1、都市快轨交通第 36 卷 第 3 期 2023 年 6 月 收稿日期:2023-02-09 修回日期:2023-02-12 第一作者:彭铁红，男，本科，高级工程师，主要从事地铁机电工程中新技术、新工艺、新材料及安全风险的研究， 引用格式:彭铁红，姜新杰，方黄志.风墙型蒸发冷凝直膨系统研究：以合肥地铁为例J.都市快轨交通，2023，36(3)：146-152.PENG Tiehong,JIANG Xinjie,FANG Huangzhi.Analysis of the airwall evaporative condensation direct expansion system:a case
2、study of Hefei metroJ.Urban rapid rail transit,2023,36(3):146-152.146 URBAN RAPID RAIL TRANSIT 机电工程doi:10.3969/j.issn.1672-6073.2023.03.023 风墙型蒸发冷凝直膨系统研究 以合肥地铁为例 彭铁红，姜新杰，方黄志（北京安捷工程咨询有限公司合肥项目部，合肥 230088）摘 要:地铁车站空调制冷所需冷源一般通过传统的“冷水机组+冷却塔”的形式获得，冷却塔自身体积大、占地面积大、噪声污染严重，征地拆迁协调困难，不利于地铁的规划建设和城市的发展。风墙型蒸发冷凝直膨式制
3、冷系统(以下简称“新系统”)无需地面设置冷却塔设备，且具有节能降噪、拆迁难度小、建设投资成本低等优点，但该系统存在初期投资成本较高、适用范围受限、运维成本较高等缺陷，无法大面积应用。以合肥地铁三孝口站为例，介绍新系统的工作原理、安装方式、运行能效测评和优缺点，并就建设成本、节能降噪、可行性等进行分析，新系统在社会经济效益、节能降噪、拆迁协调、建设成本，土地资源利用等方面优势明显，对于用地空间狭窄的地铁车站中应用前景广阔。关键词:地铁；风墙型；蒸发冷凝；直膨式；制冷系统 中图分类号:U231 文献标志码:A 文章编号:1672-6073(2023)03-0146-07 Analysis of t
4、he AirWall Evaporative Condensation Direct Expansion System:A Case Study of Hefei Metro PENG Tiehong,JIANG Xinjie,FANG Huangzhi(AGILETECH Engineering Consulting Co.,Ltd.,Hefei Project Department,Hefei 230088)Abstract:Typically,the cold source needed for air conditioning and refrigeration in subway s
5、tations is obtained via the traditional combination of“water chillers and cooling”towers.However,cooling towers are bulky,occupy a large area,and cause significant noise pollution,making land acquisition and demolition difficult to coordinate.This is not conducive to subway planning and construction
6、 or city development.The airwall evaporative condensation direct-expansion refrigeration system eliminates the need for ground-based cooling tower equipment and offers advantages such as energy-saving,noise reduction,reduced demolition difficulties,and lower construction investment costs.However,the
7、 new system also has certain drawbacks,including high initial investment costs,limited application scope,and high operation and maintenance costs,which restricts its widespread application.Using the Sanxiaokou Station of Hefei Metro as an example,in this study,the working principle,installation mode
8、,operational energy efficiency evaluation,advantages,and disadvantages of the new system are introduced.Furthermore,the construction cost,energy savings,noise reduction,and feasibility are analyzed.The new system demonstrates significant advantages in terms of social and economic benefits,energy sav
