关于铁路站房空调水系统在节能方面的应用

2015-03-14张琨

铁道勘察 2015年2期

关键词：站房环路水泵

张　琨

(中铁城建集团北京工程有限公司，北京　100022)

On the Application of Railway Station of Air Conditioning Water System in Energy Saving

ZHANG Kun

关于铁路站房空调水系统在节能方面的应用

张琨

(中铁城建集团北京工程有限公司，北京100022)

On the Application of Railway Station of Air Conditioning Water System in Energy Saving

ZHANG Kun

摘要对铁路站房空调系统进行分析，阐述铁路站房空调水系统变流量调节的节能措施。

关键词空调水变流量二级泵

铁路站房属于特大型公共交通建筑，人员流动性强，空间结构复杂，能量消耗大。在空调水系统的电力分配下，冬季供暖约占整个建筑用电量的18%～23%，夏季供冷期间约占10%～22%。从空调系统能耗分配方面分析，输送动力的能耗大约占到整个空调系统能耗的一半以上。如何减少能耗是空调系统节能的重要措施，空调系统的节能，不仅可以降低建设单位的投资费用和运行成本，还可以降低因发电量增加而导致的环境污染。

1铁路站房空调系统概况

本工程为特大型铁路旅客车站，由主站房和站台雨棚组成，建筑总高度99.9 m，地下一层、地上二层，站房建筑规模50 000 m2左右。地面为站台层，层高9.3 m，候车区部分两层挑空，层高40.9 m，南北广场地面与站台层持平; 地上二层为高架进站层和候车层，高架层进站大厅层高20.2 m、高架层候车大厅层高31.6 m，屋面高度为48.25 m;地下一层为出站层及南北联系通道，层高10.8 m。站房由候车厅、售票厅、出站厅、车站设备及管理办公用房等组成。该工程地处南部地区，周边地形以浅丘为主。夏季空调室外计算参数干球温度35.5 ℃；湿球温度26.5 ℃；日平均温度32.3 ℃；平均风速1.5 m/s；冬季室外计算参数干球温度2.2 ℃；相对湿度83%；平均风速1.1 m/s。站房各功能区参数如表1。

表1　站房各功能区参数

站房内房间冷热空调负荷统计如表2。

表2　站房内房间冷热空调负荷统计

本站房设置的空调方式：候车室、售票厅、高架层和站台层的商业用房空调系统采用集中供冷的水-空气系统；夏季供冷、冬季不供热。办公、售票室、客运用房、贵宾候车室等采用风冷变制冷剂流量多联分体式冷(暖)空调系统，夏季供冷，冬季供热；车站设备房中通讯机械室、信息主机房、继电器室采用风冷机房专用空调。

本站房设置两个集中冷冻机房，分别设置在站房南、北两端的地下室内，每个冷冻机房内设3台压缩式冷水机组，制冷量为373 kW，供回水温度7/12 ℃，夏季额定工况和规定条件下其性能系数(COP)不低于5.0。空调水路系统采用二级泵变水量异程式系统，冷冻水泵和冷却水泵与冷水机组一一对应。除备用水泵以外，每台冷冻水泵和冷却水泵均配置智能变频控制装置。空调冷水循环系统采用高位膨胀水箱，冷冻水、冷却水的工作压力均为0.9 MPa。在空调供回水主管间设压差旁通控制装置，以保证主机流量不小于蒸发器允许的最小流量。候车厅、售票厅设全空气空调系统，空调机房设在二层，候车室采用喷口侧送风，售票厅采用带温控调节装置的格栅风口侧送。

2铁路站房空调系统特点

铁路站房区分不同的功能区域，不同的区域对空调要求的负荷也不尽相同，一般分为公共区域和非公共区域两部分。进站厅、候车厅和售票厅属于公共区，办公室、贵宾室和设备用房等属于非公共区。公共区的建筑层高大，空间面积大，外界气流对室内的空气变化影响大，并且人员密集，尤其处于 “节假日”时的高峰期，更造成了建筑空调负荷大，建筑耗能多；非公共区空间面积小，人员相对稳定，气流组织变化不明显，空调负荷变量小。

