1、都市快轨交通第 36 卷 第 3 期 2023 年 6 月 收稿日期:2023-01-06 修回日期:2023-03-10 第一作者:王奕然，男，本科，教授级高级工程师，从事城市轨道交通设计研究工作， 引用格式:王奕然，孙翼翔，郭温芳，等.多联式氟泵机房空调在地铁设备用房应用的探讨J.都市快轨交通，2023，36(3)：139-145.WANG Yiran,SUN Yixiang,GUO Wenfang,et al.Application of refrigerant pump assisted multiconnected air conditioner for data centers i
2、n subway equipment roomsJ.Urban rapid rail transit,2023,36(3):139-145.139URBAN RAPID RAIL TRANSIT机电工程doi:10.3969/j.issn.1672-6073.2023.03.022 多联式氟泵机房空调 在地铁设备用房应用的探讨 王奕然，孙翼翔，郭温芳，祝 岚（北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037）摘 要:针对地铁车站设备用房通风空调系统普遍存在功能性、经济性以及运维便捷性等的问题，在系统分析现状与挑战的基础上，结合数据中心空调领域新技术多联式氟泵机房空调的发展趋势，提出该技术在
3、地铁车站设备用房的应用方案，并以我国北方某城市的标准地下车站为例，与传统方案进行综合技术经济对比分析。结果表明，多联式氟泵机房空调在提升房间控温效果、节约运行能耗、保障空气品质、匹配负荷特性、方便施工运维、降低控制难度等方面具有技术优势；该方案的初投资虽高于传统方案约 70 万元，但运行费用低于传统方案约 22.7 万元/年，静态投资回收期约为 3.1 年，具有良好的经济性。关键词:地铁；设备用房；多联式氟泵；机房空调；技术与经济性 中图分类号:U231 文献标志码:A 文章编号:1672-6073(2023)03-0139-07 Application of Refrigerant Pump
4、 Assisted Multiconnected Air Conditioner for Data Centers in Subway Equipment Rooms WANG Yiran,SUN Yixiang,GUO Wenfang,ZHU Lan(Beijing Urban Construction Design&Development Group Co.,Limited,Beijing 100037)Abstract:Aiming to address the common problems of ventilation and air-conditioning systems in
5、subway station equipment rooms,in this study,a systematic analysis of the current situation and challenges is conducted.Combined with the development trend of air conditioning in the data center field,a new application scheme is proposed,namely refrigerant pump-assisted multi-connected air condition
6、ers.An underground station in a North China city is considered as an example to compare the proposed scheme with the traditional one in terms of technical and economic aspects.The analysis shows that the proposed scheme exhibits technical advantages in improving temperature control effect,energy eff
7、iciency,air quality,load matching,construction,operation,maintenance convenience,and reducing control complexity.Although the proposed scheme has an initial investment of approximately RMB 700,000 yuan higher than the traditional one,the operational cost is approximately RMB 227,000 yuan lower.The s
8、tatic investment can be paid back in approximately 3.1 years,indicating excellent economic feasibility.Keywords:subway;equipment rooms;multiconnected refrigerant pump-assisted;air conditioner for data centers;technical and economic performance 地铁车站通风空调系统按服务对象不同，分为车站公共区通风空调系统(以下简称“大系统”)和设备管理用房通风空调系统(
