浅析浅城市轨道交通高架车站的空调选型

1 前言 在我国国家标准《城市公共交通常用名词术语》中，将城市轨道交通定义为“通常以电能为动力，采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通之总称。”目前国际轨道交通有地铁、轻轨、市郊铁路、有轨电车以及悬浮列车等多种类型，号称“城市交通的主动脉”。 截至 2005 年年底，北京、上海、广州、天津、大连等国内 20 多个城市在建或准备建设和规划中新的轨道交通线，线路总长超过 4000 公里，预计到 2050 年中国城市轨道交通线路总长将超过 4500公里。 国内外城市轨道交通行业的状况显示，城市轨道交通是属于资本密集和技术密集的行业。按照目前有关的城市轨道交通建设费用指标统计：一般城市地下轨道交通的投资每公里造价 5～6 亿元人民币；而地上或高架城市轨道交通每公里造价仅为2～3 亿元人民币。 因此，很多城市出于投资方面节约资金的考虑，同时兼顾对城市景观的影响，在城市的近远郊区地带会尽可能的采用地上形式的城市轨道交通线路。与地下车站相比，这些高架或地面的车站没有地下车站种类繁多的诸如公共区通风空调系统、空调水系统、车行区通风系统及区间隧道通风系统等；高架或地面的车站仅在各车站设备管理用房设置通风空调系统。 本文将主要分析设备管理用房的空调形式的选择比较、控制方式及其他一些需要注意的问题。 2 空调选型及布置 2.1 空调选型 城市地上车站，它们一般具有立面布置简单、景观要求高的特点，屋顶一般采用钢网架或斜坡的形式。这类车站空调选型需要考虑的第一要素是：最大限度的减少空调室外机对车站建筑立面和屋顶的影响。通常车站需要空调的房间有站长室、车控室、会议室、通信机械室、信号机械室、售票间、补票间和电源室等。空调负荷一般在 2.5kw～15kw之间。由于工艺房间无严格的空调精度要求，整个车站空调按舒适性空调系统设计。 经初步分析，能够进行比选的空调形式有以下三种方案： 方案一：单纯的分体空调机系统 方案二：风冷式冷热水机组+风机盘管系统 方案三：VRV 多联空调系统 下面以车站甲为例，进行详细的技术/经济比较，见下表： 从表中比较的内容可以看出： 1）方案一采用单纯的分体空调机系统虽然一次投资费用最低、施工简单，但是大量的空调室外挂机严重影响车站立面，况且室内机的温度设置均由室内人员自行设定，自行设定的温度一般在16～18℃，大大低于设计温度。这与国家目前在《公共节能设计标准》要求“公共建筑实现总能耗减少50%的目标”是背道而驰的。因此，方案一不作为推荐方案。 2）方案二采用的风冷式冷热水机组+风机盘管系统，虽然可以集中放置室外机组，达到减少对建筑立面的影响，但是由于空调系统复杂、管理不便、维修量大等原因，本次设计不推荐采用。 3）方案三采用 VRV 多联空调系统由于室外机集中放置，对建筑立面的影响小，严格的施工工艺要求使管道及系统的维修量小，完善的通信接口控制可以实现整个系统的远程控制，本次设计推荐采用方案三。 2.2 VRV 多联空调系统 VRV 多 联 空 调 系 统 全 称 为 Variable Refrigerant Volume 系统，即变制冷剂流量系统。多联式空调机组实质上是由压缩机、电子膨胀阀、其他阀件（附件）以及一系列管路构成的环状管网系统。 VRV多联空调系统目前国内市场上主要分为两大类别：变频式和数码式，前者通过采用变频技术改变压缩机的转速以达到10%～100%的能量调节范围，后者通过压缩机的轴向柔性技术以达到 10%～100%的能量调节范围。两者都具有与空调实际负荷的匹配能力，可以最大限度的实现节能运行。 采用变频技术的多联机其变频作用产生的电磁干扰是不可避免的。虽然已有很多关于这方面的争论，争论的结果也是趋向性认为电磁干扰对环境的影响很小，甚至可以忽略不计。但是我们认为对于城市轨道交通地上车站毕竟有着大量列车的信号传输、各站间通信传输及站与控制中心等的传输，而空调系统仅是一个为车站服务的系统，减少不必要的电磁干扰也是设计中需要考虑的因素之一。所以，我们建议选用数码式 VRV 多联空调系统，它的基本原理简述如下： 数码式 VRV 多联空调系统的数码涡旋压缩机利用“轴向柔性”技术，“轴向柔性”允许涡旋盘在轴向可以移动非常小的距离，确保涡旋盘始终以最佳的力进行工作。