地铁区域集中供冷应用实例研究

胡自林

(广州地铁设计研究院有限公司，广东 广州 510260)



地铁区域集中供冷应用实例研究

胡自林

(广州地铁设计研究院有限公司，广东 广州 510260)

以深圳前海自贸区地铁设计为工程实例，从项目实际情况出发，分别进行集中供冷和分站供冷的经济性和技术可行性的比较分析。结果表明：分散供冷和集中供冷均可满足各车站冷源的需求，但集中设置供冷站可减少对城市环境的影响，对城市规划和管理有利。采用集中供冷方案，约2 a就可回收增加的初投资，且集中供冷总的设备少，后期维护工作量少，便于集中维护管理，具有明显的经济优势。

地铁；集中供冷；分站供冷；经济性

1　国内外应用现状

地铁车站供冷系统可采用分散设置和集中设置。分站供冷是各站点独立设置自己的冷水系统，各站的冷冻站只提供本站所需的冷冻水；而集中供冷则是将邻近几个站的冷冻或冷却系统设备集中设置，由集中冷站向各车站提供所需的冷冻水或冷却水[1-4]。

1)分站供冷：各站的冷水系统完全独立，使用灵活，管理方便，但每站都必须在地面设置冷却塔。

2)集中供冷：集中供冷分为集中冷冻式和集中冷却式。集中冷冻式是将冷冻水系统和冷却水系统均集中设置于冷冻站中，由冷冻站通过管路集中向各车站输送所需的冷冻水，各车站不用设置冷冻机房，车站预留与冷冻水干管的接口。集中冷却式则是仅集中设置冷却水系统于冷却站中，冷冻水系统仍分站设置。由冷却站通过管路集中向各车站输送所需的冷却水。集中冷冻、冷却供冷这两种集中供冷方案都是集中设置冷却塔，而不需要每个车站设置冷却塔。《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50019—2015)第9章冷源与热源9.1.3部分的规定“建筑群同时具备下列条件且经济技术比较合理时可设置集中供冷站：整改区域供冷点相对集中，总冷负荷大时；集中供冷能减少人员岗位设置，方便运行管理时；能满足冷媒参数需求，且能适应冷负荷调节需求时”[1]。

地铁车站为吸引客流大多设置在人流密集的市中心区，车站冷却塔的放置场地选择往往存在一定的困难。此外，冷却塔运行会产生一些噪音，对周边环境产生影响，引起市民的投诉。因此，规划和环保部门要求冷却塔应尽量集中设置，以减小对城市中心区环境的影响。目前已经运行多年，状态良好。目前国内外地铁虽然大部分地铁车站采取分站供冷，但一些线路或车站受地面条件制约，采取集中供冷的方案也有不少，如表1[2-9]。

而在国(境)外集中冷站应用情况，有中国香港、开罗地铁；最近开通的长沙地铁2号线也采用了集中供冷系统，共设置了景泰广场集中冷站和芙蓉广场集中冷站。内地其他城市已开通运营的地铁线路尚没有采用此项技术[2-9]。

表1　国内外部分集中冷站统计表

广州地铁2号线首期工程在国内首次采用了集中供冷方式。针对在繁华市区修建地铁受到规划及周边环境的制约，每个车站设置制冷冷却系统对周边居民及环境影响较大，而地铁网络的不断发展，这种矛盾会越来越突出；另外地下车站的热湿负荷大，空调能耗约占总能耗的35%，而制冷能耗又占空调能耗的1/3的状况，通过研究要达到环境保护及节能目的，根据当地能源结构合理的进行节能设计，要解决高效制冷机组应用、集中供冷长距离输送、大温差节能、变频控制、自动调节及模糊控制、城市热网余热回收制冷及蓄冷等技术应用，将各车站分散的制冷机集中起来，集中设置制冷站，实现高效运行。广州的3，4，5，6和8号线和广佛线等均“因地制宜”地采用集中冷站，具有较为丰富的设计和运营经验，较好地解决了环评和用地等问题。合理的供冷系统布置可充分利用线路上已有的“资源”及城市的“综合能源梯级利用”，例如盾构始发井、折返线、联络线上明挖区间等有条件的地方，这也符合现行规范[1]规定的。

