地鐵車站蒸發(fā)冷凝直膨空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試

張 巍

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

本次應(yīng)用測(cè)試的車站為已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的8A 編組地下二層島式標(biāo)準(zhǔn)車站，公共區(qū)總建筑面積為4 980 m2，其中站廳公共區(qū)面積3 040 m2，站臺(tái)公共區(qū)面積1 940 m2。車站范圍共設(shè)置5 個(gè)出入口，兩端各設(shè)置一座新風(fēng)亭和一座排風(fēng)亭，新、排風(fēng)亭兼做蒸發(fā)冷凝裝置的進(jìn)、出風(fēng)亭。

2 系統(tǒng)組成與原理

蒸發(fā)冷凝直膨空調(diào)系統(tǒng)屬于冷劑式空調(diào)，通過(guò)壓縮機(jī)消耗電能使制冷劑在管路中相變完成逆卡諾循環(huán)實(shí)現(xiàn)空調(diào)制冷。該系統(tǒng)的組成設(shè)備主要包括蒸發(fā)冷凝裝置、壓縮機(jī)和直膨式空調(diào)柜。根據(jù)文獻(xiàn)[1]，其制冷原理如下：a.制冷劑在壓縮機(jī)處實(shí)現(xiàn)絕熱壓縮，由低溫低壓氣態(tài)壓縮為高溫高壓氣態(tài)；蒸發(fā)冷凝裝置起到冷凝器的作用；b.制冷劑在冷凝器位置實(shí)現(xiàn)定壓冷凝，由高溫高壓氣態(tài)冷凝為中溫高壓液態(tài)，直膨式空調(diào)柜先后起到膨脹閥和蒸發(fā)器的作用；c.制冷劑在節(jié)流閥處實(shí)現(xiàn)等焓節(jié)流，由中溫高壓液態(tài)變?yōu)榈蜏氐蛪簹庖簝上?；d.制冷劑在蒸發(fā)表冷段實(shí)現(xiàn)定壓蒸發(fā)，由低溫低壓氣液兩相變?yōu)榈蜏氐蛪簹鈶B(tài)，制冷劑蒸發(fā)期間吸收空調(diào)風(fēng)中的大量熱量實(shí)現(xiàn)空調(diào)風(fēng)的冷卻。蒸發(fā)冷凝原理見(jiàn)圖1。

圖1 蒸發(fā)冷凝原理圖

2.1 壓縮機(jī)

蒸發(fā)冷凝直膨空調(diào)系統(tǒng)采用單螺桿式壓縮機(jī)，由一個(gè)圓柱螺桿和兩個(gè)對(duì)稱布置的平面星輪組成，根據(jù)文獻(xiàn)[2]，其工作原理如下：壓縮機(jī)內(nèi)的螺桿螺槽、機(jī)殼內(nèi)壁和星輪齒構(gòu)成封閉容積。動(dòng)力傳到螺桿軸上，由螺桿帶動(dòng)星輪旋轉(zhuǎn)，氣體由吸氣腔進(jìn)入螺槽內(nèi)，完成吸氣過(guò)程；當(dāng)星輪齒在螺槽內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，封閉容積逐漸減小，氣體受到壓縮，完成壓縮過(guò)程；壓縮后的氣體通過(guò)排氣孔口和排氣腔排出，完成排氣過(guò)程。全過(guò)程中制冷劑在裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)絕熱壓縮，由低溫低壓氣態(tài)壓縮為高溫高壓氣態(tài)。

