蒸发式冷凝空调系统在地铁中的应用分析

陈洁

中铁上海设计院集团有限公司徐州设计院

传统地铁车站一般采用冷却塔+水冷冷水机组+空调末端设备的设计方案，但是传统地铁车站的通风空调问题及矛盾比较突出。针对冷却塔存在的选址难、征地难、布置难等难题，外加越来越重视节能环保等相关问题，很多省市的地铁开始采用蒸发式冷凝空调系统[1]。

1 蒸发冷凝空调在地铁中应用方案的对比

1.1 整体式蒸发冷凝空调系统

蒸发冷凝冷水式空调系统在地铁设计中已经较多的应用，现举例常见的两种方案对比下这两种形式的模式及对土建的影响。整体式的蒸发冷凝机组布置在冷水机房内，相比其他形式的需要增设两台风强排风机，将热量排至排风道内，从新风道通过引风阀引入新风，因此新排风道需要考虑这部分风量从而加大土建的风道面积，一般标准站风道过风面积约需增加8 m2左右[2]。此种方案布置图见图1。

图1 整体式蒸发冷凝空调系统方案布置图

1.2 分体式蒸发冷凝空调系统

分体式蒸发冷凝空调系统是通过风机墙，从新风道引入新风，然后通过机组，将热量排出排风井，不需要设置强排风机，机组的位置相对传统和整体式系统的位置有所不同，根据图2 的方案布置图可以清晰地看出，分体式蒸发冷凝空调系统的冷凝机组设置在新排风道之间，压缩机装置仍设置在冷水机房，风道内的蒸发冷凝机组相对整体式的要小一些，但是这种方案并没有节省冷水机房的占地面积，风道的面积也与整体式一样，需增加8 m2左右过风面积[3]。

图2 分体式蒸发冷凝空调系统方案布置图

1.3 直膨式蒸发冷凝空调系统

直膨式蒸发冷凝空调系统的机组也是设置在新排风道处见图3，与分体式类似，相对之前的两种系统，更主要的变化在于空调末端的变化，将压缩机至于空调箱内变为直膨式空调末端，机组直接连接直膨式空调，从而实现了冷媒在末端设备内直接换热，因此相对传统的空调系统，不仅解决了冷却塔的问题，同时对空调的机房也做了更大的简化，不需要冷水机房，节约了空间，只是空调末端的设备相对传统的略大一点。这种系统设备少，比较简约，故障点少，便于管理，但是这种方案在地铁中应用时间较短，应用案例较少，对于后期运营的设备运行维护人员要求较高，需要经过专业培训，安全熟练使用本系统。就目前而言，这种方案的设备投资相对较高，但是这种形式的空调系统多样化，讲冷凝器、压缩机等部件进行不同的组合，更灵活解决地铁中设备布置困难等问题。

图3 直膨式蒸发冷凝空调系统方案布置图

2 不同类型空调系统在地铁应用中的经济性分析

2.1 不同空调系统的设备初投资

现以济南一标准车站为例，车站大系统的冷负荷大约为1000 kW，小系统冷负荷大约为350 kW，下表将传统空调系统与蒸发冷凝冷水式系统与直膨式系统做对比，设备的数量及初投资见表1：

表1 设备初投资对比表

2.2 不同空调系统运行效率

冷负荷按照1350 kW 来计算，将传统空调系统、蒸发冷凝冷水式系统与直膨式系统进行对比，采用名义工况下制冷水系统的综合能源效率COPS 进行对比分析，空调季名义工况下COPS 计算表2。通过此参数的对比，可以明显看出蒸发式冷凝直膨式空调系统的效率较高，节能显著。

表2 空调季名义工况下COPS 计算表

2.3 不同空调系统运行费用

从水电费用上进行分析，以空调季节按照150 天运营考虑，每天运行17 h 计算，连续运行20 年，电费按1 元/kW·h 计算，使用系数按照0.6 折算，蒸发冷凝直膨式系统比传统空调系统20 年节省费用为：(357.5-270.2)*17*150*20*0.6*1=267.14 万元。根据厂家提供的相关参数，水费暂按2 元/m3计算，对比这两种系统运行时设备的耗水量，蒸发冷凝直膨式系统比传统空调系统的耗水每年耗水量将近为1.5 万m3，每年均能节约水费3 万元，20 年节省费用为60 万元。

所以，蒸发式冷凝直膨式系统运行20 年可以大约节省327 万元。

2.4 不同空调系统占地面积及环境影响

传统空调冷水系统方案下标准站一般需要设置约140 m2的制冷机房来放置2 台冷水机组，2 台冷冻循环泵，2 台冷却水循环泵，分集水器等，并且需要在室外设置地面式冷却塔，膨胀水箱及设备围栏，占地约60 m2。蒸发冷却式空调系统可以节省大约100 多m2的面积，在地铁项目中，主体内地下制冷机房单位面积造价大约1.0 万元/m2，每座地面式冷却塔土建费用为10 万元/座，比传统空调系统可以节省100 多万元的土建费用。同时冷却塔还会产生噪声和漂水的现象，造成环境不和谐，一度引起周围居民的投诉。而使用蒸发冷空调系统就可以避免这些问题的出现，使社会环境更加和谐。

3 结论

通过对传统空调系统，蒸发冷凝冷水式系统与直膨式系统的对比介绍以及经济性分析，同时结合地铁实际设计相关问题分析，蒸发冷凝空调系统的应用无论是在环境保护，投资成本以及节约能耗等方面都有明显的优势，在地铁项目中的运用也是更加广泛。蒸发式冷凝空调系统也是越来越多样化，越来越灵活巧妙的解决地铁中存在的各种问题。