風(fēng)機盤管系統(tǒng)在地鐵空調(diào)中的應(yīng)用

1、No.5/2009總第129期第30 卷中圖分類號:TU831.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1006-8449(200905-0061-030引言地鐵環(huán)境控制系統(tǒng),是地鐵系統(tǒng)初投資和運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)計思路是采用全空氣系統(tǒng),風(fēng)管、空調(diào)機房占用大量地下空間,導(dǎo)致土建成本增加;采用空氣長距離輸送冷熱,效率低,導(dǎo)致運行能耗巨大,據(jù)稱廣州地鐵1號線(無屏蔽門1999年夏季營運收入的2/3用于交電費,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)計的合理性已經(jīng)嚴(yán)重影響到地鐵建設(shè)和運營經(jīng)濟(jì)性。針對上述問題,北京城建院李國慶等人在廣州地鐵二號線江

2、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)機組化整為零,利用土建結(jié)構(gòu)中的廢棄空間布置風(fēng)機盤管,從而大大減少設(shè)備用房面積,降低土建投資;運行上能充分利用風(fēng)機盤管控制上的靈活性,有效降低環(huán)控系統(tǒng)運行能耗。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踐效果。本文將針對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)簡介通常的地鐵站臺環(huán)控方案由于采用集中全空氣空調(diào)系統(tǒng)方式,每個站臺均需要留有較大的設(shè)備機房面積。同時,對于暗挖形式的地鐵站臺,其多采用盾構(gòu)開挖形式,形成拱形的站臺斷面,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

3、地鐵站臺的全空氣空調(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,定風(fēng)量的空調(diào)送風(fēng)方案必然造成大量的能源浪費;或針對地鐵站臺負(fù)荷的特點,對風(fēng)機進(jìn)行變頻調(diào)速,但初投資較高?？諝?水系統(tǒng)在建設(shè)上可以將空調(diào)機組化整為零,利用土建結(jié)構(gòu)中的廢棄空間布置風(fēng)機盤管,從而大大減少設(shè)備用房面積,降低土建投資;運行上能充分利用風(fēng)機盤管控制上的靈活性,有效降低環(huán)控系統(tǒng)運行能耗。1.1水系統(tǒng)為減少暗挖的土建施工量,節(jié)約機房面積,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

4、風(fēng)風(fēng)道,與風(fēng)機盤管回風(fēng)混合后經(jīng)過處理送入車站各部分。風(fēng)機盤管系統(tǒng)在地鐵空調(diào)中的應(yīng)用張梅1,朱奮飛2,顏承初2,衡光琳1(1.天津城投建設(shè)有限公司,天津300010;2.清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系,北京100084摘要:介紹了風(fēng)機盤管系統(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)機盤管系統(tǒng)應(yīng)用的可行性和經(jīng)濟(jì)性,以期為風(fēng)機盤管系統(tǒng)在地鐵類建筑中的應(yīng)用提供參考。關(guān)鍵詞:風(fēng)機盤管系統(tǒng);地鐵站;可行性;經(jīng)濟(jì)性技術(shù)交 流61No.5/2009總第129期第30 卷 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)機盤管承擔(dān);在過渡季室外新風(fēng)焓值小于車站排風(fēng)焓值、大于空調(diào)送

5、風(fēng)點焓值時,可直接利用室外新風(fēng)冷量,主系統(tǒng)停止風(fēng)機盤管供冷,由中部風(fēng)亭直接送入新風(fēng),氣流流動途徑為站臺、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極大地影響暗挖施工的土方量。暗挖形式為不開挖大面積地鐵車站站臺。它在車站部分利用若干通道連接兩側(cè)站臺,因此兩側(cè)站臺為拱形結(jié)構(gòu)。對于傳統(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一側(cè)的側(cè)面空間只好增加裝修,用建筑材料抹平;同時為了在吊頂內(nèi)擺放環(huán)控系統(tǒng),又需要增加拱形結(jié)構(gòu)的高度,專門開挖出擺放空間,浪費了大量的空間。采用與暗挖形式結(jié)合的空氣-水環(huán)控系統(tǒng),充分利用了站臺空間的

6、拱形特點。用風(fēng)機盤管將空調(diào)系統(tǒng)化整為零,布置在拱形結(jié)構(gòu)上部和站臺一側(cè)側(cè)面的廢棄空間內(nèi)。圖3為廣州某地鐵站臺剖面圖。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)機盤管。風(fēng)機盤管的送風(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)計的具體形式靈活布置,考慮冷凝水由重力產(chǎn)生自然流動,凝水管宜布置在站臺下空間內(nèi)。1.4運行模式系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)外溫度及焓值的差值確定所應(yīng)采用的運行模式2: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,采用最小新風(fēng)空調(diào)工況;新風(fēng)送至風(fēng)機盤管前混合箱合回風(fēng)混合后經(jīng)盤管冷卻后送出,可以通過改變冷水水溫或水量來改變送風(fēng)溫度,同

