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風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)在地鐵空調(diào)中的應(yīng)用
更新時(shí)間??2021-03-09 11:22 閱讀
摘要：介紹了風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)在地鐵類建筑中的具體應(yīng)用形式；以天津某地鐵站為例，分析了風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)應(yīng)用的可行性和經(jīng)濟(jì)性，以期為風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)在地鐵類建筑中的應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)； 地鐵站； 可行性； 經(jīng)濟(jì)性
中圖分類號(hào)：TU831.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1006- 8449（2009）05- 0061- 03
中圖分類號(hào)：TU831.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1006- 8449（2009）05- 0061- 03
0 引言
地鐵環(huán)境控制系統(tǒng)，是地鐵系統(tǒng)初投資和運(yùn)行能耗的主要部分之一。由于地鐵內(nèi)部的巨大空間和負(fù)荷，常規(guī)的地鐵環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路是采用全空氣系統(tǒng)，風(fēng)管、空調(diào)機(jī)房占用大量地下空間，導(dǎo)致土建成本增加；采用空氣長(zhǎng)距離輸送冷熱，效率低，導(dǎo)致運(yùn)行能耗巨大，據(jù)稱廣州地鐵 1 號(hào)線（無(wú)屏蔽門）1999 年夏季營(yíng)運(yùn)收入的 2/3 用于交電費(fèi)，而其中環(huán)控系統(tǒng)能耗在總能耗中占相當(dāng)大的比例。環(huán)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性已經(jīng)嚴(yán)重影響到地鐵建設(shè)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性。
針對(duì)上述問(wèn)題，北京城建院李國(guó)慶等人在廣州地鐵二號(hào)線江南西站的建設(shè)中提出空氣－水系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在建設(shè)上可以將空調(diào)機(jī)組化整為零，利用土建結(jié)構(gòu)中的廢棄空間布置風(fēng)機(jī)盤管，從而大大減少設(shè)備用房面積，降低土建投資；運(yùn)行上能充分利用風(fēng)機(jī)盤管控制上的靈活性，有效降低環(huán)控系統(tǒng)運(yùn)行能耗。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在江南西站的建設(shè)中得到了很好的應(yīng)用，并取得了很好的工程實(shí)踐效果。本文將針對(duì)天津某地鐵樞紐工程，研究上述空氣-水系統(tǒng)應(yīng)用的可行性與經(jīng)濟(jì)性。
1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
通常的地鐵站臺(tái)環(huán)控方案由于采用集中全空氣空調(diào)系統(tǒng)方式，每個(gè)站臺(tái)均需要留有較大的設(shè)備機(jī)房面積。同時(shí)，對(duì)于暗挖形式的地鐵站臺(tái)，其多采用盾構(gòu)開(kāi)挖形式，形成拱形的站臺(tái)斷面，如采用集中空調(diào)送風(fēng)方式，難免造成大量的廢棄空間。
目前的地鐵站臺(tái)的全空氣空調(diào)系統(tǒng)或采用定風(fēng)量的送風(fēng)形式，而地鐵環(huán)控系統(tǒng)具有日負(fù)荷及全年負(fù)荷變化較大的特點(diǎn)，定風(fēng)量的空調(diào)送風(fēng)方案必然造成大量的能源浪費(fèi)；或針對(duì)地鐵站臺(tái)負(fù)荷的特點(diǎn)，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，但初投資較高。
空氣－水系統(tǒng)在建設(shè)上可以將空調(diào)機(jī)組化整為零，利用土建結(jié)構(gòu)中的廢棄空間布置風(fēng)機(jī)盤管，從而大大減少設(shè)備用房面積，降低土建投資；運(yùn)行上能充分利用風(fēng)機(jī)盤管控制上的靈活性，有效降低環(huán)控系統(tǒng)運(yùn)行能耗。
1.1 水系統(tǒng)
為減少暗挖的土建施工量，節(jié)約機(jī)房面積，主環(huán)控系統(tǒng)的冷水系統(tǒng)可以采用地面集中制冷方式。風(fēng)機(jī)盤管產(chǎn)生的冷凝水，由專門排水系統(tǒng)排走。地鐵水系統(tǒng)原理如圖 1 所示。
1.2 風(fēng)系統(tǒng)
