水冷制冷劑直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)在地鐵站的應(yīng)用

高 康，張海波

( 珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海 519070 )

0 引言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)城市軌道交通發(fā)展迅猛。在地鐵車站動(dòng)力照明能耗中，通風(fēng)空調(diào)(環(huán)控)系統(tǒng)所占比例最大。一些研究指出[1]，北方地區(qū)環(huán)控能耗占地鐵總能耗的1/3，而南方地區(qū)環(huán)控能耗占總能耗的1/2左右，因此，地鐵站內(nèi)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中具有較大節(jié)能空間。城市軌道交通節(jié)能工作的一項(xiàng)重點(diǎn)在于車站節(jié)能，尤其是環(huán)控。

圖1 傳統(tǒng)水冷冷水式空調(diào)系統(tǒng)原理圖

圖2 水冷制冷劑直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)原理圖

圖3 水冷制冷劑直接蒸發(fā)式磁懸浮機(jī)組系統(tǒng)圖

1 制冷劑直接蒸發(fā)式磁懸浮離心機(jī)組

目前絕大多數(shù)車站采用傳統(tǒng)的水冷冷水機(jī)組，冷凍水在空調(diào)箱內(nèi)表冷器處與空氣換熱(如圖1所示)，用于低溫送風(fēng)。但已有許多研究與實(shí)踐表明[2]，制冷劑直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)更適于車站大系統(tǒng)供冷。具體而言，車站兩端機(jī)房?jī)?nèi)各設(shè)置一套該系統(tǒng)，如圖2所示，冷卻水分別供給至兩端冷機(jī)的冷凝器，制冷劑直接進(jìn)入空調(diào)箱蒸發(fā)器對(duì)空氣進(jìn)行降溫除濕。運(yùn)行時(shí)，變頻調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速以維持空調(diào)箱送風(fēng)溫度設(shè)定值，變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以維持回風(fēng)溫度設(shè)定值。

與傳統(tǒng)的水冷冷水系統(tǒng)相比，水冷制冷劑直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)省去了冷凍水部分及其相應(yīng)的水系統(tǒng)控制，節(jié)省機(jī)房面積和初投資；

(2)制冷機(jī)組可以安置在組合空調(diào)箱一側(cè)，不占用專門機(jī)房；

(3)可提高蒸發(fā)溫度，提高制冷機(jī)COP；

(4)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)控更容易實(shí)現(xiàn)：根據(jù)送風(fēng)溫度調(diào)節(jié)冷機(jī)，根據(jù)大廳溫度調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

(5)制冷機(jī)組可與組合式空調(diào)箱做成一體化機(jī)組，節(jié)省機(jī)房面積，便于管理；

(6)在北方避免了冬季表冷器凍結(jié)問題。

但是，普通的制冷劑直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)面臨制冷劑輸送距離較長(zhǎng)、回油困難的問題，若設(shè)計(jì)、維保不當(dāng)則反而容易降低機(jī)組效率。在此背景下，一些空調(diào)廠家已研發(fā)出了適用于地鐵站的制冷劑直接蒸發(fā)式磁懸浮空調(diào)機(jī)組整體方案。如圖3、圖4所示，該機(jī)組將制冷機(jī)組(包括壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥等)內(nèi)置于組合式空調(diào)箱，冷卻塔制備的冷卻水送至機(jī)組內(nèi)的冷凝器進(jìn)行換熱，節(jié)流后的制冷劑進(jìn)入表冷器直接蒸發(fā)、對(duì)空氣進(jìn)行降溫除濕。這樣的一體化設(shè)計(jì)，不僅節(jié)省了冷凍水回路、大型冷水機(jī)組的占地，而且縮短了制冷劑輸送距離。

更重要的是，該機(jī)組采用小型磁懸浮離心壓縮機(jī)，無(wú)需潤(rùn)滑油，避免了回油困難的問題，提升了機(jī)組運(yùn)行可靠性，且能減少機(jī)組更換油過濾器和換油的保養(yǎng)步驟。此外，磁懸浮壓縮機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)與負(fù)荷控制技術(shù)相結(jié)合，可根據(jù)末端需求實(shí)現(xiàn)較大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，保證在部分負(fù)荷工況下能效較高；壓縮機(jī)變頻運(yùn)行啟動(dòng)電流僅2A，對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊，無(wú)需昂貴的啟動(dòng)柜。

圖4 水冷制冷劑直接蒸發(fā)式磁懸浮機(jī)組外形圖

2 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

本文通過武漢地鐵7號(hào)線的某個(gè)地鐵站的實(shí)際應(yīng)用案例進(jìn)行制冷劑直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)和傳統(tǒng)的水冷冷水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性比較分析。地鐵站分大系統(tǒng)(站廳)和小系統(tǒng)(辦公區(qū))，大系統(tǒng)用磁懸浮機(jī)組代替，小系統(tǒng)用水冷制冷劑直接蒸發(fā)式渦旋機(jī)組代替(原理同磁懸浮機(jī)組)，空調(diào)設(shè)備清單見表1：

表1 水冷制冷劑直接蒸發(fā)式方案與常規(guī)方案設(shè)備清單

2.1 節(jié)能性對(duì)比

水冷制冷劑直接蒸發(fā)式方案與常規(guī)方案設(shè)備能效對(duì)比見表2。從表2可知，水冷制冷劑直接蒸發(fā)式機(jī)組方案的系統(tǒng)EER為3.34，比常規(guī)系統(tǒng)方案高44%，若按全年耗電量測(cè)算，則水冷制冷劑直接蒸發(fā)式方案每年節(jié)約用電24.3萬(wàn)度電，節(jié)能率為32.4%。

表2 水冷制冷劑直接蒸發(fā)式方案與常規(guī)方案設(shè)備能效表

2.2 設(shè)備投資對(duì)比

表3 水冷制冷劑直接蒸發(fā)式方案與常規(guī)方案設(shè)備投資表

從表3可知，兩種方案的設(shè)備總投資基本相同。由于水冷制冷劑直接蒸發(fā)式機(jī)組方案減少了冷凍水部分，因此減少了冷凍水部分的工程造價(jià)，所以總的工程造價(jià)肯定是比常規(guī)方案要小的。

3 結(jié)論

綜上所述，水冷制冷劑直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)適用于地鐵站，能有效節(jié)省初投資與運(yùn)行費(fèi)用。與常規(guī)的水冷冷水空調(diào)系統(tǒng)相比，水冷制冷劑直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)在不增加設(shè)備初投資的情況下，能大幅提升空調(diào)系統(tǒng)的EER。該系統(tǒng)已應(yīng)用于實(shí)際工程，經(jīng)測(cè)試，使用效果良好，節(jié)能顯著。因此，在地鐵行業(yè)具有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李國(guó)慶.城市軌道交通通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].暖通空調(diào).2011，41(6):1-6.

[2] 中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì).城市軌道交通2014年度統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告[J].城市軌道交通,2015,(02):14-18.