7、時可依據(jù)站臺負(fù)荷要求,對風(fēng)機盤管進(jìn)行分組調(diào)節(jié)控制。站臺不排風(fēng),只有站廳小排風(fēng)機運行,通過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)點焓值時,采用全新風(fēng)運行;室外新風(fēng)焓值小于空調(diào)送風(fēng)點焓值,可關(guān)閉空調(diào)系統(tǒng),轉(zhuǎn)入全通風(fēng)運行,站廳、站臺排風(fēng)直接排至室外,室外新風(fēng)經(jīng)送風(fēng)機從獨立的新風(fēng)道送入站臺。車站排風(fēng)風(fēng)道可兼作排煙風(fēng)道,排煙時關(guān)閉回排風(fēng)機,啟動高溫排煙風(fēng)機進(jìn)行排煙。根據(jù)負(fù)荷情況,可以調(diào)整風(fēng)機盤管運行臺數(shù)。例如,當(dāng)車站負(fù)荷減小到設(shè)計負(fù)荷的一半以下時,通過分組控制停一半風(fēng)機盤管,且運行與停運的風(fēng)機盤管均勻布置,以確保部分負(fù)荷

8、工況下站臺氣流場和溫度場的均勻。因此這套系統(tǒng)不僅減小了機房面積,而且有效利用了過渡季和冬季新風(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象,該地鐵車站由建筑主體部分(地下14層、地下停車庫及配套區(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)機盤管系統(tǒng)最大的優(yōu)點在于減小了空調(diào)機房面積,節(jié)約了大量土建空間(如果采用風(fēng)機盤管加地面集中制冷機房方式,地鐵內(nèi)冷機機房面積將比同負(fù)荷傳技術(shù)交流62No.5/2009總第129期第30 卷 技術(shù)交流統(tǒng)的全

9、空氣系統(tǒng)有更大減小。全空氣系統(tǒng)中央制冷機房與空調(diào)機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)。本地鐵站的空機房面積約7000m2(從設(shè)計圖中粗算而得,需多挖土方約30000m3。如果按照目前國內(nèi)地鐵土方開挖費(明挖約為15元/m3的標(biāo)準(zhǔn)計算,可以節(jié)約土建投資40多萬元,如果按暗挖約5000元/m2算,則可以節(jié)約約3500萬元。因此,單從能節(jié)省的機房面積計算,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)箱和制冷機以及相關(guān)控制設(shè)備。采用風(fēng)機盤管系統(tǒng)地鐵車站初投資主

10、要包括風(fēng)道材料及設(shè)備、末端散流器、風(fēng)機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,總的來說,兩種系統(tǒng)形式的設(shè)備初投資差不多,風(fēng)機盤管要比全空氣系統(tǒng)略低。2.3運行成本分析為了便于比較,運行能耗的計算基于以下條件:風(fēng)機盤管系統(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)機維持最高擋運行的能耗,但其新、回風(fēng)風(fēng)機皆可變頻。圖4、圖5所示為最小新風(fēng)模式和最佳新風(fēng)模式下的能耗計算結(jié)果。從圖中可以看出,風(fēng)機盤管系

11、統(tǒng)的運行能耗要比全空氣系統(tǒng)的運行能耗更少。3結(jié)語和傳統(tǒng)的全空氣系統(tǒng)相比,風(fēng)機盤管系統(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)雜等問題,但風(fēng)機盤管系統(tǒng)明顯有著初投資小、運行能耗低等優(yōu)點,而且由于其在公共建筑中的廣泛運用,我們已積累了不少較為可行的經(jīng)驗與方法,這些都為風(fēng)機盤管應(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廣州地鐵二號線江南西站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)研究報告R.2江泳.地鐵環(huán)控系統(tǒng)全年運行研究D:碩士學(xué)位論文.北京:清華大學(xué),2002.收稿日期:2009-06-16修回日期:2009-08-11表1設(shè)備初投資比較(不含管道萬元系統(tǒng)形式全空氣風(fēng)機盤管水側(cè)冷機1000.01000.0泵4

12、6.346.3冷卻塔175.0175.0風(fēng)側(cè)空調(diào)箱226.8風(fēng)機43.36.9百葉12.0風(fēng)機盤管130.0總計1503.41358.2作者簡介:張梅(1966-,女,天津人,碩士,高級工程師;朱奮飛(1984-,男,江西樟樹人,碩士。Application of FCU System in Subway Station Air Conditioning ZHANG Mei1,ZHU Fen-fei2,YAN Cheng-chu2,HENG Guang-lin1(1.Tianjin Infrastructure Investment Group,Tianjin300010,China;2.Department of Architecture Science,Qinghua University,Beijing100084,ChinaAbstract:The application of FCU system in subway station was discussed.And a subway station in Tianjin was take