蒸发冷却技术在地铁环控系统中研究现状及应用形式探讨
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【摘 要】蒸发冷却技术在地铁站中的应用，可以有效解决冷却塔设置造成的问题，降低地铁的能耗。通过对蒸发冷却技术在国内外地铁站中的应用和研究，提出该技术可采用不同形式满足地铁地下站和高架站的短期舒适性要求。结果表明，该技术不仅适用于干旱区的车站系统，而且可以应用于全国一些具有高县特色的环境控制小系统设备。
【关键词】蒸发冷却；地铁；高架；车站；环控系统；冷却塔
引言
随着经济的发展和人们生活节奏的加快，城市交通日益拥挤，给城市交通带来了巨大的压力，因此地铁这项交通工具应运而生，己经成为公共交通的重要方式之一。地铁以快捷、方便、省时、大运量的优点作为城市交通的骨干，能有效缓解交通拥堵，缓解城市交通的压力，提高城市交通的效率。地铁通风空调系统作为地铁正常运行的一个重要组成部分，能耗巨大，约占地铁总能耗的40%左右，节能潜力巨大；并且地面冷却塔设置影响城市美观和居民生活，已成为一个亟待解决的问题。因此，地铁通风空调系统节能、优化尤为重要。
1蒸发冷却技术在国内外地铁研究及应用现状
国外已有在地铁通风空调系统中应用蒸发冷却技术的工程实例。西班牙马德里地铁站采用直接蒸发冷却系统，使用喷雾器对空气进行降温，通过水的直接蒸发吸热冷却送风。每小时蒸发1L的水大约有0.68kW的制冷量。在相同条件下将直接蒸发冷却与等效的冷水机组进行了对比，通过监测数据证明了直接蒸发冷却比冷水机组更节约能源，成本更低[1]。伊朗首都德黑兰是中东第三大城市，人口众多，交通十分拥挤。德黑兰地铁系统是中东规模最大的地铁系统，目前共有5条线，总设计长度接近150公里，地下站台近110座。其中最核心的地铁1号线和地铁4号线，采用直接蒸发冷却通风降温系统来满足站厅站台人员舒适性要求。伦敦地铁为了缓解高温天气带来的不舒适感，在不同车站分别采用喷雾蒸发冷却、蒸发冷却空调机组、可移动蒸发式冷气机三种不同形式的直接蒸发冷却系统来保证乘客及工作人员的热舒适性，并对其应用效果进行了测试研究。《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）中规定：“在满足使用要求的前提下，对于夏季空气调节室外计算湿球温度较低、温差较大的地区，空气的冷却过程宜采用直接蒸发冷却、间接蒸发冷却或直接蒸发冷却与间接蒸发冷却相结合的二级或三级蒸发冷却方式”。因此地铁通风空调系统采用蒸发冷却技术有广阔的前景。
2蒸发冷却技术在地铁应用形式探讨
2.1高架车站应用蒸发冷却技术
高架车站即车站结构位于地面高架桥上。车站站台为半敞开式结构，由于其结构特殊性，不设空调系统，仅靠自然通风带走车站内热量。夏季室外持续高温，酷暑难耐，车站管理人员长时间在这种环境工作，严重影响身体健康，同时也不能保证乘客的舒适性要求。因而，高架车站的降温问题是一项迫切需要解决的问题。在南方高湿度地区，已有在高架车站建设空调等候室来改善这种状况。如上海地铁的部分高架车站安装了空调等候室，在站台侧建立小的密闭的房间，乘客可以随时进入，享受短暂的舒适。在我国干旱、半干旱及中等湿度的地铁高架车站中，采用蒸发冷却的通风降温方式，对站台人员区域进行局部降温，可有效改善人员的舒适性；相比于建设密闭的空调房间，不仅降低了能耗，而且可以保证较多人员的短暂舒适性要求。同时，车站站台两端与室外相通，在活塞风的作用下，站内空气与室外空气之间不断的进行对流换热，可避免采用蒸发冷却技术造成湿度过大的问题。目前在建的西安地铁三号线已在地铁高架车站上使用此种方式进行局部降温，在站台层的两端设置直接蒸发冷却器，具体直接蒸发冷却设备形式可采用蒸发式冷气机，可移动蒸发式冷风扇，广告媒体机等设备。
