创新板管蒸发冷凝技术对地铁建设的作用
摘 要 用创新型板管蒸发冷凝器替代传统的风冷及水冷冷凝器———冷却塔系统,通过将创新型板管冷凝器直接置于冷水机组内部,既可直接获得接近于湿球温度的冷却水温度,又可省去大功率的冷却水循环水泵及复杂的冷却水循环系统,从而实现制冷系统的机组化。实践表明,创新型板管蒸发冷凝技术可节省大量的基础投资和后续的运营费用,对地铁建设和运营
都具有重要的意义。
关键词 地铁 创新型蒸发式冷凝器 冷水机组 制冷系统 节能 节省费用
1 地铁空调水系统的现有应用技术
1)地铁车站空调水系统采用分站供冷模式,车站大、小系统的冷源设备合用,末端水管系统分开设置。供冷车站的制冷机按照负荷分析选型,设不少于2台制冷机。冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔与制冷机一一对应,不考虑设备备用,冷水机房集中设置于车站一端,位置靠近负荷中心。
2)冷却水系统不设调节水池,选用的冷却塔集水盘需满足循环冷却水量要求,采用低噪声横流冷却塔。
3)因设冷却水泵及冷却塔,所以需考虑站内安装空间及与周边物业结合安放。由于有多根冷却水管道,所以需要进行站内管线综合,导致建设投资及成本费用较高,与周边物业结合困难,并造成噪声污染。
2 创新型板管蒸发冷凝方式特点
用创新型板管蒸发冷凝替代传统的风冷及水冷冷凝器-冷却塔系统,通过将创新型板管冷凝器直接置于冷水机组内部,即可直接获得接近于湿球温度的冷却水温度,又省去了大功率的冷却水循环水泵及复杂的冷却水循环系统,从而实现了制冷系统的机组化,节省了大量的基础投资和后续的运营费用,对地铁建设和运营都具有重要的意义。
创新型板管式蒸发冷凝器冷水机组与传统的风冷机组系统相比,其冷凝温度低8~12℃,其冷却风量仅为风冷系统的25% ~30%;与传统的水冷机组系统相比,其冷凝温度低3~5℃,其冷却循环水为水冷式冷却系统的50% ~85%,且没有飞水;在实现节能15% ~20%的同时,可有效实现节水率50%以上。以上数据是量化地比较应用创新型板管蒸发冷凝器机组后的节能、节水效果,之所以会达到这样的节能效果,与其超常的冷凝机理是分不开的。创新型板管蒸发式冷凝器采用高效板管换热器取代传统的换热盘管,应用了高新换热技术,其先进合理的布水系统保证了冷却水最大限度地冷凝换热板片湿润,并在蒸发式冷凝器板片表面形成很薄的一层水膜,在强化冷凝板片换热的同时,实现了换热器表面无干点,从源头上杜绝了换热器表面可能存在的易结垢现象;同时与传统的蒸发式换热盘管相比,不存在背风面,且维护保养方便,长期运行效率不下降。可见,此系统的重点就体现在高效板管换热器上,正是由于此换热器的产生,才做到了小体积,大面积的换热效果;正是由于其材料表面的亲水性保证了冷却水的充分湿润,才解决了以前换热盘管结垢的老大难问题。目前已出现的创新型板管蒸发式冷凝换热板片,是采用超强耐腐蚀的高导热性及亲水性能优越的特殊金属材料经激光焊接技术制造成型的,使用寿命可以达到20年。这在空调机组系统构成上是一个质的飞跃。
3 对地铁建设及运营的重要作用
1)创新型冷凝式空调机组的应用,因减免了大功率冷却水泵及冷却塔等设备而降低了整个工程设备采购成本,同时相关冷却管线的减免减少了设备区管线综合的难度。
2)因只需要单独的集成冷水机组,所以节约了地下设备区空间。虽单个站点综合基建投资缩减不大,但各个站点都因此而减少了设备区空间,改善了整体布局,对全线综合基建投资的缩减也非常可观。
3)就地铁沿线城市环境而言,因无室外冷却塔,所以减少了地铁沿线环境噪声的污染,这对于城市文明发展和提高市民生活质量具有重要的意义。
4)在地铁建设阶段,因冷却塔的安放位置及噪声污染等环节要与沿线多个相关构筑物进行结合,非常繁琐,并伴随着大量的后遗问题,产生相当的结合费用。新型冷凝式空调机组不存在冷却塔的安置问题,免去了相关结合费用,对于地铁建设周期的控制、地铁沿线物业协调、减少站点施工难度都有直接显著的效果。
5)创新型板管蒸发方式应用后,在地铁运营阶段产生直接的节能节水效果,降低了运营费用。
4 与传统冷水机组的比较
4.1设备参数对比
参数对比见表1。
4.2 运行电费对比
