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摘要：介绍上海轨道交通某地下车站空调冷源三种冷却方式及其特点，通过对不同冷却方式的技术特点、初投资、运行费用进行对比分析，得出该车站空调水系统冷却方式的优化方案。按照冷水机组冷却方式的不同，地铁空调水系统可以分为水冷式、风冷式和蒸发冷凝式。3 种冷却方式的冷水机组各有优缺点，其中水冷方式的效率高、运行节能且技术较为成熟，目前国内陆铁多数采用水冷式分站供冷的冷源方案，每座车站均需在地面设置冷却塔。但是本文所述车站规划位置周边均为已建成居住区，冷却塔占地协调较为困难。另外地面设置冷却塔影响城市景观，需要采用各种方法隐藏，而且冷却塔噪声影响半径约为30m，会引起拆迁或建成后遭居民投诉。冷却塔的上述问题成为困扰规划、设计、施工和运营的突出问题之一。因此有必要对水冷、风冷和蒸发冷凝3 种不同冷却方式的特点及经济性进行深入分析，以探究其在地铁车站空调系统中应用的不同优势，来解决地铁车站地面设置冷却塔困难的问题。冷凝器的作用是将制冷压缩机排出的高温高压气态制冷剂进行冷却、使之液化，以便制冷剂在系统中循环使用。根据冷却方式不同，地铁车站的冷水机组主要使用3 种冷却方式：水冷、风冷和蒸发冷凝。水冷式冷凝器是用水冷却高压气态制冷剂而使之冷凝的设备。由于水冷方式的效率高，运行节能，目前国内陆铁基本采用水冷式分站供冷的方案。采用水冷式冷水机组的地铁车站空调水系统由冷冻水循环系统和冷却水系统组成。车站冷冻水由站厅冷水机房的水冷机组提供。设置2 台冷水机组，每台制冷量为540 kW；冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔各2 台，冷却塔设置在室外风亭处。由于该站周边均为已建成居住区，地面设置冷却塔征地困难，而且冷却塔的噪声、漂水对居民区的影响使得本站在地面设置冷却塔较为困难。风冷式冷凝器不需要冷却水，而是利用空气将气态制冷剂冷凝。制冷剂在风冷式冷凝器中的传热过程与水冷式冷凝器相似，为降低过热、冷凝和再冷3 个主要阶段。车站冷冻水由风冷冷水机组提供。设置2 台风冷冷水机组，每台制冷量为540 kW，设置2 台冷冻水泵。由于周边均为已建成居住区，地面征地困难，风冷螺杆式冷水机组只能设置在地下车站端头处。与采用水冷螺杆式冷水机组方案相比，取消了地面冷却塔以及冷却泵、冷却水管路及附件等。采用风冷螺杆式冷水机组虽然解决了地面设置冷却塔困难的问题，但是风冷螺杆式冷水机组系统的COP 较低，仅为2.5~3.2。蒸发式冷凝器是以水和空气作冷却介质，利用水的蒸发带走气态制冷剂的热量。从结构形式上看，蒸发式冷凝技术是将水冷冷凝器和冷却塔合二为一，省略冷却水从冷凝器到冷却塔的传递阶段；充分利用水的蒸发潜热冷却制冷剂。车站冷冻水由站厅左端冷水机房的蒸发冷凝冷水机组提供。设置2 台蒸发冷凝冷水机组，每台制冷量为540 kW。设置2 台冷冻水泵、2 台冷凝排风机。由于地面规划限制，蒸发冷凝螺杆式冷水机组只能设置在地下空间内。地铁车站出入口与新排风井围合的空间一般无法得到有效利用，本次拟将2 台蒸发冷凝冷水机组设置在此空间内。平面布置图如图1 所示。该方案不仅可以解决地面设置冷却塔困难的问题，而且可以省去原有冷却水系统的设备及管路。系统COP 可达到4.2~4.8。 
水冷式冷凝、风冷式冷凝和蒸发式冷凝是目前该站水系统可以采用的3 种冷却方式，它们具有各自不同的技术特点。通过对3 种不同冷却方式进行分析比较，它们的技术优缺点对比详见表1。