室外新風(fēng)經(jīng)由室外風(fēng)亭、豎井風(fēng)道和送風(fēng)風(fēng)道，與風(fēng)機(jī)盤管回風(fēng)混合后經(jīng)過(guò)處理送入車站各部分。
夏季通風(fēng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)供應(yīng)最小新風(fēng)，站內(nèi)全部負(fù)荷以及新風(fēng)負(fù)荷由分散在各處的風(fēng)機(jī)盤管承擔(dān)；在過(guò)渡季室外新風(fēng)焓值小于車站排風(fēng)焓值、大于空調(diào)送風(fēng)點(diǎn)焓值時(shí)，可直接利用室外新風(fēng)冷量，主系統(tǒng)停止風(fēng)機(jī)盤管供冷，由中部風(fēng)亭直接送入新風(fēng)，氣流流動(dòng)途徑為站臺(tái)、站廳和地鐵站口，直至排出。地鐵風(fēng)系統(tǒng)原理如圖 2 所示。
1.3 送風(fēng)末端
末端裝置是否合理擺放會(huì)極大地影響暗挖施工的土方量。暗挖形式為不開(kāi)挖大面積地鐵車站站臺(tái)。它在車站部分利用若干通道連接兩側(cè)站臺(tái)，因此兩側(cè)站臺(tái)為拱形結(jié)構(gòu)。對(duì)于傳統(tǒng)的集中空調(diào)系統(tǒng)，地鐵車站通常只利用拱形結(jié)構(gòu)的最大矩形部分，因此拱形的上部和站臺(tái)一側(cè)的側(cè)面空間只好增加裝修，用建筑材料抹平；同時(shí)為了在吊頂內(nèi)擺放環(huán)控系統(tǒng)，又需要增加拱形結(jié)構(gòu)的高度，專門開(kāi)挖出擺放空間，浪費(fèi)了大量的空間。
采用與暗挖形式結(jié)合的空氣-水環(huán)控系統(tǒng)，充分利用了站臺(tái)空間的拱形特點(diǎn)。用風(fēng)機(jī)盤管將空調(diào)系統(tǒng)化整為零，布置在拱形結(jié)構(gòu)上部和站臺(tái)一側(cè)側(cè)面的廢棄空間內(nèi)。圖 3 為廣州某地鐵站臺(tái)剖面圖。在拱形結(jié)構(gòu)上部吊頂內(nèi)擺放送、排風(fēng)風(fēng)道，利用側(cè)面廢棄空間擺放風(fēng)機(jī)盤管。風(fēng)機(jī)盤管的送風(fēng)位置略高于普通人體身高，采用側(cè)上送側(cè)下回的氣流組織形式。給水管、回水管和凝水管可以依據(jù)工程設(shè)計(jì)的具體形式靈活布置，考慮冷凝水由重力產(chǎn)生自然流動(dòng)，凝水管宜布置在站臺(tái)下空間內(nèi)。
1.4 運(yùn)行模式
系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)外溫度及焓值的差值確定所應(yīng)采用的運(yùn)行模式 ：當(dāng)空調(diào)季節(jié)室外新風(fēng)焓值大于車站排風(fēng)焓值時(shí)，采用最小新風(fēng)空調(diào)工況；新風(fēng)送至風(fēng)機(jī)盤管前混合箱合回風(fēng)混合后經(jīng)盤管冷卻后送出，可以通過(guò)改變冷水水溫或水量來(lái)改變送風(fēng)溫度，同時(shí)可依據(jù)站臺(tái)負(fù)荷要求，對(duì)風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行分組調(diào)節(jié)控制。站臺(tái)不排風(fēng)，只有站廳小排風(fēng)機(jī)運(yùn)行，通過(guò)屏蔽門從隧道漏一小部分，其余部分經(jīng)由站廳依靠車站正壓由車站出入口排出。當(dāng)過(guò)渡季節(jié)室外新風(fēng)焓值小于車站排風(fēng)焓值、大于空調(diào)送風(fēng)點(diǎn)焓值時(shí)，采用全新風(fēng)運(yùn)行；室外新風(fēng)焓值小于空調(diào)送風(fēng)點(diǎn)焓值，可關(guān)閉空調(diào)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)入全通風(fēng)運(yùn)行，站廳、站臺(tái)排風(fēng)直接排至室外，室外新風(fēng)經(jīng)送風(fēng)機(jī)從獨(dú)立的新風(fēng)道送入站臺(tái)。車站排風(fēng)風(fēng)道可兼作排煙風(fēng)道，排煙時(shí)關(guān)閉回排風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)高溫排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙。
根據(jù)負(fù)荷情況，可以調(diào)整風(fēng)機(jī)盤管運(yùn)行臺(tái)數(shù)。例如，當(dāng)車站負(fù)荷減小到設(shè)計(jì)負(fù)荷的一半以下時(shí)，通過(guò)分組控制停一半風(fēng)機(jī)盤管，且運(yùn)行與停運(yùn)的風(fēng)機(jī)盤管均勻布置，以確保部分負(fù)荷工況下站臺(tái)氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的均勻。因此這套系統(tǒng)不僅減小了機(jī)房面積，而且有效利用了過(guò)渡季和冬季新風(fēng)，使投資的經(jīng)濟(jì)性大大增加。
2 經(jīng)濟(jì)性分析