使得两个涡旋盘在任何运行环境下紧密结合在一起，保证涡旋压缩机有很高的能效比。数码涡旋的控制循环周期包括一段“负载期”和一段“卸载期”。负载期间，压缩机像常规涡旋压缩机一样工作，传递全部容量，压缩机输出为100%。卸载期间，由于压缩机的柔性设计，使两个涡旋盘在轴向有一个微量分离，因此不再有制冷剂通过压缩机，压缩机输出为 0。这样，由负载期和卸载期的时间平均便确定了压缩机的总输出平均容量。 数码涡旋压缩机一个工作“周期时间”包括“负载状态”时间和“卸载状态”时间，这两个时间的不同组合决定压缩机的容量调节。通过改变这两个时间，就可调节压缩机的输出容量（10%～100%）。 3 控制方式 VRV 多联空调系统根据不同的规模，一台室外机能够连接的室内机数量一般少则 10 来台，多则达到 64 台，如此众多数量的空调机如果没有强大控制能力的控制器作匹配，要想协调好彼此之间的工作状态那是不可想象的。下面就车站多联空调系统的控制模式选择作一介绍。 3.1 常规控制 每一台室外机对应若干台室内机，各组 VRV 空调系统均独立运行控制，是一种比较经济实用的控制方式。该控制方式均为末端就地控制，无集中监控管理环节，在实际使用过程中，室内机的温度值设定，开机时间，开机数量随意性比较大，其使用上的灵活性、方便性常常是以牺牲能耗为代价。 如前所述，空调方案应以最大限度节能为目标，所以该控制方案不应选取。 3.2 集中控制 控制器置于集中设置的控制室内，并配备专职或兼职人员对设备的启停和各房间的温度设定进行统一管理。集中控制管理环节可以在控制室内对远端各组 VRV 空调系统进行监控管理，是一种比较完善的控制方式。 此方案可以作为车站空调的控制方式选择之一，不足之处是与车站内的其他系统无功能关联，不利于车站系统功能的综合集成。 3.3 网关控制 今后越来越多的城市轨道交通相继采用综合监控系统，空调系统作为整个车站机电系统的一部分，如何将空调控制系统有效的纳入该系统是我们需要研究的一个问题？ 通过调查了解大部分的制造商都已相继开发出了基于 BACnet 协议专用网关的接口设备，它可通过 BACnet 以大局域网和 BACnet 客户端通信。 VRV 末端设备的运行状态是通过 BACnet 网关接口上传信号或下传信号，并对整个 VRV 空调系统实行系统管理。经对这二个系统的集成，在控制室可以对 VRV 空调系统实现以下功能： （1）室温监视；（2）温控器状态监视；（3）压缩机运转状态监视；（4）室内风扇运转状态；（5）空调机异常信息；（6）ON/OFF 控制和监视；（7）温度设定和监视；（8）空调机模式设定和监视（制冷/制热/风扇/自动）；（9）遥控器模式设定和监视；（10）滤网信号监视和复位；（11）风向设定和监视；（12）额定风量设定和监视；（13）强迫温控器关机设定和监视；（14）能效设定和设定状态监视； 这种方式大大提高了车站机电系统的综合集成能力，设备的综合利用率提高，是今后空调控制形式的选择方向。 4 须注意的问题 关于多联机系统我们已经讨论了有关选型和控制方面的内容。要使该系统更加可靠、完善的运行，还应注意以下一些细节。 4.1 新风问题 一个完整的空调系统应有新风供应，而不是仅仅靠开窗进行自然进风。现在的多联机生产厂家已配套生产不同风量、不同风压的新风专用机组，建议在设计中设计单独的新风管路以满足室内人员的新风需求。 4.2 凝结水问题 由于车站层高及装修条件的限制，凝结水管的坡度常常难以满足。针对这种情况首先在选取室内机组时应特别注明机组带有凝结水提升泵，其次不要考虑集中排放，建议根据车站具体的布置情况分别排放。 4.3 制冷管路的长度衰减问题 通常设计人员注意到的是多联系统最大允许管长、机组间最大允许高差及第一分支管后的最大允许管长等等。而对于允许管长之内的长度衰减问题考虑的不多。从我们已经做过的工程来看，即便按照厂家提供的折减系数计算，机组提供的室内室内冷量尚有 5～8%的差距，这主要跟厂家的宣传策略有关。我们建议根据工程的具体情况，在厂家提供的衰减系数上再加 5～8%量即可。 信息来源于：中国城市轨道交通网