地铁车站单端大系统结合冷源设计

【摘要】为优化传统地铁车站大系统双端送回风通风空调系统所存在的机房面积大、空间利用不充分、风水系统输送能耗大以及管综压力大等问题，采用一种仅在车站设备区小端设置大系统单端送回风系统的通风空调方案。为进一步取消冷水机房，节省机房面积，以及减少设备初投资，提高制冷能效，降低运行能耗，实现节能的目的，大系统采用新型高效的水冷直接制冷式空调机组，大小系统冷源分设。本文介绍该系统在洛阳地铁2号线九都西路站的应用情况，推荐今后设计合理采用此系统方案，并提出需注意的问题以及应对措施。

【关键词】单端送回风系统；输送能耗；节省机房面积；水冷直接制冷式空调机组；减少初投资；提高制冷能效；降低运行能耗；节能

引言

随着城市轨道交通开通城市及线路越来越多，运行里程数越来越大，地铁运行能耗大的问题凸显，而其中地铁通风空调系统的能耗占相当大的一部分，因此采取有效的节能措施，降低地铁通风空调系统的能耗，对降低整个地铁的能耗具有非常重要的意义。地铁公共区作为典型的地下大空间建筑，其运行能耗又是地铁通风空调运行总能耗的重要组成部分。因此公共区通风空调系统的优化设计以及节能运行对于地铁降耗具有举足轻重的作用。

1大系统双端送回风与单端送回风通风空调系统的比较

1.1机房占用面积、空间利用方面

传统大系统双端送回风通风空调系统在车站两端设备区均设置有大系统机房，两端各设置一台组合式空调器、回排风机，大小系统机房合用设置，由于大系统组合式空调器与小系统空调器长度悬殊，故机房的纵向（车行方向）长度按组合式空调器长度设计，导致小系统空调器以及风机处纵向长度空间利用不充分，造成机房面积的浪费。单端送回风通风空调系统即仅在车站设备区小端集中设置2台大系统的组合式空调器以及回排风机，设备区大端仅设置小系统机房，则大端机房长度按小系统设备长度进行设计，机房面积整体可缩减50~100m2。

1.2冷冻水系统输送能耗方面

传统大系统双端送回风通风空调系统的冷水机组设置于大端设备区冷冻机房，为了给小端的组合式空调器提供服务，冷冻水管需跨越大端设备区以及整个公共区，输送水管长度为350~400m，水利输送阻力为70~80kPa，冷冻水泵扬程可达到26m左右。单端送回风通风空调系统将冷冻机房设置于车站设备区小端（与组合式空调器同一端），不仅可节省约300m水管投资，而且减小水利输送损失。

1.3风系统输送能耗、管综压力方面

传统大系统双端送回风通风空调系统的大端送、回排风管需跨越长长的设备区到达公共区，需克服送、回排风阻力约为200Pa；且送、回排风管面积一般均为1m2左右，如此大的风管需穿越大端设备区，造成大端设备区管线密集、拥挤、检修不便等问题，一直是让管综头疼的难题。单端送回排风通风空调系统设置于车站设备区小端，无须跨越设备区即可到达公共区，风管输送距离减少，减小输送能耗，也大大缓解了大端设备区的管线压力。

2传统冷源与水冷直接制冷式冷源系统方案的比较

2.1传统冷源系统方案存在的问题

传统冷源系统由冷水机组、冷冻水泵、空调器、冷却塔、冷却水泵以及冷冻水、冷却水管路多个子系统组成，系统结构复杂。冷冻水侧由冷水机组蒸发器换热产生的冷冻水经冷冻水泵输送至空调末端设备，空气再与水进行二次热交换，达到制冷的效果，存在热交换损失。冷冻水管初投资大，且穿越公共区和设备区给管综造成压力。由于系统结构复杂，控制点位多，造成控制结构复杂，且控制不便。

2.2水冷直接制冷式冷源系统方案原理介绍

水冷直接制冷式冷源系统由水冷直接制冷式空调机组、冷却水泵、冷却塔以及冷却水管路组成，其原理如图1所示。水冷直接制冷式空调机组的主要功能段有磁悬浮变频离心式压缩机、蒸发器、水冷壳管冷凝器、电子膨胀阀、送风机等。采用冷媒直接膨胀蒸发将空气降温除湿后送风，省去了空调冷冻水循环系统，无须二次换热能耗，集成了冷水机组和组合式空调器功能。

2.3水冷直接制冷式冷源系统方案的优点

由于此系统组成简单，机房内仅需设置冷却水泵，节省了冷水机房的土建投资；省去冷冻水系统，无须二次换热能耗，且节省了设备的初投资；由于水冷直接制冷式空调机组压缩机采用磁悬浮轴承，无润滑油，解决了机械轴承的回油问题，改善了冷量衰减问题，机组COP能提高15%以上；噪声小，振动小，且调节范围广，可实现5%~100%的无级调节；系统架构简单，控制接口少，便于维护。

3大系统单端送回风结合水冷直接制冷式冷源在地铁车站的应用

3.1洛阳地铁

2号线九都西路站的工程概况本站为洛阳市轨道交通2号线一期的第7个车站，为地下两层（局部三层）的岛式站台车站，无换乘线路。本线采用B型车6节编组，有效站台长度120m，站台宽度12m，公共区长度约100m。车站外包总长189m，标准段外包总宽20.7m。