同时，《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736—2012)第8章8.8.3区域供冷站的设计的部分规定：区域供冷站宜位于冷负荷中心，且可根据需要独立设置集中供冷的半径，应经技术经济比较确定[10]。

2　技术经济性比较

2.1技术及初投资分析

2.1.1技术方案分析

前海自贸区属国家级高强度开发区，世界上很多百强企业大都设置分支机构或办事处。设计的振海路与临海路地铁站相距不足400 m，总平面如图1所示。

方案1：采用集中供冷时，机房设置在振海路站。振海路至航海路(图2左侧)区间明挖，形成长265 m，宽12 m的站台建筑空间，利用率低，可设置较大的冷水机房(需约320 m2)。

在现代社会中风险无处不在，内部审计的首要目标就是找出企业的特殊风险。再对内部的审计工作进行高层次、高领域的改进管理，从而推动整个内部审计的发展工作，更加准确地评价内部审计工作的真实程度，并将其作为控制风险的主要职能。因此，建立健全高效的风险管理机制是必不可少的保障措施。

冷却塔设置在振海路站梦海大道以西绿化带中，占绿化地面积约为130 m2(冷却塔尺寸为8.84 m×3.97 m)。同时集中冷站到相邻车站的冷冻水管走隧道区间，不影响现有的隧道限界，如图3，因此技术可行。

方案2：采用分站供冷时，临海路站设置冷水机房大约120 m2，可通过扩大车站增加建筑面积(负1层站厅外挂冷水机房)。临海路的冷却塔可设在地面出入口临近绿化地带，占绿化地面积约为80 m2(冷却塔尺寸为4.68 m×3.67 m)；航海路站可在站台明挖区间设置冷水机房，地面有条件设置冷却塔，因此设置分站供冷技术上也是可行的。

图1　前海区域地铁车站位置图Fig.1 Qianhai district subway station

图2　前海自贸区振海路站负2层冷水机房布置图Fig.2 Cold water room design of Zhenhai Road Station

图3　标准区间断面冷冻水管示意图Fig.3 Standard interval profile of chilled water pipe

序号名称技术参数数量功率/kW单价/元总价/元1冷水主机1200kW319764473519342052一次冷冻泵水量:103m3/h;扬程22m37.521798.465395.23二次冷冻泵水量:35m3/h;扬程18m33.720395.761187.14二次冷冻泵水量:70m3/h;扬程40m3921798.465395.25冷却泵水量:276m3/h;扬程28m33039088.4117265.26冷却塔水量:442m3/h;315136150.3408450.97阀门管道等1批3200003200008保温材料1项6900006900009末端费用3412000010总计3781898.6

2.1.2设备初投资分析

1)集中冷站

按照前面的分析，对设备进行合理选型。将冷却塔和冷水机房集中设置在振海路站，按3台冷水主机配置(夜间满负荷运行1台主机，满足夜间电气设备房所需冷量)，增加6台2次泵，配置如表2。

机组在名义工况下有较高的的性能系数值(COP值)，COP值全部达到《冷水机组能效限定值及能源效率等级》(GB 19577—2004)中“表3 能源效率等级指标”中1级水平[11-12]。

设计集中冷站，主机容量加大，制冷效率提高，按深圳地铁设备采用1级能效考虑，制冷效率将提高11%。

表3　能源效率等级指标划分表

表4　分站供冷设备配置及费用表

注：集中供冷区间按500 m计算，管道和保温按集中供冷比分站供冷增加的费用计算。

2)分站供冷

如采用分站供冷，每个车站均设置一套水系统，按2台冷水机组配置，3站共6台主机，其配置如表4和图5。从表2与表4比较得出，集中冷站设备费为378.2万元，分站供冷设备费约为177.8万元。因此，集中冷站比分站供冷从设备(含管道)初投资增加来看，增加约为200.4万元。

