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風機盤管系統(tǒng)在地鐵空調中的應用
更新時間??2021-03-09 11:22 閱讀
摘要：介紹了風機盤管系統(tǒng)在地鐵類建筑中的具體應用形式；以天津某地鐵站為例，分析了風機盤管系統(tǒng)應用的可行性和經(jīng)濟性，以期為風機盤管系統(tǒng)在地鐵類建筑中的應用提供參考。
關鍵詞：風機盤管系統(tǒng)； 地鐵站； 可行性； 經(jīng)濟性
中圖分類號：TU831.4 文獻標識碼：B 文章編號：1006- 8449（2009）05- 0061- 03
中圖分類號：TU831.4 文獻標識碼：B 文章編號：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)初投資和運行能耗的主要部分之一。由于地鐵內(nèi)部的巨大空間和負荷，常規(guī)的地鐵環(huán)控系統(tǒng)設計思路是采用全空氣系統(tǒng)，風管、空調機房占用大量地下空間，導致土建成本增加；采用空氣長距離輸送冷熱，效率低，導致運行能耗巨大，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大的比例。環(huán)控系統(tǒng)設計的合理性已經(jīng)嚴重影響到地鐵建設和運營經(jīng)濟性。
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南西站的建設中提出空氣－水系統(tǒng)空調系統(tǒng)。該系統(tǒng)在建設上可以將空調機組化整為零，利用土建結構中的廢棄空間布置風機盤管，從而大大減少設備用房面積，降低土建投資；運行上能充分利用風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)在江南西站的建設中得到了很好的應用，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)應用的可行性與經(jīng)濟性。
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系統(tǒng)方式，每個站臺均需要留有較大的設備機房面積。同時，對于暗挖形式的地鐵站臺，其多采用盾構開挖形式，形成拱形的站臺斷面，如采用集中空調送風方式，難免造成大量的廢棄空間。
目前的地鐵站臺的全空氣空調系統(tǒng)或采用定風量的送風形式，而地鐵環(huán)控系統(tǒng)具有日負荷及全年負荷變化較大的特點，定風量的空調送風方案必然造成大量的能源浪費；或針對地鐵站臺負荷的特點，對風機進行變頻調速，但初投資較高。
空氣－水系統(tǒng)在建設上可以將空調機組化整為零，利用土建結構中的廢棄空間布置風機盤管，從而大大減少設備用房面積，降低土建投資；運行上能充分利用風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 風系統(tǒng)
室外新風經(jīng)由室外風亭、豎井風道和送風風道，與風機盤管回風混合后經(jīng)過處理送入車站各部分。
夏季通風系統(tǒng)負責供應最小新風，站內(nèi)全部負荷以及新風負荷由分散在各處的風機盤管承擔；在過渡季室外新風焓值小于車站排風焓值、大于空調送風點焓值時，可直接利用室外新風冷量，主系統(tǒng)停止風機盤管供冷，由中部風亭直接送入新風，氣流流動途徑為站臺、站廳和地鐵站口，直至排出。地鐵風系統(tǒng)原理如圖 2 所示。
1.3 送風末端
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站臺，因此兩側站臺為拱形結構。對于傳統(tǒng)的集中空調系統(tǒng)，地鐵車站通常只利用拱形結構的最大矩形部分，因此拱形的上部和站臺一側的側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)，又需要增加拱形結構的高度，專門開挖出擺放空間，浪費了大量的空間。
采用與暗挖形式結合的空氣-水環(huán)控系統(tǒng)，充分利用了站臺空間的拱形特點。用風機盤管將空調系統(tǒng)化整為零，布置在拱形結構上部和站臺一側側面的廢棄空間內(nèi)。圖 3 為廣州某地鐵站臺剖面圖。在拱形結構上部吊頂內(nèi)擺放送、排風風道，利用側面廢棄空間擺放風機盤管。風機盤管的送風位置略高于普通人體身高，采用側上送側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采用的運行模式 ：當空調季節(jié)室外新風焓值大于車站排風焓值時，采用最小新風空調工況；新風送至風機盤管前混合箱合回風混合后經(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溫度，同時可依據(jù)站臺負荷要求，對風機盤管進行分組調節(jié)控制。站臺不排風，只有站廳小排風機運行，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。當過渡季節(jié)室外新風焓值小于車站排風焓值、大于空調送風點焓值時，采用全新風運行；室外新風焓值小于空調送風點焓值，可關閉空調系統(tǒng)，轉入全通風運行，站廳、站臺排風直接排至室外，室外新風經(jīng)送風機從獨立的新風道送入站臺。車站排風風道可兼作排煙風道，排煙時關閉回排風機，啟動高溫排煙風機進行排煙。