2.2地铁车站分对象应用蒸发冷却技术
地铁车站环控系统一般分为：环控大系统和环控小系统及隧道通风系统，并按两端分别独立设置。环控大系统用于站厅和站台公共区通风、空调及防排烟。地铁环控小系统用于设备区设备房通风、空调及防排烟。目前己有学者对蒸发冷却技术在全国地铁车站的应用区域进行了划分，划分依据以湿球温度为单一指标进行，将全国划为四个设计区域。此种划分方式仅是针对地铁车站环控系统总体上是否适合采用蒸发冷却技术，主要考虑的是环控大系统，并没详细考虑车站内部构成。如前文所述，兰州，乌鲁木齐等地地下车站及高架车站重点考虑在其环控大系统采用蒸发冷却技术。地铁环控小系统i要负术设备用房的空调。技术设备用运是为保证列车正常运行，保证车站内具有良好环境条件及事故灾害情况下能够及时排除灾情的不可缺少的设备用房。主要包括环控室、变电所、综合监控室、车站控制室、防灾中心、通信设备室、信号设备室、商业通信设备室、自动售检票室、消防泵房、污水泵房、废水泵房、照明配电室、环控电控室以及上属用房的值班室、FAS、BAS、AFC室、工区用房、附属用房及设施等。地铁小系统所控制的设备用房，它的负荷特性是高显热，发热量大，需24小时不间断运行。由于其特殊的负荷特性，对于湿度要求并不严格的场所，均可采用蒸发冷却技术来满足环境要求。例如上述设计四区，大系统己经不适用单独采用蒸发冷却技术，但是部分小系统设备房间，由于其高显热的特性，仍可采用蒸发冷却系统来满足其要求。另一方面，传统的机械制冷系统由于小系统的昼夜不间断运行，会导致在夜间停止大系统后，水系统长时处在低负荷状态下运行，极大地浪费了能源。因此可以在地铁车站此类环控小系统单独采用蒸发冷却技术。这样既减少了大、小系统均采用机械制冷系统所带来的高能耗；同时又避免了大系统对小系统的干扰和影响，起到了“一举两得”的作用。
2.3地下车站应用蒸发冷却技术
西北干燥地区具有夏暖冬冷、气候干燥的特点，具有丰富的干空气能，干湿球温差大，适合采用蒸发冷却技术。兰州、乌鲁木齐等地铁地下车站通风空调将直接蒸发冷却技术与传统的机械通风系统相结合形成一种新的地铁通风系统形式，即直接蒸发冷却地铁通风降温系统。直接蒸发冷却地铁通风降温系统相比于传统机械通风系统与闭式空调系统，其所需要的通风量约为传统机械通风系统的一半，略小于闭式空调系统；虽然初投资略高于传统机械通风系统，但年运营维护费用比传统机械通风系统低，且舒适性比传统机械通风系统好，初投资及运营费远低于达到相同效果的闭式空调系统。
结语
综上所述，地铁车站采用蒸发冷却技术不仅仅局限于西北干燥地区，对于全国地铁车站具有高显热特点的环控小系统均可考虑其适用性，相比于全部采用機械制冷闭式空调系统而言，可减少机械制冷系统的制冷量，进而减少了冷却塔设置的数量，可有效地缓解冷却塔设置的问题。
参考文献：
[1]何叶从.地铁专用间接蒸发冷却器研究[D].重庆：重庆大学，2009.
[2]盛晓文，黄翔，屈元.直接蒸发冷却通风降温系统在兰州地铁的应用分析[J].制冷与空调，2014，14（4）：85-88.
[3]盛晓文，黄翔，屈元.浅谈直接蒸发冷却空调在地铁的适用性[J].制冷技术，2012，32（4）：59-62.
[4]盛晓文，黄翔，屈元.蒸发冷却空调系统在地铁中适用性分析[J].洁净与空调技术，2013，（2）：13-16.
（作者单位：天津市地下铁道集团有限公司）
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