3)集中供冷与分站供冷的总投资比较

初投资主要为土建投资和设备投资，集中供冷在振海路站设置冷水机房，可有效利用站台自然形成空间。如分站供冷，则航海路不需要增加冷水机房面积，在临海路需增加车站地下空间面积(按120 m2)，按标准1.2万/m2进行估算比较，如表5。由此得出集中供冷与分站供冷比较，地面建筑造价减少22万元，地下机房投资造价减少约144万元，设备投资增加200.4万元，总投资增加34.4万元。

综合土建和设备造价比较后，9号线前海区地下车站冷源，按集中供冷及分站供冷进行比较，集中供冷土建设备初投资增加费用为34.4万元。

图4　分站供冷水系统示意图Fig.4 Station cooling water system

序号内容单价/元集中供冷分站供冷(3站)面积/m2造价/元面积/m2造价/元分项差价(集中-分站)1地面建筑2000130260000240480000-2200002地下机房12000001202880000-14400003设备投资3781898.61777522.520043764总计3921898.65137522.55总差额344376

表6　集中冷站运行电量及电费表

注：电费按0.76元/kWh，输送冷量的衰减损失按3%计。

表7　分站冷站运行电量及电费表

注：末端风侧阻力按增加4%计算。

2.2运营费用比较

根据深圳已有线路的运营经验，连续录得5 d以上超过20 ℃，公共区空调系统开启。车站大系统空调月负荷变化比例按下面采用：3月为59%，4月为70%，5月为81%，6月为94%，7月为100%，8月为94%，9月为89%和10月为71%。按240 d运行计，另有4个月不开启冷水机组，得出集中供冷的年用电量和电费如表6，按管道保温损失3%计，得出年运行费用为228.9万元。表7为分站供冷年运行电量和电费(运行时段和集中供冷相同)。按分站供冷时，末端风侧阻力按增加4%计算，标准车站末端总功率约为108 kW，则大温差末端年运行费用增加3.8万元。合计年运行费用差为19.7万元，即分站供冷比集中供冷运营费用高。

3　结论

1)从技术方案上，分散设置冷站即每站设置，集中设置冷站即在振海路设置集中冷站，2种方案都有条件，均可满足各车站冷源的需求，分散供冷和集中供冷技术方案均可行。但集中设置供冷站可减少对城市环境的影响，对城市规划和管理有利。

2)从经济效益上，初投资方面由于振海路站明挖区间，可因地制宜设置较大的冷水机房，土建费用减少；同时站间距相对非常短，管路增大投资部分偏低；但集中冷站的设备(含管道保温)初投资增加；综合2项费用，集中供冷增加费用为34.4万元。从系统运营经济性比较得出，虽然集中冷站设置了6台2次冷冻水泵，但制冷主机效率提高，同时夜间运行更加节能；因此集中供冷每天可节省1 899度电，年运行费用节省19.7万元。综合比较：采用集中供冷方案，在2 a内就可回收增加的初投资，是经济性比较好的方案。

3)从运行维护方面，集中供冷1个冷水机房，设备共计18台；分站供冷共计3个冷水机房，设3套水系统，运行设备24台。集中供冷总的设备少，维护工作量少，便于集中维护管理；但集中供冷管网较分站供冷复杂，维护工作量稍多。

[1] GB 50019—2015, 工业建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

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Study onapplication of centralized cooling system in metro area

HU Zilin

(Guangzhou Metro Design & Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510260, China)

Taking Shenzhen Qianhai free trade district as an example, this paper conducted comparative analysis between centralized and dispersive cooling supply in terms of economical and technological feasibility. The result shows that both centralized and dispersive cooling supply can satisfy the need of different stations for cooling. But centralized cooling supply can help reduce the bad impact on the environment. It is also good for city planning and administration. The adoption of centralized cooling plan, can recover the original investment within 2 years. Since centralized cooling supply needs less equipments and maintenance, it has distinct economic advantages.

dynamic modulus metro; central cooling; station cooling; economical efficiency

2016-04-12

广东省教育部产学研结合专项资金资助项目(2012B091100330)

胡自林(1977-)，男，江西萍乡人，高级工程师，从事地铁通风空调设计;E-mail:30061417@qq.com

TU831.3

A

1672-7029(2016)08-1618-06