集中供冷在广州地铁的应用分析

集中供冷在广州地铁的应用分析

缪仁豪

广州地铁设计研究院有限公司

摘要：广州地铁十号线工程穿过天河商业中心、珠江新城等中心城区，建筑物密集、地下空间用地紧张、建筑噪声敏感点较多，冷却塔设置条件有限，因此项目考虑设置集中供冷系统来解决相应车站的供冷问题。以广州地铁十号线广州大道中冷站为工程实例，对集中供冷系统和常规分站供冷方案的技术可行性与经济性进行了比较分析，并得出集中供冷在该项目上应用的优势，为地铁空调水系统供冷方案的选择提供一定的参考。

关键词：地铁；集中供冷系统；分站供冷；经济性比较

0引言

地铁作为城市重要的公共交通工具，地铁车站往往设置在城市中建筑和人群相对密集的繁华地段[1]。根据地铁车站空调水系统冷源设置的集中程度的不同，地铁车站供冷系统可分为分站供冷和集中供冷两种方式[2]。常规的分站供冷将冷却塔设置于车站地面附近，而在城市繁华区域相对较难找到合适的设置位置，同时冷却塔设备运行的噪声和飘水等也会对周边居民的工作、生活造成影响，因此，因地制宜地采用集中供冷技术可达到“环保满意”、“规划满意”的效果[3]。《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50019—2015)中也有规定“建筑群同时具备下列条件且经济技术比较合理时可设置集中供冷站：整改区域供冷点相对集中，总冷负荷大时；集中供冷能减少人员岗位设置，方便运行管理时；能满足冷媒参数需求，且能适应冷负荷调节需求时”[4]。广州地铁二号线首期工程在对国内外地铁供冷技术发展现状进行了深入系统的调研之后，在内地地铁系统中首先采用集中供冷系统，成功地应用了这一新技术，避免了传统地铁车站单独供冷时必须在地面设置冷却塔的问题，较好地改善了车站建筑物和周边环境之间的关系。随后，广州及全国其他城市的多条地铁线路均“因地制宜”地采用集中供冷系统，较好地解决了环评和用地等问题[5、6]。广州地铁十号线穿过广州最繁华的天河商业中心、珠江新城等区域，其中天河路站周围建筑物密集、地下空间用地紧张、建筑噪声敏感点较多，冷却塔设置条件有限，因此考虑在临近的广州大道中车站设置集中冷站来解决相应车站的供冷问题。

1工程概述

广州市轨道交通十号线为“X”形对角线中东北-西南的结构骨干线，贯穿天河商业中心、珠江新城、北京路文化核心区、广钢新城等重点区域。十号线新建段工程起始于石牌桥站，终止于西朗站，线路长约19.15km，共设置14座车站，均为地下站，其中换乘站10座。

天河路站为广州十号线的第1个车站，位于体育西路和天河路的交叉路口东侧，沿天河路东西向敷设，与一号线和三号线换乘，站点北侧为天河体育中心、时尚天河购物中心，南侧分别为天河城百货、天环广场及正佳广场，西侧有广百百货、广州购书中心、维多利广场等，天河路及体育西路交叉路口、沿体育西路南北向存在既有天河又一城商业街，毗邻车站主体站位。车站南北两侧建筑物密集，且地下空间均已占用，南侧为商业体地下停车场，北

侧天体下方为时尚天河地下商业街，根据建筑方案规划用地情况，天河路车站内已无设置机房的空间，且根据现场考察情况，车站地面周围建筑噪声敏感点较多，冷却塔设置条件有限。

广州大道中站是广州十号线的第2个车站，位于广州大道中东侧绿化带内，根据建筑方案规划用地情况，广州大道中道路东侧的绿化带内有设置冷却塔的条件。综合考虑天河路站及广州大道中站的情况，可在广州大道中设置集中冷站负责这两个车站的供冷，且天河路站与广州大道中站间距1.6公里，两站区间采用盾构法施工，若集中冷站到天河路站的冷冻水管走隧道区间，将不影响现有的区间限界。

2集中供冷与分站供冷方案的对比分析

2.1地铁空调水系统形式

1）分站供冷

地铁车站空调水系统大多数采用冷水机组供冷，每个车站设置了冷水机房，即常规描述的分站供冷形式。冷水机组的选择根据车站大小系统的负荷情况、运行时间、调节要求、节能效果确定。图1反映了地铁车站中大量采用的分站供冷水系统的配置情况。

常规的分站供冷水系统多为一次泵变流量系统，冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔变频设置；采用异程式布置，冷冻水系统供水/回水温度按7℃/12℃计算，冷却水供水/回水温度按32℃/37℃。地铁车站多采用全空气系统，大系统设置了大型组合式空调器，小系统设置了柜式空调机及风机盘管，与一般的民用写字楼、酒店及商住楼等工程相比，其负荷点的数目较少，系统设备运行时段集中且有规律，因此分站供冷水力平衡的要求较低。