2.2 蒸發(fā)冷凝裝置

蒸發(fā)冷凝裝置是以空氣和常溫凈化水作為冷卻介質(zhì)，利用空氣對(duì)流及冷卻水的蒸發(fā)帶走制冷劑的冷凝熱，由進(jìn)風(fēng)段、過(guò)濾段、止回段、風(fēng)機(jī)段、蒸發(fā)冷凝段、排風(fēng)段組成。根據(jù)文獻(xiàn)[3]，其工作原理如下：冷卻水送至上部淋水盤，在冷凝排管外表面形成一層水膜，高溫汽態(tài)制冷劑由排管上部進(jìn)入，被管外冷卻水吸收熱量冷凝為液體，吸收熱量的水一部分蒸發(fā)為水蒸汽，其余落回集水盤內(nèi)。EC 風(fēng)機(jī)抽取新風(fēng)掠過(guò)冷凝排管加速水膜蒸發(fā)，蒸發(fā)的水蒸汽隨新風(fēng)排走。全過(guò)程中制冷劑在裝置內(nèi)實(shí)現(xiàn)定壓冷凝，由高溫高壓氣態(tài)冷凝為中溫高壓液態(tài)。

2.3 直膨式空調(diào)柜

直膨式空調(diào)柜為空氣處理末端設(shè)備，由過(guò)濾段、凈化消毒段、蒸發(fā)表冷段、中間段、消聲段、送風(fēng)段組成，其中蒸發(fā)表冷段為帶節(jié)流閥的蒸發(fā)器。根據(jù)文獻(xiàn)[4]，全過(guò)程中制冷劑在裝置內(nèi)完成了兩次狀態(tài)變化：在節(jié)流閥處實(shí)現(xiàn)等焓節(jié)流，由中溫高壓液態(tài)變?yōu)榈蜏氐蛪簹庖簝上?；在蒸發(fā)表冷段實(shí)現(xiàn)定壓蒸發(fā)，由低溫低壓氣液兩相變?yōu)榈蜏氐蛪簹鈶B(tài)。

3 系統(tǒng)計(jì)算與配置

3.1 負(fù)荷計(jì)算，空調(diào)負(fù)荷計(jì)算匯總見(jiàn)表1。

表1 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算匯總

3.2 設(shè)備配置，設(shè)備表見(jiàn)表2。

表2 蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)主要設(shè)備表

3.3 平面設(shè)計(jì)，平面圖見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 A 端蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)平面圖

圖3 B 端蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)平面圖

4 測(cè)試數(shù)據(jù)與計(jì)算

4.1 測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 溫濕度測(cè)試數(shù)據(jù)匯總

4.2 焓濕圖，三組測(cè)試數(shù)據(jù)的焓濕圖匯總見(jiàn)圖4。

圖4 三組測(cè)試數(shù)據(jù)的焓濕圖匯總

（1） 空氣狀態(tài)點(diǎn)說(shuō)明：L 為露點(diǎn)，即蒸發(fā)表冷段的出風(fēng)斷面的空氣狀態(tài)；O 為送風(fēng)點(diǎn)，即送風(fēng)段的出風(fēng)斷面的空氣狀態(tài)；N1 為站廳點(diǎn)，即站廳回風(fēng)支管的空氣狀態(tài)；N2 為站臺(tái)點(diǎn)，即站臺(tái)回風(fēng)支管的空氣狀態(tài)；H 為回風(fēng)點(diǎn)，即回風(fēng)機(jī)出口斷面的空氣狀態(tài)；M 為新回混合點(diǎn)，即直膨式空調(diào)柜進(jìn)風(fēng)斷面的空氣狀態(tài)；M1 為廳臺(tái)混合點(diǎn)，基于設(shè)計(jì)廳臺(tái)回風(fēng)比下回風(fēng)機(jī)入口斷面的空氣狀態(tài)；H0 為回風(fēng)點(diǎn)，基于設(shè)計(jì)溫升下回風(fēng)機(jī)出口斷面的空氣狀態(tài)；M0 為新回混合點(diǎn)，基于設(shè)計(jì)新風(fēng)比下直膨式空調(diào)柜入口斷面的空氣狀態(tài)；M00為新回混合點(diǎn)，基于實(shí)測(cè)回風(fēng)點(diǎn)H 及設(shè)計(jì)新風(fēng)比下直膨式空調(diào)柜入口斷面的空氣狀態(tài)。

