導(dǎo)語：地鐵空調(diào)系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文主要以昆明地區(qū)地鐵的地下車站車站設(shè)備管理用房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（小系統(tǒng)）為對象，介紹小系統(tǒng)中使用變頻多聯(lián)空調(diào)作為冗余系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，分析以往設(shè)計(jì)中所遇到的問題及得失經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，并舉例介紹了地鐵車站冗余多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：昆明地鐵;地下車站;多聯(lián)空調(diào);冗余系統(tǒng)

昆明作為一座地處溫和地區(qū)的城市，擁有其他建設(shè)地鐵的城市所不具備的得天獨(dú)厚的氣候條件。通過昆明典型氣象年數(shù)據(jù)[1]制作圖1，可以發(fā)現(xiàn)昆明最高月平均干球溫度為20.1℃，整個夏季氣候舒適，只要通風(fēng)條件良好，房間無大量余熱余濕均能達(dá)到很好的舒適度要求。然而地鐵站房的環(huán)境控制又區(qū)別于普通民用建筑，除了需滿足人員的生理及心理?xiàng)l件要求，還要保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對于地下車站設(shè)備管理用房的環(huán)境控制，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[2-3]中規(guī)定了室內(nèi)計(jì)算溫度、相對濕度和換氣次數(shù)的要求，因此需要在地鐵設(shè)備管理用房設(shè)置通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（小系統(tǒng)）。昆明地區(qū)地鐵為了達(dá)到節(jié)能降耗的目的小系統(tǒng)宜最大化的采用機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，而變頻多聯(lián)空調(diào)作為一種可變冷媒流量的空調(diào)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)靈活控制先進(jìn)、管理智能化，可以作為備用冗余，保證通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行和緊急情況下全線系統(tǒng)的正常運(yùn)營。

1冗余多聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念

根據(jù)昆明市的氣候條件，隨著節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的深入可盡量采用機(jī)械通風(fēng)的方式來滿足設(shè)備管理用房的舒適性要求，避免集中空調(diào)的使用。雖然昆明大部分氣候條件可以滿足通風(fēng)及空調(diào)的要求，夏季通風(fēng)計(jì)算溫度采用歷年最熱月14:00時的月平均溫度的平均值23℃完全可以滿足第一類通風(fēng)降溫要求房間的送風(fēng)要求，比如降壓變電所、牽引變電所這類雖然發(fā)熱量大但是房間計(jì)算溫度較高的這類房間。但是采用歷年平均不保證50h的干球溫度作為夏季室外空氣計(jì)算干球溫度卻完全不能達(dá)到同樣具有較大發(fā)熱量卻與人對環(huán)境耐受要求度相同的第二類空調(diào)要求房間的空調(diào)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)，如通信設(shè)備室、通信電源室、信號設(shè)備室、信號電源室、綜合監(jiān)控設(shè)備室等。因此在設(shè)備管理用房的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（小系統(tǒng)）設(shè)計(jì)中為了最大限度使用昆明的自然條件，又保證地鐵設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不考慮設(shè)置帶有水系統(tǒng)的集中空調(diào)系統(tǒng)，全部使用機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，針對第二類房間和人員用房設(shè)置可變冷媒流量的備用冗余多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)，避免按常規(guī)設(shè)計(jì)的集中空調(diào)系統(tǒng)可能經(jīng)常在部分負(fù)荷以至低負(fù)荷下，在小溫差、大流量、低效率、高能耗工況下運(yùn)行[4]。因此對于設(shè)置有冗余多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)的小系統(tǒng)在正常運(yùn)行工況下制定了小新風(fēng)空調(diào)、全新風(fēng)空調(diào)和全通風(fēng)三種運(yùn)行模式：1）當(dāng)室外空氣焓值大于室內(nèi)空氣焓值時，采用小新風(fēng)空調(diào)，送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)均變頻運(yùn)行，風(fēng)量需滿足各房間最小新風(fēng)量要求；2）當(dāng)室外溫度小于室內(nèi)溫度及室外空氣焓值小于室內(nèi)空氣焓值時，采用全新風(fēng)空調(diào)，送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行，變頻多聯(lián)空調(diào)機(jī)組同時運(yùn)行；3）當(dāng)室外溫度低于空調(diào)送風(fēng)溫度時，采用全通風(fēng)運(yùn)行，送風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行，變頻多聯(lián)空調(diào)機(jī)組停止運(yùn)行。而當(dāng)設(shè)備管理用房發(fā)生火災(zāi)時，整個系統(tǒng)需立即轉(zhuǎn)入火災(zāi)模式運(yùn)行，變頻多聯(lián)空調(diào)機(jī)組及與火災(zāi)排煙防煙無關(guān)的系統(tǒng)停止運(yùn)行[5]。這樣設(shè)置不僅靈活地控制了室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，還最大限度地避免了能源的浪費(fèi)，在通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生故障階段還能起備份系統(tǒng)的作用保障全線正常運(yùn)營、以及保障車站正常運(yùn)行工況與緊急情況下工況運(yùn)行的轉(zhuǎn)換。