9、以下简称“小系统”)。小系统又分为设备用房和管理人员用房两个相对独立的系统。相关研究提出了设备用房通风空调系统存在的若干问题：车站弱电设备用房冷热不均的情况较为严重，都市快轨交通第 36 卷 第 3 期 2023 年 6 月 140 URBAN RAPID RAIL TRANSIT 各房间供冷量之比与设计负荷之比不匹配，导致在满足某些房间负荷的情况下出现其他一些房间过冷或过热、室内温度与设计要求偏差较大的问题1；远离空调机房的设备房间室内温度高于设计值，不满足设计要求的同时，部分房间存在“供冷过量”问题，室内温度远低于设计值2；室内风口及设备上均有大量的粉尘堆积，其原因主要在于未采取有效的过滤
10、措施，非空调季节通风将大量灰尘带入室内3；地铁车站设备区走廊是综合管线最密集的区域，施工困难，检修空间狭小4；商用多联机空调在过渡季节不能利用室外自然冷源降温5，而且由于压缩机回油问题，供冷距离存在限制6；全空气空调系统与车站大系统共用冷水机组作为冷源，由于大小系统使用时间、冷水温度需求不一致，冷源供给与末端需求之间会出现显著的不协调、不均衡，使得冷源效率降低7。前期研究多针对设备用房通风空调系统存在的单一方面问题进行论述，缺少系统完整的问题分析，解决方案容易顾此失彼。多联式氟泵机房空调是数据中心空调领域的新技术。氟泵技术在 20 世纪 70 年代起源于国外，90 年代国内成功研发出了相应产品
11、8。经过几十年的发展，特别是 2010 年以来，氟泵机房空调应用中的一系列技术难题得到了解决9。近年来，在单元式氟泵机房空调的基础上，衍生出一台室外机对应连接多台室内机的多联式氟泵机房空调，并纳入了中国电子节能技术协会团体标准数据中心氟泵空调技术标准(T/DZJN 892022)10，为该技术在地铁车站的应用提供了条件。本文从系统分析设备用房通风空调系统的现状问题出发，提出多联式氟泵机房空调在地铁车站设备用房中的应用方案，并进行综合技术经济的对比分析，探讨解决现状问题，实现系统功能合理、安全可靠、节能节地、施工与运维便捷的目标。1 车站设备用房通风空调系统 1.1 系统现状 地铁车站设备用房一
12、般分为以下 3 类。1)通信、信号、综合监控、变电所控制室等重要弱电系统设备房间(以下简称“弱电设备间”)。这类房间设计干球温度为 27，根据工程设计专业互提资料的数据统计，室内设备的发热量一般高于 300 W/m2，5G 通信机房甚至高达 1 000 W/m2，且对室内温度保障的要求高，空调系统需 24 h 不间断运行。2)供电系统变电所设备房间(以下简称“供电设备间”)。这类房间设计干球温度为 36，开关柜室的室内设备发热量约为250 W/m2，变压器室、再生能量吸收室的发热量在600900 W/m2之间。由于供电系统设备的耐高温能力较强，空调系统一般未考虑24 h运行要求。3)配电室、环
13、控电控室等其他设备房间(以下简称“其他设备间”)。这类房间设计干球温度为 27，室内设备的发热量一般低于 200 W/m2，空调系统可不考虑 24 h 运行要求。典型车站设备用房集中端(以下简称“车站大端”)一般布置以上 3 类设备间，车站另外一端(以下简称“车站小端”)一般只布置其他设备间。目前，在车站设备用房通风空调系统的主流设计方案(以下简称“传统方案”)中，车站大端的弱电设备间与其他设备间设置一套全空气空调系统，供电设备间设置一套全空气空调系统，系统定风量或变风量运行；弱电设备间与其他设备间设置一套商用多联机空调系统，作为保证空调系统 24 h 运行以及过渡季、夜间供冷需求的冗余备用系
14、统。车站小端的其他设备间设置一套全空气空调系统及一套商用多联机空调冗余备用系统。车站设置集中冷源，大、小系统共用冷水机组。1.2 问题分析 虽然传统方案在国内各地已有多年的应用，可以基本满足运营需求，但是仍然存在以下问题：1)全空气空调系统运行时，控温效果不佳、能耗高、空气洁净度差。首先，地铁车站为狭长空间，风井一般只能设于两端，使得弱电设备间和其他设备间的送风距离长，且不同房间的送风距离差异很大，风量难以平衡，导致末端房间普遍因送风量不足出现超温。若增加末端房间的送风量，近端房间又会因过量送风出现温度过低、冷量浪费的问题。其次，设备用房的空调负荷在每天的不同时段以及线路的不同运营阶段都会发生
15、较大变化，而且不同房间的变化规律也不完全一致，全空气定风量系统不能进行风量调节，从而导致能耗较高。全空气变风量系统大多采用风机变频，无变风量末端，只能进行总风量调节，不能根据每个房间需求进行分室调节。为了满足最不利房间的要求，会出现其他房间过冷、冷量浪费的问题。再次，大小系统合设冷源，冷源效率低。此外，全空气空调系统需要在非空调季节引入大量室外空气进行降温。由于对室外新风进行高等级空气过滤的成本较高，在实际工程中往往采用较低等级的空气过滤，导致室外空气质量差时车站设备用房内的空气洁净度多联式氟泵机房空调在地铁设备用房应用的探讨 141URBAN RAPID RAIL TRANSIT也较差，这也
16、是弱电房间设备故障率较高的因素之一。2)商用多联机空调为针对舒适性空调设计和制造的产品，与设备用房工艺性空调特征及要求的适配性差。与人员舒适性场所相比，地铁设备用房的散热量大、显热比高，需要大风量、小温差送风。针对计算机和数据处理机房用单元式空调机，我国要求显热比大于 0.9011，而商用多联机空调的室内机显热比一般仅为 0.60，难以实现对设备用房温湿度较为精确的控制。散热量大的地铁设备用房需要更低的冷风比，一般认为 34 W/(m3/h)较为合理，而商用多联机空调室内机的冷风比多为 6 W/(m3/h)以上。冷风比过高，即送风量过低，将导致机房内温度分布不均匀，会出现较多的高温区12。此外，在气流组织方面，舒适性空调要求空调区域保持较低的风速，以保证人员舒适，而设备用房空调则需要适当提高空调区域风速，更高效地带走设备产热量。3)全空气空调与商用多联机空调两套系统冗余配置，系统复杂，工程实施、运营维护与系统控制困难。地铁车站的地下空间局促，特别是在设备管理用房集中的区域，吊顶空间内需敷设大系统和小系统通风空调管道，管线综合排布难度很大，往往成为层高的控制性因素。传统方案的全空气空调系
