某地铁车站空调冷源方案选择

某地铁车站宅稠冷源办絮选择黄武刚　勘察、设计　某地铁车站空调冷源方案选择　黄武刚　（铁道第四勘察设计院城建院武汉４３００６３）　［摘要］根据成都市地铁ｌ号线一期工程招标文件　，对某地下车站进行了地源热泵、常规水冷冷水机组　方案的比选以及初投资、年运行费用、寿命周期内总投资的经济性比较，得出了该站的空调冷源合理方案。　［关键词］　空调冷源　地源热泵　常规水冷冷水机组年运行费用　寿命周期　总投资　成都市地铁１号线一期工程环控系统经过专　１　工程概况　题研究和方案论证、比较与分析，确定该线采用屏　蔽门系统，则车站公共区的热负荷主要为乘客的　某地下车站是成都地铁１号线一期工程的起　人体散热量和车站照明灯具、广告牌、售检票机、　点站，为单层侧式站台，线间距为８．４ｍ。车站中　电梯扶梯等设备发热量。根据首期工程可行性研　心顶板覆土为１．７８ｍ，车站中心轨底埋深一７。９ｍ，　究报告，每天的客流量会出现早、晚两次高峰。车　车站长度为１４３．２５　ｍ，宽度为５１．４ｍ，含有牵引　站管理和设备用房除了少量的房间夜间不开空调　变电所，车站主体总面积为７３００ｍ。。　外，其它为２４小时空调，整个车站空调逐时负荷　见表１。　２　负荷分析及计算　表１　近期２０１９年车站公共区和设备用房的空调逐时负荷　时段　客流量系数　空调逐时负荷／ｋＷ　时段　客流量系数　空调逐时负荷／ｋＷ　０：０Ｏ～１：Ｏ０　Ｏ　２７２　ｌ２：０Ｏ～１３：Ｏ０　０．３２　５９ｌ　１：Ｏ０～２：Ｏ０　Ｏ　２７２　ｌ３：０Ｏ～１４：Ｏ０　Ｏ．５ｌ　６６６　２：Ｏ０～３：Ｏ０　Ｏ　２７２　ｌ４：０Ｏ～１５：Ｏ０　Ｏ．３３　５９８　３：Ｏ０～４：Ｏ０　Ｏ　２７２　ｌ５：０Ｏ～１６：Ｏ０　Ｏ．３ｌ　５９Ｏ　４：ＯＯ～５：Ｏ０　Ｏ　２７２　１６：ＯＯ～１７：Ｏ０　Ｏ．５　６６２　５：Ｏ０～６：Ｏ０　０．０４　４６４　ｌ７：００～１８：Ｏ０　Ｏ．８５　７８９　６：０Ｏ～７：Ｏ０　０．２９　５４５　１８：０Ｏ～１９：Ｏ０　０．５５　６６８　７：Ｏ０～８：Ｏ０　ｌ　７８６　１９：０Ｏ～２０：Ｏ０　Ｏ．２９　５７Ｏ　８：Ｏ０～９：Ｏ０　０．７６　７２２　２０：０Ｏ～２ｌ：Ｏ０　０．２２　５４ｌ　９：Ｏ０～１０：Ｏ０　Ｏ．６８　７０５　２１：００￣２２：Ｏ０　Ｏ．Ｏ８　４９２　１０：０Ｏ～１１：Ｏ０　０．４２　６ｌ９　２２：ＯＯ～２３：Ｏ０　Ｏ．Ｏ３　４７４　ｌ１：０Ｏ～１２：Ｏ０　Ｏ．５６　６７７　２３：ＯＯ～Ｏ：Ｏ０　Ｏ　２７２　合计／ｋＷ　１２７９１　‘　注；１．早晨８；Ｏ０的客流系数为ｌ，晚ｌ８；０Ｏ的客流系数为０．８５　Ｃ”。２．地下站的设备及管理用房负荷按定值考虑。　２４　铁道勘测与设计　ＲＡｌＬｗＡＹ　ＳＵＲＶＥＹ　ＡＮＤ　ＤＥＳｌＧＮ　２００６（２）　维普资讯 http://www.cqvip.com

黄武刚：某地铁车站空调冷源方案选择　该车站的最大负荷为７８９ｋＷ，最小负荷为　同时在地铁使用地源热泵有如下缺点：　ａ．地源热泵具有较低的制冷特性。其ＣＯＰ　值与土壤的温度、湿度及运行机制等因素有关，地　２７２　ｋＷ，选择设备的装机容量为：７８９×１．１＝８６８　ｋＷ。　源热泵系统制冷的能效比在３．３～４．０之间（制热　３　方案比选　根据工可文件　引，该站采取分散供冷，单独设　时能效比会提高些）。而常规水冷螺杆机组的能　效比在４．１～４．６之间Ｌ４Ｊ。　ｂ．地铁中使用地源热泵只供冷，常年地下土　冷源，并要求车站作为地源热泵技术应用的实验　壤吸收热量势必造成地温升高，效率降低，会造成　站。根据调查和分析，该市内的能源结构和车站　制冷效果降低，随着地温上升，热泵效率会明显下　所处的水文地质和地面条件，认为地源热泵方案　降。