蒸发冷凝技术在地铁通风空调中的应用浅析

王健

摘    要：城市化建设进程的不断推进，为我国城市轨道交通网络建设创造了巨大发展空间。而城市地铁交通系统在运营过程中会消耗掉大量能源资源，仅通风空调消耗的能量就占总能耗的四成左右。因此，想要有效降低地铁交通系统的能耗，相关部门可以从地铁通风空调系统入手，积极选用基于蒸发冷凝技术的空调制冷机组，从而在有效节约占地面积与水资源的基础上，提升地铁空调整体的节能降耗效果。

关键词：蒸发冷凝技术;地铁;通风空调;应用

1  引言

早在上世纪八十年代蒸发冷凝技术就已传入我国，并因其结构紧凑、节能环保等优势在我国多个领域得到运用。而近年来受地面空间限制、城市景观影响以及噪声污染等因素干扰，使地铁空调系统的冷却塔设置面临着诸多问题与挑战，这就为蒸发冷凝技术在地铁通风空调中的实践应用创造了契机。基于此，可以在了解和掌握蒸发冷凝技术原理以及特性的条件下，加强该技术在地铁通风空调中的实际应用，从而有效提升地铁通风空调的使用价值以及社会价值。

2  传统地铁通风空调存在的缺陷与不足

现如今，我国很多城市地铁工程的空调系统采取的是风冷或者水冷中央空调系统。这类型系统在实际使用期间会暴露出许多问题，具体来说：第一，传统地铁通风空调系统的占地面积较大，地下机房有时甚至会占据地下车站总面积的30%左右。与此同时，传统地铁通风空调系统的设置结构相对复杂，控制运行都极为不便，相关部门需要派遣大量人力资源专门负责系统的正常运行，而且系统设备的维修检测也会消耗掉不少财力资源;第二，传统地铁通风空调系统运行起来会消耗掉大量能量，有时仅空调系统消耗掉的能量就可占整个城市轨道交通总能耗的一半以上;第三，冷却塔的规划局部也是传统地铁通风空调系统的突出问题。在地铁工程建设中涉及到的冷却塔体量通常较为庞大，再加上冷却塔的特殊性，使它需要设置安装在地铁沿线室外地面上，以便于发挥冷却塔的应有功效。但是一旦设置不当，不仅会影响到城市景观以及整体规划，同时冷却塔运行过程中产生的噪声以及卫生等问题，也会带给周边环境不好的影响。

3  蒸发冷凝技术的原理以及特性

蒸发式冷凝器是将水和空气作为冷却介质的，之后利用水的蒸发带走汽态制冷剂的冷凝热。在工作时，冷却水会由水泵送至冷凝管组的上部喷嘴，之后均匀的喷淋在冷凝排管外表面，从而形成一层薄薄的水膜。而高温汽态制冷剂则由冷凝排管组上部进入，被管外的冷却水吸收热量后冷凝成液体从排管组下部流出，吸收热量的水一部分会蒸发成为水蒸气，而剩余的水则会落入下部的集水盘中，以供水泵循环使用。另外，在蒸发式冷凝器运行过程中，风机强迫空气以3m/s～5m/s的速度掠过冷凝排管，并在风的作用下使冷凝排管外的那层水膜蒸发，强化冷凝管外放热，并使吸热后的水滴在下落过程中被空气冷却，部分水滴会蒸发成水蒸气最终伴随着空气由风机排出，而剩余那些尚未被蒸发的水滴则会受到脱水器阻挡而落入回水盘中。在水盘内通常会设置浮球阀，需要时可自动补充冷却水量。

从蒸发冷凝式制冷主机的结构来看，其将冷却水系统与制冷主机的冷凝器进行了有机结合，在使用蒸发式冷凝器的同时，摒弃了以往传统地铁通风空调中外配的冷却塔、冷却水泵、冷却管道及其附件等装置，并将以往的外循环冷却方式转变为内循环，一方面实现了对冷却水系统的简化，另一方面还在合理降低冷却水飘水损失的同时，最大限度的提升空调系统的能效比。

4  蒸发冷凝技术在地铁通风空调系统中的应用策略

根据以往地铁工程空调系统设计经验可知，空调系统的冷源首先要考虑自然冷源，如果无法采用自然冷源的，可用人工冷源代替。与传统风冷式冷凝以及水冷式冷凝相比，蒸发式冷凝技术既不需要配置冷却塔以及冷却水泵等装置，同时还不会给城市景观造成负面影响。而从能量调节方式的角度来看，蒸发式冷凝空调制冷机组的能量调节方式更加灵活，不仅其组合调节以及卸载调节相对灵活，同时机组变频调节的灵活性，还能满足部分负荷调节要求。因此，在城市地铁工程建设中，为充分发挥蒸发冷凝技术在通风空调系统中的积极作用，需要结合当地气候条件以及地质特点，来选择适宜的应用方案。目前，蒸发冷凝技术在地铁通风空调系统中的应用主要包括以下几种形式：

4.1  直接蒸发冷却方案

所谓的直接蒸发冷却，就是让空气与水直接接触，并利用空气来等焊降温加湿。在传统地铁通风系统中，车站送风机主要发挥着将室外空气直接送入车站内部的作用，之后再经过通风换气后，由排风机直接排出室外，整个通风系统形式简单、通风量大，但是运行能耗较高、通风温差相对较大，很难准确把控地下空间空气环境的温度以及湿度。对此，可以將直接蒸发冷却器填料放置在地铁的送风道中，借助冷却器对进风进行冷却。这种蒸发冷却方案可以在春、秋干燥季节或者干燥地区的空调季节中使用，由直接蒸发冷却器替换掉传统的机械制冷装置，先冷却室外新风，之后再送入车站，以达到改善室内环境的目的。另外，采取直接蒸发冷却方案，除了可以达到降温加湿的效果，更重要的是有效降低了送风量，相较于传统机械通风系统，直接蒸发冷却的施工成本更低，并且具有更好的节能降耗效果。

4.2  直接蒸发冷却+间接蒸发冷却方案

在该方案中，要先将间接蒸发冷却其安装设置在进风口，并利用管式间接蒸发冷却器对室外空气进行降温处理，在干球与湿球温度都降低至合适范围后，就可以使其进入到蒸发式冷却器中。之后，利用制冷剂盘表表面循环水实现有效的湿热交换，让设备内部的热量都可以在制冷剂的冷凝作用下排出。这种方式不仅可以有效降低整个系统的能耗，同时蒸发式冷凝器的运营效率也可以得到显著提升。

4.3  直接蒸发冷却+局部蒸发式冷气机方案

与其他交通系统不同的是，城市地铁站的人流量极大，特别是在上下班高峰期，人流量更为密集。对此，可以在地铁大厅内局部设置安装蒸发式冷气机，来合理分担室内显热负荷。而室内所有的潜热负荷、新风负荷以及剩余的显热负荷都可由蒸发冷却新风系统承担，这既可以加强对室内温湿度的独立管控，同时又可以充分满足房间温湿度不断变化的要求。

5  结论

总而言之，地铁作为我国现代化城市的一个标志性建设项目，在方便人们出行的同时，为经济建设做出了巨大贡献。对此，需要分析和研究传统地铁通风空调系统的缺陷与不足，明确蒸发冷凝技术的原理及特性，合理运用直接蒸发冷却、直接蒸发冷却+间接蒸发冷却、直接蒸发冷却+局部蒸发式冷气机等方案，从而最大限度的发挥蒸发冷凝技术在地铁工程建设中的应有功效。

参考文献：

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