以天津某地鐵站為分析對(duì)象，該地鐵車站由建筑主體部分（地下 1~4 層）、地下停車庫(kù)及配套區(qū)和附屬部分（出入口通道、出入口及風(fēng)亭）組成。其中車站主體部分包括公共區(qū)、設(shè)備管理用房區(qū)及服務(wù)區(qū)等（包括風(fēng)道）。車站站廳、站臺(tái)全年均為冷負(fù)荷，最大冷負(fù)荷為7400kW。
2.1 土建成本分析
風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)在于減小了空調(diào)機(jī)房面積，節(jié)約了大量土建空間（如果采用風(fēng)機(jī)盤管加地面集中制冷機(jī)房方式，地鐵內(nèi)冷機(jī)機(jī)房面積將比同負(fù)荷傳統(tǒng)的全空氣系統(tǒng)有更大減?。?。全空氣系統(tǒng)中央制冷機(jī)房與空調(diào)機(jī)房通常需要較大的面積，導(dǎo)致土建投資大大增加。具體所需面積與地鐵車站的負(fù)荷等因素有關(guān)。本地鐵站的空機(jī)房面積約 7000m 2 （從設(shè)計(jì)圖中粗算而得），需多挖土方約 30 000m 3 。如果按照目前國(guó)內(nèi)地鐵土方開(kāi)挖費(fèi)（明挖）約為 15 元/m 3 的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，可
以節(jié)約土建投資 40 多萬(wàn)元，如果按暗挖約 5000 元/m 2算，則可以節(jié)約約 3500 萬(wàn)元。因此，單從能節(jié)省的機(jī)房面積計(jì)算，就能節(jié)省大量的土建初投資。
2.2 設(shè)備初投資分析
就設(shè)備初投資而言，通常的地鐵車站全空氣空調(diào)系統(tǒng)的初投資主要包括風(fēng)道材料及設(shè)備、末端散流器、空調(diào)箱和制冷機(jī)以及相關(guān)控制設(shè)備。采用風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)地鐵車站初投資主要包括風(fēng)道材料及設(shè)備、末端散流器、風(fēng)機(jī)盤管以及水管路系統(tǒng)。表 1 給出了兩種系統(tǒng)形式的設(shè)備初投資情況（不含管道），從中可以看出，兩種系統(tǒng)形式的主要設(shè)備初投資相差不大，風(fēng)機(jī)盤管的水系統(tǒng)管道較全空氣復(fù)雜，但全空氣系統(tǒng)的風(fēng)管初投資要大得多。因此，總的來(lái)說(shuō)，兩種系統(tǒng)形式的設(shè)備初投資差不多，風(fēng)機(jī)盤管要比全空氣系統(tǒng)略低。
| 系統(tǒng)形式 | 水側(cè) | 風(fēng)側(cè) | 總計(jì) | |||||
| 冷機(jī) | 泵 | 冷卻塔 | 空調(diào)箱 | 風(fēng)機(jī) | 百葉 | 風(fēng)機(jī)盤管 | ||
| 全空氣 | 1000.0 | 46.3 | 175.0 | 226.8 | 43.3 | 12.0 | 1503.4 | |
| 風(fēng)機(jī)盤管 | 1000.0 | 46.3 | 175.0 | 6.9 | 130.0 | 1358.2 | ||
2.3 運(yùn)行成本分析
為了便于比較，運(yùn)行能耗的計(jì)算基于以下條件：風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的與全空氣系統(tǒng)只在送風(fēng)末端不同。風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的送風(fēng)末端不變頻，只有三擋可調(diào)（以下結(jié)果為風(fēng)機(jī)維持最高擋運(yùn)行的能耗），但其新、回風(fēng)風(fēng)機(jī)皆可變頻。
圖 4、圖 5 所示為最小新風(fēng)模式和最佳新風(fēng)模式下的能耗計(jì)算結(jié)果。從圖中可以看出，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的運(yùn)行能耗要比全空氣系統(tǒng)的運(yùn)行能耗更少。
圖 4、圖 5 所示為最小新風(fēng)模式和最佳新風(fēng)模式下的能耗計(jì)算結(jié)果。從圖中可以看出，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的運(yùn)行能耗要比全空氣系統(tǒng)的運(yùn)行能耗更少。
3 結(jié)語(yǔ)
和傳統(tǒng)的全空氣系統(tǒng)相比，風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)雖然存在著如安裝維修和清洗工作量大、系統(tǒng)控制更復(fù)雜等問(wèn)題，但風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)明顯有著初投資小、運(yùn)行能耗低等優(yōu)點(diǎn)，而且由于其在公共建筑中的廣泛運(yùn)用，我們已積累了不少較為可行的經(jīng)驗(yàn)與方法，這些都為風(fēng)機(jī)盤管應(yīng)用于地鐵環(huán)控系統(tǒng)提供了充分的依據(jù)。
參考文獻(xiàn)：
[1]廣州地鐵二號(hào)線江南西站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)研究報(bào)告.
[2]江泳. 地鐵環(huán)控系統(tǒng)全年運(yùn)行研究.
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