關(guān)于鐵路站房空調(diào)水系統(tǒng)在節(jié)能方面的應(yīng)用

張　琨

(中鐵城建集團(tuán)北京工程有限公司，北京　100022)

On the Application of Railway Station of Air Conditioning Water System in Energy Saving

ZHANG Kun

關(guān)于鐵路站房空調(diào)水系統(tǒng)在節(jié)能方面的應(yīng)用

張琨

(中鐵城建集團(tuán)北京工程有限公司，北京100022)

On the Application of Railway Station of Air Conditioning Water System in Energy Saving

ZHANG Kun

摘要對鐵路站房空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行分析，闡述鐵路站房空調(diào)水系統(tǒng)變流量調(diào)節(jié)的節(jié)能措施。

關(guān)鍵詞空調(diào)水變流量二級泵

鐵路站房屬于特大型公共交通建筑，人員流動性強(qiáng)，空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能量消耗大。在空調(diào)水系統(tǒng)的電力分配下，冬季供暖約占整個建筑用電量的18%～23%，夏季供冷期間約占10%～22%。從空調(diào)系統(tǒng)能耗分配方面分析，輸送動力的能耗大約占到整個空調(diào)系統(tǒng)能耗的一半以上。如何減少能耗是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的重要措施，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，不僅可以降低建設(shè)單位的投資費(fèi)用和運(yùn)行成本，還可以降低因發(fā)電量增加而導(dǎo)致的環(huán)境污染。

1鐵路站房空調(diào)系統(tǒng)概況

本工程為特大型鐵路旅客車站，由主站房和站臺雨棚組成，建筑總高度99.9 m，地下一層、地上二層，站房建筑規(guī)模50 000 m2左右。地面為站臺層，層高9.3 m，候車區(qū)部分兩層挑空，層高40.9 m，南北廣場地面與站臺層持平; 地上二層為高架進(jìn)站層和候車層，高架層進(jìn)站大廳層高20.2 m、高架層候車大廳層高31.6 m，屋面高度為48.25 m;地下一層為出站層及南北聯(lián)系通道，層高10.8 m。站房由候車廳、售票廳、出站廳、車站設(shè)備及管理辦公用房等組成。該工程地處南部地區(qū)，周邊地形以淺丘為主。夏季空調(diào)室外計(jì)算參數(shù)干球溫度35.5 ℃；濕球溫度26.5 ℃；日平均溫度32.3 ℃；平均風(fēng)速1.5 m/s；冬季室外計(jì)算參數(shù)干球溫度2.2 ℃；相對濕度83%；平均風(fēng)速1.1 m/s。站房各功能區(qū)參數(shù)如表1。

表1　站房各功能區(qū)參數(shù)

站房內(nèi)房間冷熱空調(diào)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如表2。

表2　站房內(nèi)房間冷熱空調(diào)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

本站房設(shè)置的空調(diào)方式：候車室、售票廳、高架層和站臺層的商業(yè)用房空調(diào)系統(tǒng)采用集中供冷的水-空氣系統(tǒng) ；夏季供冷、冬季不供熱。辦公、售票室、客運(yùn)用房、貴賓候車室等采用風(fēng)冷變制冷劑流量多聯(lián)分體式冷(暖)空調(diào)系統(tǒng)，夏季供冷，冬季供熱；車站設(shè)備房中通訊機(jī)械室、信息主機(jī)房、繼電器室采用風(fēng)冷機(jī)房專用空調(diào)。

本站房設(shè)置兩個集中冷凍機(jī)房，分別設(shè)置在站房南、北兩端的地下室內(nèi)，每個冷凍機(jī)房內(nèi)設(shè)3臺壓縮式冷水機(jī)組，制冷量為373 kW，供回水溫度7/12 ℃，夏季額定工況和規(guī)定條件下其性能系數(shù)(COP)不低于5.0。空調(diào)水路系統(tǒng)采用二級泵變水量異程式系統(tǒng)，冷凍水泵和冷卻水泵與冷水機(jī)組一一對應(yīng)。除備用水泵以外，每臺冷凍水泵和冷卻水泵均配置智能變頻控制裝置?？照{(diào)冷水循環(huán)系統(tǒng)采用高位膨脹水箱，冷凍水、冷卻水的工作壓力均為0.9 MPa。在空調(diào)供回水主管間設(shè)壓差旁通控制裝置，以保證主機(jī)流量不小于蒸發(fā)器允許的最小流量。候車廳、售票廳設(shè)全空氣空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)機(jī)房設(shè)在二層，候車室采用噴口側(cè)送風(fēng)，售票廳采用帶溫控調(diào)節(jié)裝置的格柵風(fēng)口側(cè)送。