3.2该结合方案在九都西路站的应用情况

3.2.1公共区通风空调系统设计方案本站大系统机房集中设置于设备小端（右端），和右端小系统机房合设，设备大端（左端）仅设置小系统机房。大系统机房内设置水冷直接制冷式空调机组2台，回排风机1台。公共区采用设备小端（右端）单端送回风的全空气一次回风通风空调系统，2台水冷直接制冷式空调机组并联运行，气流组织为上部均匀送风，上部集中回风，回排风管仅引短管至公共区开设集中回排风口，回排风管不兼公共区排烟管。公共区排烟风机左右两端各设置1台，分别负责半个站厅和半个站台的火灾排烟。本站大系统单端送回风通风空调系统原理如图2所示。站厅公共区长度约为92m，从设备小端（右端）机房内水冷直接制冷式空调机组引出2根送风支管至站厅公共区，共设置送风口28个，每根送风支管上14个；从该机房内回排风机引出1根回排风管至站厅公共区，设置1个集中回排风口；排烟系统风管双端布置，在站厅公共区共设置排烟口12个。站台公共区长度约为113m，从站厅设备小端（右端）的水冷直接制冷式空调机组引出1根送风支管至站台公共区，共设置送风口28个；引出1根回排风管至站台公共区，设置1个集中回排风口；排烟系统风管双端布置，在站台公共区共设置排烟口12个。

3.2.2公共区冷源系统设计方案本站大小系统冷源分设，大系统采用水冷直接制冷式冷源系统，小系统采用VRV系统。水冷直接制冷式冷源系统由水冷直接制冷式空调机组、冷却水泵、冷却塔组成。本站大系统采用单端送回风通风空调系统，2台水冷直接制冷式空调机组设置于车站设备小端（右端），在小端（右端）大系统机房再增设2台冷却水泵即可。以本站为例，大系统的总制冷量为500kW，将大系统采用双端送回风传统冷源系统方案与采用单端送回风水冷直接制冷式冷源系统方案进行比较，如表1所示。由此可见，不管是从土建、设备、管道的初投资还是冷机的制冷性能系数以及空调总能耗来说，水冷直接制冷式冷源系统均比传统冷源系统更有优势，优点显著。不仅减少了土建的初投资，也减少了通风空调系统的初投资，提高了制冷能效，而且使得运行能耗降低20%以上；水冷直接制冷式空调机组自带智能控制系统，可自动调节运转，现场调试操作方便，节省运维管理成本。

4设计中需注意的问题以及应对措施

4.1解决单端送风系统的水利不平衡问题

单端送风系统会比传统双端系统一根风管上设置更多的风口，如果不采取措施，水利不平衡率会很高，公共区的空调送风不均匀，导致公共区不同位置温度的差异，降低人的舒适感。因此必须要采取必要措施，保证水利平衡。根据理论计算，在风管管径可以任意选择的情况下，是可以做到水利不平衡率接近于0的。然而，实际工程中，考虑到规范生产，统一标准，便于施工和加工精度等因素，风管的管径不可能任意选择。一般我们会选择不同国标尺寸的风管，这样就要注意风管的变径设计，在均匀送风的原则下进行计算，需变径时均变径，最终也可将最大不平衡率控制在10%以内。

4.2建议单端集中回排风系统与双端排烟系统独立设置

单端回排风系统建议采用集中回排风，设置集中回排风口，则无须考虑管路的不平衡率造成的影响。排烟风管双端设置，且与回排风管独立设置。既可避免回排风兼排烟风管的天然弊端：因回排风量与排烟量不同，风管风速要求不同，共用风管必然要相互迁就风速，结果很难达到最佳的风速要求；又可规避调试困难的问题：共用风管会出现回排风管路调试平衡，但排烟工况时远端风口风速极低，近端风口风速极高的现象，影响排烟效果。所以，回排风系统设置集中回排风口，且与排烟风管独立设置，互不影响，既可避免回排风水利不平衡的问题，又可保证排烟效果。

4.3综合考虑冷水机房在小端的设置条件

本文所述站点冷源系统形式为水冷直接制冷式冷源系统，故小端机房无须考虑冷水机房的增设条件。若在今后设计中单端送回风通风空调系统采用传统冷源系统形式，则需考虑在小端设置冷水机房的条件。因小端条件有限，应与建筑专业密切配合，通过综合调整设备区布局给冷水机房找出合理位置。推荐将单端送回风通风空调系统与水冷直接制冷式冷源系统形式结合设计。

5结语

单端送回风通风空调系统方案与水冷直接制冷式冷源系统方案的结合设计，在洛阳地铁2号线全线得以应用，极大地降低了土建、通风空调系统的初投资以及风系统、水系统的运行能耗；采用智能化的控制系统，将风水的控制集成于一体，减少控制接口问题，使得控制简单易调试；系统架构简单，便于安装维护。在通风空调系统的节能效果上，两者的结合设计，可谓相得益彰。此设计为通风空调系统模式一次大的变革，对今后通风空调系统的节能设计提出新的思路，有非常重要的指导意义。

参考文献

[1]吴益.单端设置机房地铁车站公共区通风空调系统设计探讨与实践[J].暖通空调，2017（12）：54-57.

[2]中国建筑科学研究院.公共建筑节能设计标准：GB50189—2015[S].北京：中国建筑工业出版社，2015：21-24.

作者：张丹 单位：中铁第六勘察设计院集团有限公司