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风机盘管系统在地铁空调中的应用

更新时间  2021-03-09 11:22 阅读
摘要:介绍了风机盘管系统在地铁类建筑中的具体应用形式;以天津某地铁站为例,分析了风机盘管系统应用的可行性和经济性,以期为风机盘管系统在地铁类建筑中的应用提供参考。
关键词:风机盘管系统; 地铁站; 可行性; 经济性
中图分类号:TU831.4 文献标识码:B 文章编号:1006- 8449(2009)05- 0061- 03
0 引言
地铁环境控制系统,是地铁系统初投资和运行能耗的主要部分之一。由于地铁内部的巨大空间和负荷,常规的地铁环控系统设计思路是采用全空气系统,风管、空调机房占用大量地下空间,导致土建成本增加;采用空气长距离输送冷热,效率低,导致运行能耗巨大,据称广州地铁 1 号线(无屏蔽门)1999 年夏季营运收入的 2/3 用于交电费,而其中环控系统能耗在总能耗中占相当大的比例。环控系统设计的合理性已经严重影响到地铁建设和运营经济性。
针对上述问题,北京城建院李国庆等人在广州地铁二号线江南西站的建设中提出空气-水系统空调系统。该系统在建设上可以将空调机组化整为零,利用土建结构中的废弃空间布置风机盘管,从而大大减少设备用房面积,降低土建投资;运行上能充分利用风机盘管控制上的灵活性,有效降低环控系统运行能耗。目前该系统已经在江南西站的建设中得到了很好的应用,并取得了很好的工程实践效果。本文将针对天津某地铁枢纽工程,研究上述空气-水系统应用的可行性与经济性。
1 系统简介
通常的地铁站台环控方案由于采用集中全空气空调系统方式,每个站台均需要留有较大的设备机房面积。同时,对于暗挖形式的地铁站台,其多采用盾构开挖形式,形成拱形的站台断面,如采用集中空调送风方式,难免造成大量的废弃空间。
目前的地铁站台的全空气空调系统或采用定风量的送风形式,而地铁环控系统具有日负荷及全年负荷变化较大的特点,定风量的空调送风方案必然造成大量的能源浪费;或针对地铁站台负荷的特点,对风机进行变频调速,但初投资较高。
空气-水系统在建设上可以将空调机组化整为零,利用土建结构中的废弃空间布置风机盘管,从而大大减少设备用房面积,降低土建投资;运行上能充分利用风机盘管控制上的灵活性,有效降低环控系统运行能耗。
1.1 水系统
为减少暗挖的土建施工量,节约机房面积,主环控系统的冷水系统可以采用地面集中制冷方式。风机盘管产生的冷凝水,由专门排水系统排走。地铁水系统原理如图 1 所示。
地铁水系统原理图
1.2 风系统
室外新风经由室外风亭、竖井风道和送风风道,与风机盘管回风混合后经过处理送入车站各部分。
夏季通风系统负责供应最小新风,站内全部负荷以及新风负荷由分散在各处的风机盘管承担;在过渡季室外新风焓值小于车站排风焓值、大于空调送风点焓值时,可直接利用室外新风冷量,主系统停止风机盘管供冷,由中部风亭直接送入新风,气流流动途径为站台、站厅和地铁站口,直至排出。地铁风系统原理如图 2 所示。
地铁风系统原理图
1.3 送风末端
末端装置是否合理摆放会极大地影响暗挖施工的土方量。暗挖形式为不开挖大面积地铁车站站台。它在车站部分利用若干通道连接两侧站台,因此两侧站台为拱形结构。对于传统的集中空调系统,地铁车站通常只利用拱形结构的最大矩形部分,因此拱形的上部和站台一侧的侧面空间只好增加装修,用建筑材料抹平;同时为了在吊顶内摆放环控系统,又需要增加拱形结构的高度,专门开挖出摆放空间,浪费了大量的空间。
采用与暗挖形式结合的空气-水环控系统,充分利用了站台空间的拱形特点。用风机盘管将空调系统化整为零,布置在拱形结构上部和站台一侧侧面的废弃空间内。图 3 为广州某地铁站台剖面图。在拱形结构上部吊顶内摆放送、排风风道,利用侧面废弃空间摆放风机盘管。风机盘管的送风位置略高于普通人体身高,采用侧上送侧下回的气流组织形式。给水管、回水管和凝水管可以依据工程设计的具体形式灵活布置,考虑冷凝水由重力产生自然流动,凝水管宜布置在站台下空间内。
1.4 运行模式
