天津站交通枢纽轨道换乘中心空调水系统设计

武世强,那艳玲

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300251)

随着铁路与地铁建设的飞速发展,越来越多的交通枢纽纳入进各城市的规划中来。对于环控设计来说,建筑规模的大体量意味着大系统、大投资、大能耗,合理的设计对于减少环控投资和运营能耗具有非常重要的意义。通过介绍天津站交通枢纽轨道换乘中心水系统设计,阐述二次泵变流量系统在此类工程中的应用分析及设计要点。

1 工程概况

天津站交通枢纽轨道换乘中心位于天津站后广场,华兴道、新广路与新兆路交汇的四叉路口处,其南侧地面为国铁京津城际主站房。轨道换乘中心由天津城市轨道交通2、3、9号线交汇组成,2、9号线呈平行的东西走向,分别与南北走向的3号线“十”字交叉于天津站后广场地下,3号线在下,2、9号线在上。

本轨道换乘中心工程总占地面积为70 704 m2,总建筑面积为154 718 m2,单层最大建筑面积55 642 m2。轨道换乘中心总的空调面积约7万m2,最远末端距冷冻机房单程距离达500 m。空调水系统负责2、3、9号线站厅站台及设备管理用房、地下一层换乘大厅和商业区的供冷,同时还需考虑商业区冬季的采暖。

2 空调风系统简介

轨道换乘中心空调风系统由2、3、9号线站厅站台公共区空调系统,2、3、9号线设备管理用房空调系统,地下一层换乘大厅空调系统和商业区空调系统组成,其中除商业区空调系统采用风机盘管加新风系统外,其余均采用一次回风全空气空调系统。

3 水系统形式的选择

普通地铁车站,由于整个车站冷负荷一般为1 000～1 500 kW,设计中常采用的水系统形式为一次泵定流量系统或一次泵变流量系统,对于这类中小型工程,此系统相对来说是经济合理的。天津站交通枢纽轨道换乘中心总设计冷负荷达到11 522 kW,对于如此大规模的轨道换乘中心来说,由于系统大、阻力高,且各环路阻力悬殊或环路之间使用功能有重大区别,采用一次泵系统显然是不合理的,经过综合比较,本工程冷水系统最终采用二次泵变流量系统。冷冻水设计进出水温度为12 ℃/7 ℃,冷却水设计进出水温度为32 ℃/37 ℃,冷冻机房布置在地下三层右下角。

商业区计算热负荷为640 kW,单独设置1套热水系统供暖,热水供至新风机组处,冬季新风机组将空气加热后送至商业区,热源接市政管网95 ℃/70 ℃热水,经板式换热器换热成60 ℃/50 ℃热水后供新风机组,换热机房布置在地下一层左下角。

4 水系统分区的划分

系统分区的划分是本工程设计的关键,直接影响到管线布置、设备选型及以后的运行效果,根据本工程自身特点，二次泵分区划分有3种方式。

第一种方式为根据各子项目的相对独立性进行分区划分,即2号线、3号线、9号线、一层换乘大厅、一层商业区分别设置独立管路。

第二种方式为根据各子项目运营时间的不同进行分区划分,即2、3、9号线公共区,2、3、9号线设备管理用房,一层换乘大厅,一层商业区分别设置独立管路。

第三种方式为根据负荷末端距冷冻机房的远近及负荷特性进行分区划分,即分为A、B、C、D 4个区,A区为换乘中心左上角一二三层末端,B区为换乘中心左下角一二三层末端,C区为换乘中心右下角一二层末端,D区为换乘中心地下一层商业区。考虑到设备管理用房为24 h使用房间,并且夜间计算冷负荷只占总冷负荷的10%,为避免冷水机组、水泵长期在低负荷、低效率的状态下运行,单独配置一台冷水机组及相应水泵、冷却塔等设备。

相比前两种分区划分方式,第三种分区划分既考虑了2、3、9号线以及一层换乘大厅相对一致的运营时间,同时也为商业区运营后相对灵活的营业时间提供了条件。一层末端分区情况见图1(二、三层末端位置在A、B、C区的垂直下层对应空调机房内),每个分区内末端服务区域见表1。

表1 各分区内末端服务区域

图1 一层末端分区

5 主要设备选配

(1)冷水系统：轨道换乘中心白天计算冷负荷为11 522 kW,夜间计算冷负荷为1 163 kW,为了既满足最大负荷时的供冷要求,同时又可以保证夜间冷水机组的稳定、节能运行,本工程设置4台2 974 kW离心式冷水机组和1台1 337 kW螺杆式冷水机组,每台机组分别配置1台冷冻泵(一次泵)、1台冷却泵以及1台冷却塔,一次泵不设置备用泵。二次泵根据白天和夜间两种工况分别设置,A区和C区白天工况各设置3台冷冻泵,2用1备,夜间工况设置1台冷冻泵；B区白天工况设置4台冷冻泵,3用1备,夜间工况设置1台冷冻泵；D区设置3台冷冻泵,2用1备。白天运行的水泵均为变频泵。冷冻水系统示意见图2。

图2 冷冻水系统示意

(2)热水系统：商业区冬季热水系统设置板式换热器及3台热水循环水泵,2用1备。

6 变频器配置

对于二次泵变频器配置方式,通常有以下3种。

第一种为1台泵变频运行,其余工频运行。这是目前应用较多的一种方式,因为工频定速泵的变频器可以被节省,所以相对来说比较经济,但实际运行中存在以下问题：一是当系统水流量变化时,工频定速泵和变频泵分别按性能曲线和控制曲线变化,这样导致2个水泵流量变化相反,当变频泵流量增加时,定速泵所提供的流量反而降低；二是当变频泵低频运行时,可能出现工频定速泵出口压力大于变频泵出口压力,这样造成变频泵不出水甚至产生水倒流的现象。

第二种为1台大功率变频器带多台水泵并联运行,即同一分区内的水泵始终保持同一频率运行。如果所有的水泵在任何时候都在同样的转速下运行,这种配置是可行的。但其存在以下问题,一是由于所有水泵同启同闭,所以此种方式无法满足低流量时单台水泵运行的工况；二是过载保护不可靠：变频器的过载保护正是对较大功率而言,对小功率等级水泵的过载不一定有可靠的保护；三是由于1台大功率变频器并不比几台小功率变频器便宜多少,所以不经济。

第三种为每台水泵设置变频器。这种方式既吸取了前面两种方式的优点,同时弥补了二者的缺点,即在负荷较大时,可以使并联水泵在相同频率下运转,而当负荷较小时,可以关闭其中部分水泵,因为每台水泵都是可以独立运行的。

综合以上分析,轨道换乘中心各分区水泵除备用泵外均设置变频器。

7 水力平衡

为了保证各支路水力平衡,冷水系统除商业区外均设二级分集水器,通过各分区的二级分集水器,对末端进行配管。此外,组合式空调机组、柜式空调机组均设置动态平衡电动二通调节阀,风机盘管设置动态平衡电动二通阀。

8 结语

天津站综合交通枢纽轨道换乘中心为目前国内最大的地下轨道换乘中心之一,由于体量大、末端多,水系统方案经过多次修改完善才最终确定,二次泵变流量系统的采用、合理的分区划分及一对一的变频器配置都为运营后系统稳定、节能运行提供了条件。

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