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应用于地铁车站的水冷冷水系统一般包括三个循环：制冷机组内的制冷循环，蒸发器侧的冷冻水循环和冷凝器侧的冷却水循环。 为此，本期我们以项目为例，讲述省去冷却水循环和冷冻水循环，只保留制冷循环的蒸发式冷凝冷媒直膨空调系统在工程中的应用。 蒸发器侧的直接蒸发式空调系统和冷凝器侧的整体式蒸发冷凝系统。蒸发器侧的直接蒸发式空调系统仍保留了冷却塔及冷却水循环；冷凝器侧的整体式蒸发冷凝系统保留了冷冻水循环。这两类系统或多或少存在如下问题：冷冻水循环或冷却水循环管路长、沿程阻力大、水泵能耗高； 电冷源综合制冷性能系数 SCOP 及空调系统效率仍不是很高； 车站内部冷冻机房占用面积或地面冷却塔占地、征迁难、漂水、噪声扰民、影响景观； 寒冷地区冬季系统泄水不彻底时易冻裂管路及设备等。
系统主要有压缩装置，板管蒸发式冷凝器和直接蒸发式空调柜（内置电子膨胀阀）组成。工作时，冷媒在直接蒸发式空调柜蒸发器内蒸发吸热，空调柜送出空调冷风，在压缩机的驱动下高温高压冷媒气体进入板管蒸发式冷凝器冷凝放热，由车站既有排热风机带走冷凝热，降温后的中低温冷媒液体经膨胀阀进入直接蒸发式空调柜蒸发器再次吸热，如此完成一个制冷循环。工作时冷却水由内置水泵送至冷凝管组上部喷嘴，均匀地喷淋在板式蒸发器板管外表面，形成一层很薄的水膜，高温汽态制冷剂走板管内部空间，被板管外的冷却水（膜）吸收热量冷凝成液体从板管下部流出，吸收热量的水一部分蒸发为水蒸汽，其余落在下部集水盘内，供水泵循环使用。在这个过程中，排风机排风掠过冷凝排管促使水膜蒸发，强化冷凝管外放热，带走冷凝热并与未蒸发的冷却水进行气-水换热。本项目为山东某地铁线路中的一座标准车站，为地下两层岛式站台车站。地下一层为站厅层，地下二层为站台层。车站总长 222 m，标准段宽度 22.7 m，站台宽度14 m。车站总建筑面积 13979 m2，其中车站主体建筑面积 11003 m2，附属建筑面积 2976 m2。经计算，本站公共区冷负荷为660 kW ，设备管理用房冷负荷为295 kW 。常规水冷冷水系统一般在车站大端设置冷冻机房，经冷冻水泵及水管长距离输送至小端。不同与此，本系统在车站大端和小端分别设置空调冷源，不需要跨越公共区进行冷水输送。图 2 所示为车站一端的设备布置平面图（另一端与此类似）。根据车站大小系统冷负荷，经设备厂商深化，大系统采用螺杆式压缩机，小系统采用涡旋式压缩机，各个系统的压缩机对应独立的直接蒸发式空调柜，也即制冷循环独立设置。冷凝器部分则整合成一个模块，嵌入安装在排风道内，可沿中轴旋转，并充分利用车站既有区间隧道排风机对外排风带走冷凝热，无需外置风机或风机墙。非空调季时，可将板管蒸发式冷凝器旋转与风道平行，以减小对外排风风阻。空调季的蒸发式冷凝器状态如图 3 所示。各系统的压缩机整合在一个压缩装置内，布置于活塞风道内，各系统的直接蒸发式空调柜布置再环控机房内。为保证冷却水质，系统设置了软水装置及旁滤过滤器等，就近布置在冷凝器附近的风道内。首先选取与本项目车站（称之为车站A）在建筑规模、气象条件、冷负荷、客流行车组织等均相似，且采用常规水冷冷水系统的另一条线路的车站B作为参照，进行经济比对分析。后续同样对车站A和车站B进行了实测分析。采用不同冷源形式的两座车站的设备配置和投资对比表，详见表1，全寿命周期技术经济分析具体见表2。由表 1 可见，直膨蒸发冷系统省去了冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔（可节省约 80 m2地面占地），但由于采用了直接蒸发式空调柜等，总体造价高于水冷冷水系统约 14%。由表 2 可见，直膨蒸发冷系统不需设置冷冻机房，可节省约 200 m2的建筑面积。直膨蒸发冷系统相比水冷冷水系统，年耗电费用节省 31.5%，年耗水费用节省 52.9%。而整个全寿命周期的年综合费用，直彭蒸发冷系统与水冷冷水系统比例为 1:0.766。本项目于 2018 年底开通运营，为检验直膨蒸发冷系统的实际运行效果，2019 年 8 月份，对分别采用直膨蒸发冷系统和水冷冷水系统的车站 A 和车站 B 进行了第三方测试。测试内容包括：直膨和水冷空调柜的进出风温湿度、风量、功率，直膨蒸发冷系统螺杆压缩机、涡旋压缩机、冷凝器及水泵的功率，水冷冷水系统机组、水泵、冷却塔的功率等。主要测试设备有：温湿度自记仪、超声波流量计、热球风速仪、电功率计等。为保证测试精度，测试期间进行了多点测量，取有效数据，求其平均值等科学的测试及数据处理方式。A 车站室外环境参数：干球温度 29 ℃、湿球温度25.3 ℃、相对湿度 75%。B 车站室外环境参数：干球温度 28.3 ℃、湿球温度 24.4 ℃、相对湿度 73%。两者数值相近。在对两种冷源系统进行测试、数据处理及计算分析后，总结得到能效参数如表 3 所示。评价内容主要有：冷机 COP、电冷源综合制冷性能系数 SCOP、空调系统效率。由表 3 可见，测试期间直膨蒸发冷系统、水冷冷水系统均未满负荷运行，大致在 41%-45%之间。采用涡旋式和螺杆式压缩机的直膨蒸发冷系统比水冷冷水系统，冷机COP，分别高 24%、37%。冷源系统 SCOP，分别高 36%、61%。空调系统效率，分别高 8.7%、85%。涡旋式压缩机直膨蒸发冷空调系统效率仅比水冷冷水系统略高，是因为小系统空调柜内置风机为定频风机（大系统空调柜风机为变频），部分负荷时，风机功率占比相对较高所致。（1）系统精简，运维简便，有效解决了常规水冷冷水系统冷却塔占地、漂水、噪声扰民等问题。（2）不需要车站冷冻机房，减少了土建造价。相比水冷冷水系统，年耗电费用节省 31.5%，年耗水费用节省 52.9%。（3）采用涡旋式和螺杆式压缩机的直膨蒸发冷系统比水冷冷水系统，冷机COP，分别高 24%、37%。冷源系统 SCOP，分别高36%、61%。（4）空调系统效率，分别高 8.7%、85%。充分体现了该系统节地、节电、节水，能效高的优点。
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