這，就是地鐵蒸發式冷凝冷媒直膨空調

應用於地鐵車站的水冷冷水系統一般包括三個迴圈：製冷機組內的製冷迴圈，蒸發器側的冷凍水迴圈和冷凝器側的冷卻水迴圈。

為此，本期我們以專案為例，講述省去冷卻水迴圈和冷凍水迴圈，只保留製冷迴圈的蒸發式冷凝冷媒直膨空調系統在工程中的應用。

工程中研究較多的有：

蒸發器側的直接蒸發式空調系統和冷凝器側的整體式蒸發冷凝系統。蒸發器側的直接蒸發式空調系統仍保留了冷卻塔及冷卻水迴圈；冷凝器側的整體式蒸發冷凝系統保留了冷凍水迴圈。這兩類系統或多或少存在如下問題：

• 冷凍水迴圈或冷卻水迴圈管路長、沿程阻力大、水泵能耗高；
• 電冷源綜合製冷效能係數 SCOP 及空調系統效率仍不是很高；
• 車站內部冷凍機房佔用面積或地面冷卻塔佔地、徵遷難、漂水、噪聲擾民、影響景觀；
• 寒冷地區冬季系統洩水不徹底時易凍裂管路及裝置等。

因此，我們接下來來講直膨空調系統。

1、系統工作原理

該直膨蒸發冷系統的工作原理如圖 1 所示。

系統主要有壓縮裝置，板管蒸發式冷凝器和直接蒸發式空調櫃（內建電子膨脹閥）組成。工作時，冷媒在直接蒸發式空調櫃蒸發器內蒸發吸熱，空調櫃送出空調冷風，在壓縮機的驅動下高溫高壓冷媒氣體進入板管蒸發式冷凝器冷凝放熱，由車站既有排熱風機帶走冷凝熱，降溫後的中低溫冷媒液體經膨脹閥進入直接蒸發式空調櫃蒸發器再次吸熱，如此完成一個製冷迴圈。

其中板管蒸發式冷凝器工作原理：

工作時冷卻水由內建水泵送至冷凝管組上部噴嘴，均勻地噴淋在板式蒸發器板管外表面，形成一層很薄的水膜，高溫汽態製冷劑走板管內部空間，被板管外的冷卻水（膜）吸收熱量冷凝成液體從板管下部流出，吸收熱量的水一部分蒸發為水蒸汽，其餘落在下部集水盤內，供水泵迴圈使用。

在這個過程中，排風機排風掠過冷凝排管促使水膜蒸發，強化冷凝管外放熱，帶走冷凝熱並與未蒸發的冷卻水進行氣-水換熱。

2、工程應用

2.1 工程概況

本專案為山東某地鐵線路中的一座標準車站，為地下兩層島式站臺車站。地下一層為站廳層，地下二層為站臺層。車站總長 222 m，標準段寬度 22.7 m，站臺寬度14 m。車站總建築面積 13979 m²，其中車站主體建築面積 11003 m²，附屬建築面積 2976 m²。經計算，本站公共區冷負荷為660 kW ，裝置管理用房冷負荷為295 kW 。

2.2 裝置佈置

常規水冷冷水系統一般在車站大端設定冷凍機房，經冷凍水泵及水管長距離輸送至小端。不同與此，本系統在車站大端和小端分別設定空調冷源，不需要跨越公共區進行冷水輸送。圖 2 所示為車站一端的裝置佈置平面圖（另一端與此類似）。

根據車站大小系統冷負荷，經裝置廠商深化，大系統採用螺桿式壓縮機，小系統採用渦旋式壓縮機，各個系統的壓縮機對應獨立的直接蒸發式空調櫃，也即製冷迴圈獨立設定。冷凝器部分則整合成一個模組，嵌入安裝在排風道內，可沿中軸旋轉，並充分利用車站既有區間隧道排風機對外排風帶走冷凝熱，無需外接風機或風機牆。