（2） 在站廳N1、站臺(tái)N2已測(cè)定的情況下，回風(fēng)點(diǎn)H0 偏移至實(shí)測(cè)回風(fēng)點(diǎn)H，新回混合點(diǎn)M0 偏移至實(shí)測(cè)新回混合點(diǎn)M，存在較大非正常溫濕度偏移。

（3） 新回混合點(diǎn)M00 與實(shí)測(cè)新回混合點(diǎn)M 較為接近，偏差在允許范圍內(nèi)，小新風(fēng)機(jī)的新風(fēng)量基本滿足設(shè)計(jì)值。

4.3 換熱量，數(shù)據(jù)表見(jiàn)表4。

表4 換熱量數(shù)據(jù)匯總

（1） 直膨式空調(diào)柜為核心空氣處理設(shè)備，根據(jù)文獻(xiàn)[5]，其全熱換熱量可用于評(píng)價(jià)蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。

（2） A 端直膨式空調(diào)柜的全熱換熱量平均值為462 kW，B 端直膨式空調(diào)柜的全熱換熱量平均值為386 kW，而設(shè)備在設(shè)計(jì)參數(shù)下的全熱換熱量為398 kW。

5 分析總結(jié)與建議

5.1 分析

（1） A 端送風(fēng)傳感器疑似安裝位置錯(cuò)誤導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差極大，已剔除非置信數(shù)據(jù)。

（2） B 端回風(fēng)傳感器疑似安裝位置氣流不穩(wěn)定造成個(gè)別數(shù)據(jù)波動(dòng)較大。

（3） 回風(fēng)點(diǎn)H 存在非正常溫升，經(jīng)計(jì)算正常溫升為0.8 ℃左右，而實(shí)際溫升可達(dá)3 ℃以上。

（4） B 端空調(diào)柜換熱量?jī)H為A 端空調(diào)柜換熱量的83%。

5.2 總結(jié)

（1） 回風(fēng)H 非正常溫升的原因：a. 隧道排熱TEF 風(fēng)機(jī)和蒸發(fā)冷凝裝置的EC 風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行下，大系統(tǒng)PYF 風(fēng)機(jī)出口段正壓較大，而HPF 風(fēng)機(jī)開(kāi)啟時(shí)PYF 風(fēng)機(jī)入口段負(fù)壓較大，PYF 風(fēng)機(jī)的連鎖風(fēng)閥關(guān)閉不嚴(yán)，存在排風(fēng)道熱濕空氣吸入；b. 混合風(fēng)室封堵較差，存在環(huán)控機(jī)房、新風(fēng)道、排風(fēng)道的熱濕空氣吸入；c.A、D 出入口較短且順直，A 出入口的口部正對(duì)空曠地帶，遇到風(fēng)向適宜的情況下會(huì)出現(xiàn)較大的穿堂新風(fēng)，導(dǎo)致實(shí)際新風(fēng)比過(guò)大。

（2） B 端空調(diào)柜換熱量偏小的原因：a. 冷卻水量不足，導(dǎo)致系統(tǒng)出力不足；b. 小端風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)閥開(kāi)度過(guò)小，低于設(shè)計(jì)值。

5.3 建議

（1） 回風(fēng)H 非正常溫升的解決方案：a. 手動(dòng)關(guān)閉PYF 風(fēng)機(jī)連鎖風(fēng)閥，加強(qiáng)其在關(guān)閉狀態(tài)下的嚴(yán)密性；b.加強(qiáng)混合風(fēng)室的封堵；c.出入口穿堂風(fēng)屬于不可控因素，不在常規(guī)設(shè)計(jì)考慮范圍；且既有車站也存在類似問(wèn)題，對(duì)公共區(qū)環(huán)境未產(chǎn)生持續(xù)不良影響，暫不做特殊處理。

（2） B 端空調(diào)柜換熱量偏小的解決方案：a. 核查冷卻水補(bǔ)水泵及蒸發(fā)冷凝裝置是否正常運(yùn)行；b. 通過(guò)手動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)，使總風(fēng)量達(dá)到設(shè)計(jì)值。