3铁路站房空调水系统节能应用

3.1　空调水系统定流量调节的节能措施

一般情况下，空调负荷的实际利用率比设计值偏低，造成空调负荷的浪费。基于此种现象，采用的方法是质调节。定流量系统中缺少自动控制水量的设备，水量处理采取的方法是在泵的出口端加装流量控制阀，根据系统的阻力变化来调节流量，该方法虽然方便有效，却严重影响了系统的效率。而且当存在再热、混合等损失时，能耗增加更明显(如图1所示)。

图1　定流量系统

3.2　站房中变流量系统控制的节能措施

变流量控制的方式如图2所示。用三通调节阀的控制方式虽可以起到变水量的效果，但对整个水环路系统来说的是定水量系统。双通调节阀的控制方式可改变管路特性曲线，使系统的工作点发生改变，水流量减少，压强增加；转速控制可改变水泵性能，随着转速下降，水流量和压强均降低，水泵扬程以运作速度比三次方的比例降低，可以达到较好的节能效果。目前，台数控制方式是普遍采用的方法，简单可行，节能效果显著。图3显示空调系统采取变流量控制方法的节能效果，可以看出，任何形式的变流量系统都比定流量系统节省能耗。

图2　变水量控制系统

注：CWV-定水量；VC1-1台水泵台数控制；VC2-2台水泵台数控制；VC3-3台水泵台数控制；SP-变速水泵。图3　不同变水量方式时水泵消耗量比较

3.3　站房二级泵变流量水系统节能措施

本工程中，辅助生产用房和贵宾候车室等采用灵活、低负荷、高效率的风冷变制冷剂流量多联分体式冷(暖)空调系统，所需负荷分别为冷负荷2 835 kW，热负荷1 653 kW；工艺机房(通讯机械室、信息主机房、继电器室)设置独立的风冷机房专用空调机组，所需冷热负荷分别为488 kW和120 kW；其他需要空调的区域设置中央空调系统，候车厅、售票厅等夏季制冷，冬季不供热，所需冷负荷为8 380 kW。生产用房、贵宾候车室和工艺机房的特点是：人员数量相对固定，无论是夏季还是冬季所需的冷热负荷变化影响不大，负荷量基本与设计负荷相同。但候车厅和售票厅的负荷变化明显，负荷和运行工况受季节变化、天气变化、人员流量变化和环境条件改变等诸多因素的影响，且经常处于不稳定状态。即便是在一天当中，早晚也会有温差变化。由于系统较大，管路较长，阻力较高，且各环路负荷特性相差较大，或压损相当悬殊时，如果采用一次泵系统，水泵流量和扬程就会根据主机设备系统参数和最不利环路的水阻力进行匹配，配置功率较大；并且系统在不是满负荷运行时，无论其在工况流量和水阻力有多小，水泵也要消耗最大负荷进行配置，余量与压差只能通过旁通管道或者增加阀门阻力消耗。由此可见，一次泵系统的能量利用率低，不节能。采用二次泵方式，节能效果明显有所改观，流量与扬程可以根据负荷量进行有效配置，设计一次泵的扬程时可以降低一些，避免浪费。并且二次泵的设计还可以采用变流量控制和各支路的自动启停控制，还可采用节能效果更加明显的变频控制系统。

二级泵变流量水系统是在一次泵的基础上逐步发展的一种系统形式。当系统处于非线性范围较大时，一次泵系统就显现出很多问题，如能量的过渡浪费、系统及设备的非正常使用等。

二级泵系统：在机房侧管路中，水泵由旁通平衡管AB分为两级，即初级泵和次级泵。冷水机组及其支路附件的阻泵用初级泵来克服平衡管AB以下的水管水流阻力。用户侧水阻力通过次级泵克服AB平衡管以上的环路阻力。该系统的次级泵和初级泵采取串联方式运行，机组、旁通管和初级泵构成一次环路。负荷侧的管路、旁通管与末端设备构成二次环路，并且二次环路中设置并联水泵方式。当二级泵运行时，初级泵与冷水机组处于联动控制，次级泵则根据系统负荷变化情况进行运速调节，改变负荷侧二次环路的循环水量或者台数联动控制。当次级泵组总供水量与初级泵组总供水量有偏差时，差异部分从平衡管AB中流过。这样就解决了冷水机组与用户侧水量控制不同步问题，二级泵系统节省了水泵的电耗，从节约能耗考虑，有显著的效果(如图4)。