2）集中供冷

与分站供冷相比，地铁集中供冷系统是集中设置冷冻站，选择大型高效率的制冷机组，将冷站制备的冷冻水输送到各车站末端，各车站不再设置制冷机房，也避免了室外冷却塔的分散布置。集中供冷方案根据冷站系统负荷的变化特性，合理配置多台冷水机组，冷冻水侧采用二次泵，冷冻水一次泵定频保持冷水机组的定流量安全运行，冷冻水一次泵与冷水机组一一对应，冷冻水二次泵为满足末端负荷调节，采用变频调速技术，用压差控制变频泵流量，各车站末端变流量运行，冷冻水采用大温差技术（最大已用到10℃）。定压设置高位膨胀水箱或机房内设置闭式定压装置。冷却系统采用冷却塔降温，冷却水泵、冷却塔和冷水机组一一对应，冷却泵和冷却塔按变频模式设计，冷却水采用进出水5℃温差设计。集中供冷提供了一种新的供冷方式，可以通过集中冷站的选择使空调系统对周围城市环境的影响减小，同时减少了地铁建设的协调工作量、冷却塔设置点以及居民投诉。图2反映了集中冷站水系统配置情况。

图1典型分站供冷车站空调水系统示意图

图2集中冷站空调水系统示意图

2.2分站供冷与集中供冷方案对比

1）车站冷负荷情况

根据各车站负荷的计算结果，得到天河路站、广州大道中站的冷负荷如表1所示。

表1冷负荷统计表

2）分站供冷方案

采用分站供冷，每个车站均设置一套水系统，为一次泵变流量系统，冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔均变频；采用异程式布置，且设置一套节能控制系统负责风水联动控制。根据车站负荷情况，每个车站配置2台冷水机组，3台冷冻水泵和3台冷却水泵。分站供冷的主要设备配置如表2所示。

表2分站供冷主要设备配置表

3）集中供冷方案

经过各站详细计算结果，得到车站的冷负荷情况见表3所示。集中冷站设置在广州大道中车站内，冷站与车站位置关系示意图如图3所示。

表3车站冷负荷数据表

图3冷站与车站位置关系示意图

根据上述冷负荷的统计情况，车站小系统的负荷为1185kW，约小于系统总冷负荷的三分之一，因此考虑集中供冷采用3台相同大小的冷水机组并联运行。冷站采用冷冻水一次泵采用定流量系统，冷冻水二次泵采用变流量系统。冷冻水一次泵与冷水机组一一对应，再由总管连接在集水器、分水器上。冷冻水二次泵从分水器上抽水，经由区间管网输送至天河路站末端的组合式空调器、柜式空调器及风机盘管等设备。

冷站的冷冻水采用10℃大温差，冷水机组冷冻水进出水温度分别为17℃、7℃。经详细计算比较，冷冻水二次泵分为两组，一组供广州大道中站，另一组天河路站。每一组泵均由4台泵组成，其中3台为相同参数的变频泵两用一备，白天营运时为车站大、小系统供应冷冻水，另1台为夜间变频泵，夜间专门为车站小系统供冷冻水。集中供冷的主要设备配置如表4所示。

表4集中供冷主要设备配置表

4）两种方案经济性比较

根据以上两种方案的主要设备表，对两种系统的初投资及运营费用进行分析，具体结果如表5所示。

表5两种方案经济性比较

2.3集中冷站水泵设置方案对比

对于集中冷站的冷冻水泵设置，主要有冷冻一次泵变频，冷冻泵二次变频、一次泵定频和冷冻一次泵定频三种方案，现就广州大道中集中冷站的工况来对这三种方案进行比选分析。通过计算比较，设置上述三种方案冷站冷冻水泵的年耗电量如表6所示。

表6三种方案年耗电量比较表

3结论

通过上述几点的对比分析，可以得出以下几点结论：

1）天河路站周边建筑物密集，且地下空间均已占用，南侧为商业体地下停车场，北侧天体下方为时尚天河地下商业街，根据建筑方案规划用地情况，天河路车站内已无设置机房的空间，且车站地面周围建筑噪声敏感点较多，基本无设置冷却塔设置的条件，若设置集中冷站可以很好的解决以上问题，减少对城市环境的影响。

2）对比分站供冷和集中供冷方案，两者的主要供冷设备费用基本相同，集中供冷全年运行电费相对分站供冷多11万。考虑土建规模，由于广州大道中站有很长的配线，车站规模大，因此集中供冷方案可不增大广州大道中站原土建规模，但是若天河路站采用分站供冷需额外增加120m2的土建规模，相应的土建投资需增加228万，综合分析可得设置广州大道中集中冷站具有一定的经济优势。

3）对比集中冷站几种不同的水泵设置方案，冷冻水泵采用二次泵变频、一次泵定频技术时的年耗电量最小，采用一次泵变频技术时，年耗电量有所增加，而它们较一次泵定频技术具有较大的节能优势。采用二次泵变频技术时，需增加设备（二次泵部分）和冷站土建机房的初投资，但是综合考虑运行能耗和初投资，建议广州大道中集中冷站可采用二次泵变频、一次泵定频的方案。

参考文献

[1]孟金玲.集中供冷在地铁车站空调系统中的应用分析[J].建筑热能通风空调，2014，3（33）：85-87.

[2]邓敏锋.集中供冷系统在长沙地铁2号线一期工程的应用[J].建筑热能通风空调，2018，2（37）：38-41.

[3]贺利工，沈锡安，刘承东，等.轨道交通集中供冷技术[J].中国城市轨道交通新技术，2007，（2）：280-286.

[4]GB50019-2015，工业建筑暖通风与空气调节设计规范[S].

[5]胡自林.地铁区域集中供冷应用实例研究[J].铁道科学与工程学报，2016，8（13）：1618-1623.

[6]张悦.集中供冷系统在地铁中的应用[J].制冷与空调，2009，1（23）：47-50.