系统根据室内外温度及焓值的差值确定所应采用的运行模式 :当空调季节室外新风焓值大于车站排风焓值时,采用最小新风空调工况;新风送至风机盘管前混合箱合回风混合后经盘管冷却后送出,可以通过改变冷水水温或水量来改变送风温度,同时可依据站台负荷要求,对风机盘管进行分组调节控制。站台不排风,只有站厅小排风机运行,通过屏蔽门从隧道漏一小部分,其余部分经由站厅依靠车站正压由车站出入口排出。当过渡季节室外新风焓值小于车站排风焓值、大于空调送风点焓值时,采用全新风运行;室外新风焓值小于空调送风点焓值,可关闭空调系统,转入全通风运行,站厅、站台排风直接排至室外,室外新风经送风机从独立的新风道送入站台。车站排风风道可兼作排烟风道,排烟时关闭回排风机,启动高温排烟风机进行排烟。
广州某地铁站台剖面图
根据负荷情况,可以调整风机盘管运行台数。例如,当车站负荷减小到设计负荷的一半以下时,通过分组控制停一半风机盘管,且运行与停运的风机盘管均匀布置,以确保部分负荷工况下站台气流场和温度场的均匀。因此这套系统不仅减小了机房面积,而且有效利用了过渡季和冬季新风,使投资的经济性大大增加。
2 经济性分析
以天津某地铁站为分析对象,该地铁车站由建筑主体部分(地下 1~4 层)、地下停车库及配套区和附属部分(出入口通道、出入口及风亭)组成。其中车站主体部分包括公共区、设备管理用房区及服务区等(包括风道)。车站站厅、站台全年均为冷负荷,最大冷负荷为7400kW。
2.1 土建成本分析
风机盘管系统最大的优点在于减小了空调机房面积,节约了大量土建空间(如果采用风机盘管加地面集中制冷机房方式,地铁内冷机机房面积将比同负荷传统的全空气系统有更大减小)。全空气系统中央制冷机房与空调机房通常需要较大的面积,导致土建投资大大增加。具体所需面积与地铁车站的负荷等因素有关。本地铁站的空机房面积约 7000m 2 (从设计图中粗算而得),需多挖土方约 30 000m 3 。如果按照目前国内地铁土方开挖费(明挖)约为 15 元/m 3 的标准计算,可
以节约土建投资 40 多万元,如果按暗挖约 5000 元/m 2算,则可以节约约 3500 万元。因此,单从能节省的机房面积计算,就能节省大量的土建初投资。
2.2 设备初投资分析
就设备初投资而言,通常的地铁车站全空气空调系统的初投资主要包括风道材料及设备、末端散流器、空调箱和制冷机以及相关控制设备。采用风机盘管系统地铁车站初投资主要包括风道材料及设备、末端散流器、风机盘管以及水管路系统。表 1 给出了两种系统形式的设备初投资情况(不含管道),从中可以看出,两种系统形式的主要设备初投资相差不大,风机盘管的水系统管道较全空气复杂,但全空气系统的风管初投资要大得多。因此,总的来说,两种系统形式的设备初投资差不多,风机盘管要比全空气系统略低。
设备初投资比较(不含管道)
表 1 设备初投资比较(不含管道) 单位(万元)
系统形式 水侧 风侧 总计
冷机 冷却塔 空调箱 风机 百叶 风机盘管
全空气 1000.0 46.3 175.0 226.8 43.3 12.0   1503.4
风机盘管 1000.0 46.3 175.0   6.9   130.0 1358.2

2.3 运行成本分析
为了便于比较,运行能耗的计算基于以下条件:风机盘管系统的与全空气系统只在送风末端不同。风机盘管系统的送风末端不变频,只有三挡可调(以下结果为风机维持最高挡运行的能耗),但其新、回风风机皆可变频。
图 4、图 5 所示为最小新风模式和最佳新风模式下的能耗计算结果。从图中可以看出,风机盘管系统的运行能耗要比全空气系统的运行能耗更少。
图 4、图 5 所示为最小新风模式和最佳新风模式下的能耗计算结果
3 结语
和传统的全空气系统相比,风机盘管系统虽然存在着如安装维修和清洗工作量大、系统控制更复杂等问题,但风机盘管系统明显有着初投资小、运行能耗低等优点,而且由于其在公共建筑中的广泛运用,我们已积累了不少较为可行的经验与方法,这些都为风机盘管应用于地铁环控系统提供了充分的依据。

参考文献:
[1]广州地铁二号线江南西站通风空调系统研究报告.
[2]江泳. 地铁环控系统全年运行研究.