9、ings,noise reduction,demolition coordination,construction costs,and land resource utilization.Consequently,it has broad application prospects for site-limited stations.Keywords:metro;wind wall;evaporation and condensation;direct expansion;refrigeration system 风墙型蒸发冷凝直膨系统研究以合肥地铁为例 147URBAN RAPID RAIL
10、 TRANSIT 1 通风空调系统发展现状及问题 地铁通常采用传统的“冷水机组+冷却塔组合形式”作为车站的空调冷源。通风空调系统设备多、空间占地大，地下机房占据地下车站总面积的 30%左右。系统能耗大，地铁运营过程中仅空调系统的能耗就占整个城市轨道交通总能耗的 40%50%1；冷却塔的设置通常还受到环评、征地、拆迁和城市景观等多因素的制约。近几年，随着“蒸发冷凝”技术在暖通空调行业的逐渐兴起和应用，相关人员针对轨道交通地下车站通风空调系统优化方法进行了探讨。张经等认为巨大的能源消耗问题使得建筑业成为最不可持续发展的产业，地铁作为地下建筑的代表，其投资大、能耗高的问题引起了广泛关注，如何采用节能
11、运行策略来降低地铁通风空调系统的能耗，成为人们关心和研究的重点2。随着“蒸发冷凝”技术在暖通空调行业的兴起和应用，李国庆等认为“蒸发冷凝直膨式”技术提高了制冷压缩机的效率，节约能耗，在未来地铁的实际应用中具有广阔的应用前景3，可以在地铁车站通风空调系统推广应用。合肥地铁在三孝口站试点应用全新冷源系统“风墙型冷凝直膨式制冷系统”。本文以三孝口站为背景，介绍新系统的工作原理、安装方式和运行能效测评，并就建设成本、优缺点、可行性等方面进行技术经济分析，为新系统推行提供参考。2 风墙型蒸发冷凝直嘭式系统工作原理 2.1 系统简介 蒸发冷凝直膨空调系统由冷凝散热侧的“风墙型蒸发冷凝直膨式散热机组”和蒸发
12、送风侧的“直膨式空气处理机组”两部分组成4。直膨式是指冷媒在空调末端设备中直接蒸发，提高了制冷蒸发压力和温度，使制冷能效得到提升，达到了节能效果。风墙型是设备安装形式，即该直膨式散热机柜适用安装在排风道(井)侧壁上。蒸发冷凝制冷系统以水和空气作为冷却介质，利用水吸热蒸发带走气态制冷剂的冷凝热。无需冷却塔、冷却水泵及水冷冷凝器等设备，省去冷却水系统；直膨式空气处理器末端替代“冷水型蒸发器、冷冻水泵、冷水型空调箱”，采用冷媒制冷替代水制冷，省去了冷却水与冷冻水系统。直膨式制冷系统工作流程只需经过“三次循环、二次换热”，由于减少了一道换热环节，热量损失减小，从而提高了整机的换热效率5。2.2 系统结
13、构及工作原理 直膨式散热机组一般设置在地下车站排热风井和新风井底部人防门内、外侧的专用风道的内壁上。三孝口站共选用 2 台风墙型蒸发冷凝直膨式散热机组(AHU-A、AHU-B)，分别负担车站 A、B 端头通风设备用房内的直膨式空气处理机组(包括公共区域大系统和设备区各小系统的空气处理机组)。AHU-A 设置在车站西侧中间人防门外侧的排风道内壁上；AHU-B安装在中间人防门内侧的排风道内壁上。在设备底部设置集水箱，集水箱内装有吸湿性较好的填料；每台直膨式散热器均需就近布置一台水软化设备，冷却用水经软化处理并达标后方可送入水箱。在直膨式散热机组内，喷淋装置会向板式换热器表面喷洒循环水，并形成一层水
14、膜，来自直膨式空气处理机组的气态冷媒通过与水、空气等介质进行热量交换，将热量传递给水，水吸热蒸发变成水蒸气，携带热量的水蒸气通过风机被吹排到地面大气中；冷媒因失去热量而冷凝成液态冷媒，再次被输送到直膨式空气处理机组(如图 1 所示)。图 1 直膨式散热器工作原理示意 Figure 1 Schematic of the working principle of the direct expansion radiator 直膨式空气处理机组为柜式机组，一般安装在车站通风设备用房内。公共区域及设备管理用房内回排的热空气经排风管道输送至直膨式空气处理机组进气口，液态冷媒由冷媒输入口进入冷媒管网，热空气
15、通过与管道内的冷媒进行热量交换，空气因失热而冷却，冷却后的空气被风机输送到相应区域或房间内，以冷却室内或公共区空气；冷媒因吸热蒸发而汽化，携带热量的气态冷媒经输出管道被输送到直膨式散热机组中。可以看出，风墙型蒸发冷凝直膨式空调系统实际都市快轨交通第 36 卷 第 3 期 2023 年 6 月 148 URBAN RAPID RAIL TRANSIT 包含两个热量交换及传递过程：1)地下车站空调系统回排的热空气在直膨式空气处理机组内与液态冷媒进行热量交换，空气将热量传递给冷媒，冷却后空气被风机输送到相应区域或房间内。冷媒吸热蒸发并被输送到散热机柜内。2)直膨式散热机组是利用水蒸发吸热来冷却气态冷
16、媒，携带热量的气态冷媒通过与水、空气进行热量交换，冷媒因失热而冷却液化，水吸热蒸发成水蒸气，携带热量的水蒸气被风机吹排到地面大气中。经过多个循环后，公共区域及设备管理区房内的空气热量被散发到了大气中。车站内气温就逐渐变得凉爽了。2.3 运行能效测评 合肥通用电子产品检测院 2019 年对该系统进行了运行效果测试，测评结果显示：风墙型蒸发冷凝直膨式制冷系统制冷季节运行时，电冷源综合制冷性能系数 SCOP 为5.51，而传统地铁车站空调系统SCOP 平均为3.33，说明冷源综合制冷性能远高于传统空调系统，节能效果显著6-7。3 与传统通风空调系统的异同点 新系统与传统通风空调系统传热机理相同，但在制冷环节数量、冷媒介质、冷源设备、初期设备投资等方面存在区别，如表 1 所示。表 1 新系统与传统通风空调系统的异同点 Table 1 Differences between the two systems 序号 不同点 传统空调制冷系统 蒸发冷凝直膨式制冷系统 1 制冷环节数量 传统空调制冷系统的热量传递过程需要 3 个换热环节：冷却水在冷水机组中冷却冷媒；冷媒在蒸发器里冷却水系统；最后冷冻水在
