排風降溫冷卻，排熱風機排風來自于地下隧道，空氣質量差，粉塵濃度較高，易造成冷凝器的結垢，清洗維護頻率較高。

為減少冷凝器結垢問題，結合調研國內軌道交通地下車站使用蒸發冷凝直膨空調系統的城市經驗教訓，機房型蒸發冷凝直膨式空調系統，即在新排風道之間設置機房，利用引入新風對蒸發冷凝裝置進行降溫冷卻，通過優化機組布置方式，保證了冷凝器換熱環境的空氣質量，并通過增加水處理器和在線清洗裝置，解決冷凝器表面結垢，有利于延長直膨式蒸發冷凝空調機組的使用壽命[6-7]。

4 結語

蒸發式冷凝空調機組具有系統能效高、結構緊湊，控制便捷等優點，可以較好的解決地上冷卻塔設置引起的征地拆遷困難、噪聲、飄水、以及城市景觀等問題，有效減小了地鐵建設過程中的實施難度，有效規避了設置地上冷卻塔可能產生的社會穩定風險。