根據(jù)負荷情況，可以調整風機盤管運行臺數(shù)。例如，當車站負荷減小到設計負荷的一半以下時，通過分組控制停一半風機盤管，且運行與停運的風機盤管均勻布置，以確保部分負荷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，使投資的經(jīng)濟性大大增加。
2 經(jīng)濟性分析
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 1~4 層）、地下停車庫及配套區(qū)和附屬部分（出入口通道、出入口及風亭）組成。其中車站主體部分包括公共區(qū)、設備管理用房區(qū)及服務區(qū)等（包括風道）。車站站廳、站臺全年均為冷負荷，最大冷負荷為7400kW。
2.1 土建成本分析
風機盤管系統(tǒng)最大的優(yōu)點在于減小了空調機房面積，節(jié)約了大量土建空間（如果采用風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)中央制冷機房與空調機房通常需要較大的面積，導致土建投資大大增加。具體所需面積與地鐵車站的負荷等因素有關。本地鐵站的空機房面積約 7000m 2 （從設計圖中粗算而得），需多挖土方約 30 000m 3 。如果按照目前國內(nèi)地鐵土方開挖費（明挖）約為 15 元/m 3 的標準計算，可
以節(jié)約土建投資 40 多萬元，如果按暗挖約 5000 元/m 2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 設備初投資分析
就設備初投資而言，通常的地鐵車站全空氣空調系統(tǒng)的初投資主要包括風道材料及設備、末端散流器、空調箱和制冷機以及相關控制設備。采用風機盤管系統(tǒng)地鐵車站初投資主要包括風道材料及設備、末端散流器、風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)形式的主要設備初投資相差不大，風機盤管的水系統(tǒng)管道較全空氣復雜，但全空氣系統(tǒng)的風管初投資要大得多。因此，總的來說，兩種系統(tǒng)形式的設備初投資差不多，風機盤管要比全空氣系統(tǒng)略低。
| 系統(tǒng)形式 | 水側 | 風側 | 總計 | |||||
| 冷機 | 泵 | 冷卻塔 | 空調箱 | 風機 | 百葉 | 風機盤管 | ||
| 全空氣 | 1000.0 | 46.3 | 175.0 | 226.8 | 43.3 | 12.0 | 1503.4 | |
| 風機盤管 | 1000.0 | 46.3 | 175.0 | 6.9 | 130.0 | 1358.2 | ||
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：風機盤管系統(tǒng)的與全空氣系統(tǒng)只在送風末端不同。風機盤管系統(tǒng)的送風末端不變頻，只有三擋可調（以下結果為風機維持最高擋運行的能耗），但其新、回風風機皆可變頻。
圖 4、圖 5 所示為最小新風模式和最佳新風模式下的能耗計算結果。從圖中可以看出，風機盤管系統(tǒng)的運行能耗要比全空氣系統(tǒng)的運行能耗更少。
圖 4、圖 5 所示為最小新風模式和最佳新風模式下的能耗計算結果。從圖中可以看出，風機盤管系統(tǒng)的運行能耗要比全空氣系統(tǒng)的運行能耗更少。
3 結語
和傳統(tǒng)的全空氣系統(tǒng)相比，風機盤管系統(tǒng)雖然存在著如安裝維修和清洗工作量大、系統(tǒng)控制更復雜等問題，但風機盤管系統(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，這些都為風機盤管應用于地鐵環(huán)控系統(tǒng)提供了充分的依據(jù)。
參考文獻：
[1]廣州地鐵二號線江南西站通風空調系統(tǒng)研究報告.
[2]江泳. 地鐵環(huán)控系統(tǒng)全年運行研究.
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