同时没有充分发挥岩土蓄能的优越性，会破　并非最佳方案，因而提出了对地源热泵、常规水冷　坏岩土结构，不符合可持续发展的要求［５　。　冷水机组、直燃式溴化锂机组方案进行综合比较，　Ｃ．埋管的换热能力与埋管区域的地质条件、　但由于地铁规范规定［３］，设于地铁地下线路内的　地埋形式、埋管或埋管的单井深度、水平间距、管　空调冷源设备应采用电动压缩式，不应采用吸收　径、换热器设计流量甚至建筑物的负荷分布等均　式冷水机组。故以下主要比较地源热泵和常规水　有影响，在实际工程中很难找到比较一致的参考　冷冷水机组方案。　实例，需要充分考虑各种因素的传热模型进行计　３．１地源热泵方案　算，最好进行现场测试，得到单位延米的放热量、　在地铁车站中使用地源热泵，与常规空调系　热响应半径等。如必须做这样的测试，将延续工　统相比，具有如下优点：　期一个月左右。　ａ．地源热泵系统具有环保性。地源热泵系统　ｄ．在地铁底板位置进行打孔，即使付出更大　的ＣＯ。排放量几乎为零，减少了环境污染。同时　的代价，也难把防水、防潮做到万元一失。同时该　向大气排放的热量几乎为零，从而缓减城市的温　地区地下水位高，这必增加进出口管处车站围护　室效应和热岛效应的影响。且设置位置灵活，不　结构的防水、防潮难度。　受限制。没有冷却塔飘水对环境的污染，杜绝“军　ｅ．采用地源热泵系统会对工程工期有一定影　团病菌”对人体损害。同时，与水源热泵相比，不　响，如果在结构基坑底部打孑Ｌ，在结构基坑开挖完　用考虑深并回灌问题，不会造成地表沉降问题。　后进行钻孑Ｌ埋管施工以及管路连接、试压、回填等　ｂ．由于无需设置冷却塔，不需要补水，从而能　多项工序。一般在钻孑Ｌ数量、施工人员得到保证　节水。　的情况下，也需３个月左右的时间。　Ｃ．运行维修费用相对很低。　ｆ．基坑底部的室外换热器的水平埋管部分与　ｄ．减少了对地面的影响。地铁一般都是建造　接地网的防迷流设施有一定的冲突。　在比较繁华的地方，常用空调系统需要在地面上　ｇ．施工难度较大。　设置高达５ｍ左右的冷却水塔，这样不仅影响市　ｈ．由于受到地铁热量向地下土壤传热，室外　容而且噪声比较大，其排放的水蒸气和热量对环　埋管越靠近底板，该部分埋管越容易产生“热短　境也有严重的影响。采用地源热泵可以省去地面　路”，该埋管管段在土壤中的传热能力降低。　的冷却塔，从而减少地铁对景观的影响。　ｉ．初投资大。　ｅ．室外换热器耐用，地下埋管采用ＰＥ专用　从上述定性分析来看，在技术上，地源热泵用　管，耐酸、碱、耐膨胀、不老化，采用热熔连接不需　于地下车站存在着诸多不可靠的因素，特别是在　维护，寿命长达５Ｏ年以上。　地铁只需单冷的条件下不宜使用，没有发挥土壤　２５　铁道勘测与设计　ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＵＲＶＥＹ　ＡＮＤ　ＤＥＳＩＧＮ　２００６（２）　维普资讯 http://www.cqvip.com

铁道勘测与设计　本身蓄热放热的潜力，不符合可持续发展。　３．２常规水冷冷水机组方案　４　经济性比较　常规水冷冷水机组的优点如下：　ａ．系统相对简单，设计成熟。　一般来说，车站设备根据初期、近期、远期、客　ｂ．由于有无地埋管部分，对车站主体工程影　流量的不同而进行选择初投资设备，设计是按远　响甚小。　期考虑，预留机房。考虑地铁设备寿命一般在１Ｏ　Ｃ．机组制冷效率高，能效比ｃｏｐ值一般大于　～１５年，两方案均按近期负荷进行设备选型。　４．３ｃ　。　４．１初投资　常规水冷冷水机组的缺点如下：　．　４．１．１　地源热泵方案　ａ．