2鐵路站房空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)

鐵路站房區(qū)分不同的功能區(qū)域，不同的區(qū)域?qū)照{(diào)要求的負(fù)荷也不盡相同，一般分為公共區(qū)域和非公共區(qū)域兩部分。進(jìn)站廳、候車廳和售票廳屬于公共區(qū)，辦公室、貴賓室和設(shè)備用房等屬于非公共區(qū)。公共區(qū)的建筑層高大，空間面積大，外界氣流對室內(nèi)的空氣變化影響大，并且人員密集，尤其處于 “節(jié)假日”時的高峰期，更造成了建筑空調(diào)負(fù)荷大，建筑耗能多；非公共區(qū)空間面積小，人員相對穩(wěn)定，氣流組織變化不明顯，空調(diào)負(fù)荷變量小。

3鐵路站房空調(diào)水系統(tǒng)節(jié)能應(yīng)用

3.1　空調(diào)水系統(tǒng)定流量調(diào)節(jié)的節(jié)能措施

一般情況下，空調(diào)負(fù)荷的實(shí)際利用率比設(shè)計(jì)值偏低，造成空調(diào)負(fù)荷的浪費(fèi)。基于此種現(xiàn)象，采用的方法是質(zhì)調(diào)節(jié)。定流量系統(tǒng)中缺少自動控制水量的設(shè)備，水量處理采取的方法是在泵的出口端加裝流量控制閥，根據(jù)系統(tǒng)的阻力變化來調(diào)節(jié)流量，該方法雖然方便有效，卻嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的效率。而且當(dāng)存在再熱、混合等損失時，能耗增加更明顯(如圖1所示)。

圖1　定流量系統(tǒng)

3.2　站房中變流量系統(tǒng)控制的節(jié)能措施

變流量控制的方式如圖2所示。用三通調(diào)節(jié)閥的控制方式雖可以起到變水量的效果，但對整個水環(huán)路系統(tǒng)來說的是定水量系統(tǒng)。雙通調(diào)節(jié)閥的控制方式可改變管路特性曲線，使系統(tǒng)的工作點(diǎn)發(fā)生改變，水流量減少，壓強(qiáng)增加；轉(zhuǎn)速控制可改變水泵性能，隨著轉(zhuǎn)速下降，水流量和壓強(qiáng)均降低，水泵揚(yáng)程以運(yùn)作速度比三次方的比例降低，可以達(dá)到較好的節(jié)能效果。目前，臺數(shù)控制方式是普遍采用的方法，簡單可行，節(jié)能效果顯著。圖3顯示空調(diào)系統(tǒng)采取變流量控制方法的節(jié)能效果，可以看出，任何形式的變流量系統(tǒng)都比定流量系統(tǒng)節(jié)省能耗。

圖2　變水量控制系統(tǒng)

注：CWV-定水量；VC1-1臺水泵臺數(shù)控制；VC2-2臺水泵臺數(shù)控制；VC3-3臺水泵臺數(shù)控制；SP-變速水泵。圖3　不同變水量方式時水泵消耗量比較