在通风空调工程中，不同的冷却方式对冷源系统初投资和运行费用的经济性分析将直接影响其可行性，因此，有必要对不同冷却方式的经济性进行综合分析。该车站空调制冷机房的初投资包括制冷机组设备费、冷冻水泵、冷却水泵设备费和机房土建费。通过对不同冷却方式冷水机房进行比较，并对主要设备的价格进行市场调研后，得出了不同冷却方式冷水机房的初投资，如表2 所示。
通过以上对比分析可以看出，3 种冷却方式的初投资对此呈现以下特点：
（1）虽然蒸发冷凝螺杆式冷水机组的设备费高于风冷式和水冷式的，但是在考虑了冷却水循环系统和土建投资后，蒸发冷凝螺杆式冷水机组方案总初投资与风冷式方案持平，较水冷式方案有较大优势。（2）水冷式冷却需要设置冷却水泵和冷却塔等附件，风冷式和蒸发冷凝式冷却不需要投资冷却水泵和冷却塔设备费。（3）水冷式的冷水机房土建费用高于风冷式和蒸发冷凝式的费用。（4）蒸发冷凝式冷水机组设置在出入口和风井围合的地下空间内，无法自然通风，需要设置强制排风机，因此比风冷式和水冷式多出强制排风机的费用。该车站全年制冷运行时间按150 d 计算，每天按18 h 计算，电价按照1 元/kW·h 计算，3 种冷却方式冷水系统设备电功率及运行费用如表3 所示。
其中蒸发冷凝系统内部冷却循环水泵的耗电量计入蒸发冷凝螺杆式冷水机组内。
（1）3 种方案中，蒸发冷凝式方案的运行费用最低，比水冷式方案节约3.24×104元/a，比风冷式方案节约了6.21×104 元/a。（2）风冷式方案年运行费用是3 种方案中最高的。通过初投资分析和运行费用分析可以看出，蒸发冷凝式方案具有比较明显的经济优势，而且可以解决地面设置冷却塔困难的问题。蒸发冷凝机组设置于地下空间内，换热效果受气流组织的影响很大，本站蒸发冷凝机组两侧空间较小，若采用常规两侧进风的机组，蒸发冷凝效率会大打折扣。为此，在设计过程中对既有的设备形式进行优化，采用端部进风顶部出风的方案，相较于侧进风方式的蒸发冷凝冷水机组，前进风机组从前端进风，顶部排风。机组入风均匀，散热效果好。同时，将设置于侧进风蒸发冷凝机组下部空间的压缩机移至前进风机组的尾部，尽量增加前进风的换热面积。前进风机组可以与新风风道的进风方向面对面进风，最大限度地增加换热面积，以解决换热效果不佳的问题。通过对上海轨道交通某地下车站采用水冷、风冷、蒸发冷凝3 种不同冷却方式方案的技术特点和经济性分析，可以得出：（1）蒸发冷凝方案和风冷式方案均可以解决该地下车站地面设置冷却塔困难的问题。（2）蒸发冷凝方案和风冷式方案相对于水冷式方案均省去了冷却水泵、冷却塔及附件，但是风冷式方案的系统COP 较低。（3）综合初投资和运行费用分析，蒸发冷凝方案相对于风冷式和水冷式方案存在优势。蒸发冷凝冷水机组解决了冷却塔的占地、景观、噪声、漂水、卫生、扰民等问题，对地面设置冷却塔困难的车站，采用蒸发冷凝冷水机组不失为一种有效的解决方案，随着技术的进步，会有更加新颖、有效的方法来解决工程中遇到的问题。[1] 彦启森. 空气调节用制冷技术[M]. 北京: 中国建筑工业出版社,1985.[2] 全国勘察设计注册工程师公用设备专业管理委员会秘书处. 全国勘察设计注册公用设备工程师暖通空调专业考试复习教材( 第3 版)[M]. 北京: 中国建筑工业出版社,2013.作者简介：缪健进，北京城建设计发展集团股份有限公司上海分公司，研究方向：轨道交通暖通空调设计。
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