非空調季時，可將板管蒸發式冷凝器旋轉與風道平行，以減小對外排風風阻。空調季的蒸發式冷凝器狀態如圖 3 所示。各系統的壓縮機整合在一個壓縮裝置內，佈置於活塞風道內，各系統的直接蒸發式空調櫃佈置再環控機房內。為保證冷卻水質，系統設定了軟水裝置及旁濾過濾器等，就近佈置在冷凝器附近的風道內。

3、技術經濟分析

首先選取與本專案車站（稱之為車站A）在建築規模、氣象條件、冷負荷、客流行車組織等均相似，且採用常規水冷冷水系統的另一條線路的車站B作為參照，進行經濟比對分析。後續同樣對車站A和車站B進行了實測分析。採用不同冷源形式的兩座車站的裝置配置和投資對比表，詳見表1，全壽命週期技術經濟分析具體見表2。

由表 1 可見，直膨蒸發冷系統省去了冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔（可節省約 80 m²地面佔地），但由於採用了直接蒸發式空調櫃等，總體造價高於水冷冷水系統約 14%。由表 2 可見，直膨蒸發冷系統不需設定冷凍機房，可節省約 200 m²的建築面積。直膨蒸發冷系統相比水冷冷水系統，年耗電費用節省 31.5%，年耗水費用節省 52.9%。而整個全壽命週期的年綜合費用，直彭蒸發冷系統與水冷冷水系統比例為 1:0.766。

4、實際執行測試及分析

本專案於 2018 年底開通運營，為檢驗直膨蒸發冷系統的實際執行效果，2019 年 8 月份，對分別採用直膨蒸發冷系統和水冷冷水系統的車站 A 和車站 B 進行了第三方測試。測試內容包括：直膨和水冷空調櫃的進出風溫溼度、風量、功率，直膨蒸發冷系統螺桿壓縮機、渦旋壓縮機、冷凝器及水泵的功率，水冷冷水系統機組、水泵、冷卻塔的功率等。主要測試裝置有：溫溼度自記儀、超聲波流量計、熱球風速儀、電功率計等。

為保證測試精度，測試期間進行了多點測量，取有效資料，求其平均值等科學的測試及資料處理方式。A 車站室外環境引數：乾球溫度 29 ℃、溼球溫度25.3 ℃、相對溼度 75%。B 車站室外環境引數：乾球溫度 28.3 ℃、溼球溫度 24.4 ℃、相對溼度 73%。兩者數值相近。

在對兩種冷源系統進行測試、資料處理及計算分析後，總結得到能效引數如表 3 所示。評價內容主要有：冷機 COP、電冷源綜合製冷效能係數 SCOP、空調系統效率。

由表 3 可見，測試期間直膨蒸發冷系統、水冷冷水系統均未滿負荷執行，大致在 41%-45%之間。採用渦旋式和螺桿式壓縮機的直膨蒸發冷系統比水冷冷水系統，冷機COP，分別高 24%、37%。冷源系統 SCOP，分別高 36%、61%。空調系統效率，分別高 8.7%、85%。渦旋式壓縮機直膨蒸發冷空調系統效率僅比水冷冷水系統略高，是因為小系統空調櫃內建風機為定頻風機（大系統空調櫃風機為變頻），部分負荷時，風機功率佔比相對較高所致。

5、結論

綜上所述，蒸發式冷凝冷媒直膨空調系統：

（1）系統精簡，運維簡便，有效解決了常規水冷冷水系統冷卻塔佔地、漂水、噪聲擾民等問題。

（2）不需要車站冷凍機房，減少了土建造價。相比水冷冷水系統，年耗電費用節省 31.5%，年耗水費用節省 52.9%。

（3）採用渦旋式和螺桿式壓縮機的直膨蒸發冷系統比水冷冷水系統，冷機COP，分別高 24%、37%。冷源系統 SCOP，分別高36%、61%。

（4）空調系統效率，分別高 8.7%、85%。充分體現了該系統節地、節電、節水，能效高的優點。

版權宣告：本文作者劉祥寶等，由製冷空調換熱器修改編輯，版權歸屬原作者，文章觀點不代表本公眾號立場，轉載請註明來源。

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