3.3　站房二級泵變流量水系統(tǒng)節(jié)能措施

本工程中，輔助生產(chǎn)用房和貴賓候車室等采用靈活、低負(fù)荷、高效率的風(fēng)冷變制冷劑流量多聯(lián)分體式冷(暖)空調(diào)系統(tǒng)，所需負(fù)荷分別為冷負(fù)荷2 835 kW，熱負(fù)荷1 653 kW；工藝機(jī)房(通訊機(jī)械室、信息主機(jī)房、繼電器室)設(shè)置獨(dú)立的風(fēng)冷機(jī)房專用空調(diào)機(jī)組，所需冷熱負(fù)荷分別為488 kW和120 kW；其他需要空調(diào)的區(qū)域設(shè)置中央空調(diào)系統(tǒng)，候車廳、售票廳等夏季制冷，冬季不供熱，所需冷負(fù)荷為8 380 kW。生產(chǎn)用房、貴賓候車室和工藝機(jī)房的特點(diǎn)是：人員數(shù)量相對固定，無論是夏季還是冬季所需的冷熱負(fù)荷變化影響不大，負(fù)荷量基本與設(shè)計(jì)負(fù)荷相同。但候車廳和售票廳的負(fù)荷變化明顯，負(fù)荷和運(yùn)行工況受季節(jié)變化、天氣變化、人員流量變化和環(huán)境條件改變等諸多因素的影響，且經(jīng)常處于不穩(wěn)定狀態(tài)。即便是在一天當(dāng)中，早晚也會有溫差變化。由于系統(tǒng)較大，管路較長，阻力較高，且各環(huán)路負(fù)荷特性相差較大，或壓損相當(dāng)懸殊時，如果采用一次泵系統(tǒng)，水泵流量和揚(yáng)程就會根據(jù)主機(jī)設(shè)備系統(tǒng)參數(shù)和最不利環(huán)路的水阻力進(jìn)行匹配，配置功率較大；并且系統(tǒng)在不是滿負(fù)荷運(yùn)行時，無論其在工況流量和水阻力有多小，水泵也要消耗最大負(fù)荷進(jìn)行配置，余量與壓差只能通過旁通管道或者增加閥門阻力消耗。由此可見，一次泵系統(tǒng)的能量利用率低，不節(jié)能。采用二次泵方式，節(jié)能效果明顯有所改觀，流量與揚(yáng)程可以根據(jù)負(fù)荷量進(jìn)行有效配置，設(shè)計(jì)一次泵的揚(yáng)程時可以降低一些，避免浪費(fèi)。并且二次泵的設(shè)計(jì)還可以采用變流量控制和各支路的自動啟?？刂?，還可采用節(jié)能效果更加明顯的變頻控制系統(tǒng)。

二級泵變流量水系統(tǒng)是在一次泵的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展的一種系統(tǒng)形式。當(dāng)系統(tǒng)處于非線性范圍較大時，一次泵系統(tǒng)就顯現(xiàn)出很多問題，如能量的過渡浪費(fèi)、系統(tǒng)及設(shè)備的非正常使用等。

二級泵系統(tǒng)：在機(jī)房側(cè)管路中，水泵由旁通平衡管AB分為兩級，即初級泵和次級泵。冷水機(jī)組及其支路附件的阻泵用初級泵來克服平衡管AB以下的水管水流阻力。用戶側(cè)水阻力通過次級泵克服AB平衡管以上的環(huán)路阻力。該系統(tǒng)的次級泵和初級泵采取串聯(lián)方式運(yùn)行，機(jī)組、旁通管和初級泵構(gòu)成一次環(huán)路。負(fù)荷側(cè)的管路、旁通管與末端設(shè)備構(gòu)成二次環(huán)路，并且二次環(huán)路中設(shè)置并聯(lián)水泵方式。當(dāng)二級泵運(yùn)行時，初級泵與冷水機(jī)組處于聯(lián)動控制，次級泵則根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷變化情況進(jìn)行運(yùn)速調(diào)節(jié)，改變負(fù)荷側(cè)二次環(huán)路的循環(huán)水量或者臺數(shù)聯(lián)動控制。當(dāng)次級泵組總供水量與初級泵組總供水量有偏差時，差異部分從平衡管AB中流過。這樣就解決了冷水機(jī)組與用戶側(cè)水量控制不同步問題，二級泵系統(tǒng)節(jié)省了水泵的電耗，從節(jié)約能耗考慮，有顯著的效果(如圖4)。

圖4　二級泵變流量系統(tǒng)

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中圖分類號：U291.6+1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)02-0111-03

作者簡介：張琨(1978—)，女，2005年畢業(yè)于南華大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師。

收稿日期：2015-01-23