2分析以往設(shè)計(jì)中的得失經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

從深圳地鐵3號線在國內(nèi)地鐵小系統(tǒng)中首次采用備用空調(diào)設(shè)計(jì)[6]以來，國內(nèi)越來越多的地鐵小系統(tǒng)開始設(shè)置備用冗余系統(tǒng)，從當(dāng)初的分體機(jī)到如今的變頻多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)，雖然各個地方的設(shè)置原則不一樣，運(yùn)行模式不盡相同，但是對于其中出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行分析總結(jié)對昆明地鐵冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)中避免這些問題十分有必要。常見問題經(jīng)驗(yàn)主要有總結(jié)以下幾點(diǎn)：1）冷凝管道漏水的問題。由于地鐵站內(nèi)各種管線交錯，安裝空間有限，所以很多工程中在多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)的冷凝水系統(tǒng)中采用了冷凝水提升泵。在冷凝水系統(tǒng)中采用冷凝水提升泵無形中增加了維護(hù)管理的工作，而且由于提升泵本身有提升高度的限值，很多設(shè)計(jì)由于沒有考慮綜合管線時的施工安裝往往造成實(shí)際安裝完后機(jī)外排水高度超過提升泵的提升高度造成漏水。對于昆明地鐵的小系統(tǒng)，為了盡量使用室外空氣，風(fēng)管往往要比全年使用制冷系統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)要大，因此安裝空間更加的緊張，為避免冷凝管漏水的問題，在設(shè)計(jì)時建議不采用冷凝水提升泵，室內(nèi)機(jī)冷凝水依靠重力來實(shí)現(xiàn)排水，因此設(shè)置冷凝水排放管排入設(shè)備區(qū)的離壁墻內(nèi)的排水溝內(nèi)，有條件可以直接接入地漏，排放管坡度不小于0.01，避免管道內(nèi)出現(xiàn)異物堵塞。2）制冷制熱工況轉(zhuǎn)換問題。地鐵冗余多聯(lián)系統(tǒng)往往同時也負(fù)擔(dān)管理人員用房的空調(diào)，人對于室內(nèi)環(huán)境較為敏感，當(dāng)然個體之間也有差異，難免會出現(xiàn)預(yù)計(jì)平均熱感覺指數(shù)（PMV）為負(fù)的情況，尤其是冬季，部分寒冷地區(qū)為保證環(huán)境衛(wèi)生及新風(fēng)要求的送風(fēng)抵消室內(nèi)全熱后還具有一定熱負(fù)荷，由此產(chǎn)生了供熱需求。然而設(shè)備房間常年需要制冷，此時外機(jī)同時負(fù)擔(dān)了具有制冷及可能會有的供熱需求房間的空調(diào)，因此會造成外機(jī)出現(xiàn)模式報(bào)警，指示室內(nèi)機(jī)故障。昆明地區(qū)屬于溫和地區(qū)，雖然人員用房會有一定的供暖需求，但這點(diǎn)需求具有短期性、間歇性且冷負(fù)荷特別小；雖然其他地區(qū)通過集中統(tǒng)一管理克服了報(bào)警問題，但是供暖工況的使用率同樣值得商討。因此昆明地區(qū)的地鐵冗余多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)采用單冷型多聯(lián)空調(diào)，控制顯示器也不具備供暖工況。3）配管過長造成回油困難。地鐵車站的管理用房區(qū)一般而言具有大小頭兩端，大端的進(jìn)深較大，往往從風(fēng)井到末端房間就已經(jīng)超過60m的距離。雖然多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)布置靈活配管長度隨著技術(shù)提升也相應(yīng)增加，由于地鐵多采用風(fēng)冷型多聯(lián)空調(diào)機(jī)組，故其室外機(jī)的設(shè)置位置一般都在排風(fēng)井或者室外。從室外機(jī)到第一個分歧管的距離一般都接近或超過要求長度的最長距離的一半，而且近端與遠(yuǎn)端室內(nèi)機(jī)的等效長度也同樣有長度限制，部分設(shè)計(jì)接近限值，但在安裝階段由于管線走管等因素，造成最后安裝完后配管過長超出限值，這樣的多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)長時間運(yùn)行容易出現(xiàn)機(jī)內(nèi)堵油，運(yùn)行EER下降等一系列問題，其主要原因是吸氣管管路阻力增加，造成壓縮機(jī)的吸氣壓力下降，表現(xiàn)在lgP-h圖上就是冷媒從室內(nèi)機(jī)吸熱后進(jìn)入過熱區(qū)的溫度降低，從室內(nèi)機(jī)過熱區(qū)到氣液分離器這段吸氣管路易析出機(jī)油[7]。因此多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)宜盡量的按區(qū)塊分拆減少冷媒管路的配管長度，并根據(jù)多聯(lián)機(jī)制冷劑管路的實(shí)際配管長度對其制冷容量進(jìn)行修正。