空调系统运行中,大部分时间是在部分负荷下运转,所以部分负荷用电特性决定耗电量。全年供冷为5个月,每月按30d计算,每天使用时间为18 h。在这5个月中,环境温度不一样,室外负荷也不一样。根据每天环境温度的变化情况及每天各区域空调开启情况,认为空调运行时间的40%为满负荷时间段,冷量75%负荷运行时间为40%,冷量50%负荷运行时间为10%,冷量25%负荷运行时间为10% (见表2)。

由表2得出,新机组比传统组年运行电费节省:954 112.5-820 233=133 879. 5元(13. 4万元), 15年可节省:13.4×15=201万元,节省率达14%。
4.3 运行水费对比
由于新型冷水机组采用板管蒸发式冷凝方式,不需要冷却塔,主机耗水量为0.403m3/h+0.814×2m3/h=2.031m3/h。而传统冷水机组采用水冷冷凝方式,需要3台冷却塔,循环水量共为Q=450m3/h,耗水量由以下计算所得:
1)蒸发量WE=Q×ΔT/575,ΔT是冷却塔进水口与出水口的温差,在一般用空调的场合,ΔT=5℃,则WE=Q×0.0087=3.91m3/h,现循环水量的0.87%被蒸发;
2)漂水量WD,根据冷却塔的构造、通风速度有所差别,一般漂水量(如开放式冷却塔漂水量)是循环水量的0.3%,即:WD=450×0.3% =1.35m3/h;
3)总耗水量:3.91+1.35=5.26m3/h。
详细水费对比见表3。
由表3得出,新机组比传统机组每年节省约3万元(49 707-19 193=30 514), 15年节约费用3×15=45万元;节水率达61%。
4.4 占用机房面积比较
占用机房面积比较见表4。

由表4可知,板管蒸发冷凝螺杆冷水机制冷机房和传统螺杆机机房站内占地面积一致,而水冷螺杆冷水机组冷却塔、冷却泵等多占地面积约为11. 8×4. 75=56.06m2。
4.5 技术对比
新型冷水机组较传统冷水机组配电负荷减少53 kW,水冷螺杆冷水机组变压器及电柜、电缆需加大,这样就增加了电力增容费。新型冷水机组冷凝器采用水蒸发散热,制冷性能稳定,无“飞水”污染,由于没有大功率冷却水泵,故噪声也相应降低。传统冷水机组因配备冷却塔,故对周边环境造成“飞水”及噪声污染。
新型冷水机组和传统冷水机设备全部安放在站内制冷机房而冷却塔需要安放在地上,需占用室外地。所以相对来说新型冷水机组系统安装简单、方便,省去了冷却水系统的安装及调试,缩短了设计周期,安装工程量小,而传统冷水机设备冷却水系统需由施工队伍在现场安装施工,质量较难保证,施工过程中易在冷却水系统中留下焊渣等杂物,对系统的正常运行产生隐患。
4.6 工况及寿命
新型冷水机组采用蒸发冷凝技术,系统稳定,采用不锈钢板管式蒸发冷凝器,抗结垢能力强,更便于清洗与维护,其超强耐腐蚀高导热性特殊金属材质蒸发式冷凝器的使用寿命长达20年,由于主机系统简单,不易出故障,可靠性强,寿命一般在15年左右。传统螺杆机组系统繁琐,壳管式水冷冷凝器和冷却塔极易结垢及滋生苔藻,只能用化学清洗方式,对设备有较大腐蚀风险,降低使用寿命,并且每年要支付一大笔维护清洗费用。
4.7 售后服务
新型冷水机组一体化设计、维修简单;传统螺杆机组系统的供应商多,售后服务、关系处理相对复杂,并且会增加设备在施工过程中的运输与保管工作。
4.8 方案综述
通过以上对两种空调方案在技术﹑运行费用等方面的分析对比,创新型冷水空调机组在经济性、技术条件、环境影响、社会效益等方面具有更加诱人的优势。特别在运行费用方面,节能率达18%,节能非常明显,它将为用户带来极大的经济效益和社会效益。
5 结语
创新型板管蒸发式冷凝器替代传统的风冷、水冷冷凝器-冷却塔后的经济、社会效果明显。空调冷凝系统的机组化,使设备、管道、基础及相应的控制柜大量集成、简化,对设备的安装、运行,机组的维护保养和后期检修等都体现出较高的应用价值。对于地铁站点寸土寸金的地下空间和争分夺秒的建设周期而言,节约的意义绝对不是用单纯的基建资金所能衡量的,在后期运营维护阶段,对于地铁舒适环境温度的有效控制、保证正常的地铁运营环境、避免因为设备维护或检修而造成地铁运营的困难等都有显著的效果。
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