3設(shè)計(jì)實(shí)例

本文截取一個含有冗余多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)的具體車站大端設(shè)備管理用房部分用房為例，介紹設(shè)計(jì)過程[8-9]。

3.1負(fù)荷的計(jì)算確定

根據(jù)工藝專業(yè)提供設(shè)備散熱，室內(nèi)外計(jì)算參數(shù)計(jì)算出室內(nèi)余熱余濕，計(jì)算出房間的冷負(fù)荷如表1。

3.2室內(nèi)外機(jī)初步選型

多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)按兩套獨(dú)立室外機(jī)設(shè)置，信號設(shè)備室、信號電源室、綜合監(jiān)控設(shè)備室、車站控制室的室內(nèi)機(jī)設(shè)置也應(yīng)為偶數(shù)臺，按室內(nèi)機(jī)設(shè)備編號單、雙號分別連在不同的室外機(jī)上，管理用房室內(nèi)機(jī)可根據(jù)管路布置任意連接一臺室外機(jī)。因此室內(nèi)機(jī)選型如表2。由于車站控制室為末端房間，單臺制冷容量考慮管長負(fù)荷配置相對取大，兩套室內(nèi)機(jī)額定制冷總?cè)萘糠謩e為：35.6kW、31kW。依據(jù)地鐵站空調(diào)使用情況，室內(nèi)外機(jī)容量配比系數(shù)為100%~110%，分別計(jì)算出所需室外機(jī)名義制冷容量為：32.4kW、28.2kW。根據(jù)樣本選擇室外機(jī)組PCU-a101額定制冷容量為33.5kW；室外機(jī)組PCU-a201額定制冷容量為28kW。

3.3冷量校核

根據(jù)室內(nèi)外機(jī)的設(shè)置位置高差-5m（室內(nèi)機(jī)高于室外機(jī)）和管線配管等效長度115m，查取樣本的配管長度及高差綜合修正系數(shù)為0.84，計(jì)算出室外機(jī)額定制冷容量不滿足所需名義制冷容量，重新選取室外機(jī)組PCU-a101額定制冷容量為40kW；室外機(jī)組PCU-a201額定制冷容量為33.5kW。3.4系統(tǒng)原理圖和平面圖圖2為冗余變頻多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)原理圖，圖3為冗余變頻多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)平面圖。

4結(jié)語

引入變頻多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)作為地鐵車站的冗余備用系統(tǒng)對于地鐵設(shè)備管理用房的空調(diào)系統(tǒng)具有重要意義，不僅提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，其良好的可調(diào)節(jié)性及管理的智能化都極大的提高了地鐵空調(diào)運(yùn)營效果，減少了能源的消耗，其布置靈活的特點(diǎn)也為擁擠的地鐵設(shè)備管線設(shè)計(jì)騰出了很大的發(fā)揮空間，通過不斷的工程積累及設(shè)計(jì)改進(jìn)，相信變頻多聯(lián)空調(diào)系統(tǒng)能夠在更多的地鐵車站安全運(yùn)行，為降低地鐵環(huán)控系統(tǒng)的能耗做出貢獻(xiàn)。

作者:石胡興 吳馨旎 單位:中國中鐵二院昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司

參考文獻(xiàn)

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