相对于地源热泵方案而言，常规的冷却塔　根据工可报告中的水文地质条件，该站具有　每小时约５　水量损耗，补水量大。　采用地源热泵方案的条件，车站采用明挖方式施　ｂ．耗电设备的容量相对于地源热泵方案稍　工。　大，导致设备运行费用稍大。　地源热泵方案选用了两台水源热泵机组，采　Ｃ．运动设备的增加（多了冷却塔的风扇）加大　用一机对一泵的方式选用冷却水、冷冻水泵各两　了维护、维修工作量，同时冷却塔填料需经常清　台。室外地埋管换热器实施方案考虑在基坑底部　洗、每３年需更换填料。　钻孔，埋管的每一个回路直接接至分组冷却水集／　ｄ．冷却塔托水盘积水，产生军团病菌。　分水器，然后将各分组冷却水集／分水器汇成一路　ｅ．对城市有噪声和热污染。　母管子从车站顶板处进入机房。垂直埋管部分采　ｆ．增加与地面建筑的协调工作。　用双ｕ高密度聚乙烯（ＰＥ）Ｄｅ２５管，其初投资详　ｇ．初投资小。　见表２。　表２双Ｕ埋管形式的地源热泵系统的机房设备选型及概算　序号　项目　设备　台／口／套数　总功率（ｋＷ）　总价（万元）　１　水源热泵机组　（ＥＭ）ＳＲＨＨ１３０３　４５５．８ｋＷ　２　２０４　８６．２　２　冷冻水泵　８６ｍ。／ｈ。３０ｍ　２　３０　１．２４　３　地源水泵　１０６ｍ３／ｈ，２０ｍ　２　２２　１　４　打井　５０ｍ深叭ｌＯ双Ｕ　Ｄｅ２５每回路到集分水器　１８６　１１２．６８　５　自控　１　６　６　小计　２５６　２０７．２　若在车站周围的地面上打孔，根据车站的地　４．１．２　常规水冷冷水机组方案　质条件和打井的数量，打井的费用将减少２Ｏ万，　常规水冷螺杆冷水机组方案，选用了两台螺　但对城市用地影响甚大。若存在车站埋深加大的　杆水冷冷水机组，采用一机对一泵的方式选用冷　情况下，则地埋管钻孔可能碰上更多的基岩，其相　却水、冷冻水泵各两台，冷却塔并联连接设于车站　应垂直埋管的钻孔费用增加甚大，施工工期也相　地面。常规水冷螺杆冷水机组方案机房设备选型　应增加。　及概算如表３。　２６　铁道勘测与设计　ＲＡＩＬｗＡＹ　ＳＵＲＶＥＹ　ＡＮＤ　ＤＥＳＩＧＮ　２００６（２）　维普资讯 http://www.cqvip.com

黄武刚：某地铁车站空调冷源方案选择　表３　常规水冷冷水机组方案机房设备选型及概算　序号　名称　设备型号规格　台／套数　额定功率（ｋｗ）　总功率（ｋｗ）　总价（万元）　１　螺杆冷水机组　１２５ＵＳＲＴ　２　９４．５　１８９　５２．９　３　冷冻水泵　８４ｍ。／ｈ．Ｈ＝３０ｍ　２　１５　３Ｏ　３．８　４　冷却水泵　９９ｎ１３／ｈ，Ｈ＝２８ｍ　２　１５　３Ｏ　４．Ｏ　５　冷却塔　１０９ｍ。／ｈ，ＣＴＡ一１１０　２　４　８　１４．Ｏ　６　冷却塔循环水　２　１０９（ｍ３／ｈ）　２１８（ｍ３／ｈ）　７　自动控制　１　６．０　８　小计　２５９　８Ｏ．７　４．１．３　两方案初投资　根据上述两方案的设备配置，同时考虑电力设施费用，汇总如下表４　表４各方案初投资　方案　装机总功　机房设备　机房管材和　安装费　电力设施费及　率总计　ｋＷ　费用（万元）　附件费（万元）　（万元）　贴费（万元）　常规水冷冷水机组　２５９　８０．７　１６．２Ｏ　１４．５８　３０．１１　１４１．５　地源热泵　２５６　２０７．２　４１．４３　１９．８９　２９．７６　２９８．２　注：１．功率因素取０．８０。２．供配电设施费取７００元／ｋＶＡ。　３．电力贴费：２３０元／ＫＶＡ　４．由于地源热泵的施工难度大，　其安装费的比例相应增加。　４．２年运行费用比较　天（考虑设备及人员负荷比较固定，故最小考虑　上述两种中央空调冷源方案中，根据成都市　５Ｏ　）。每天运行时间约１８小时，设计日机组满　历年天气状况，制冷空调使用季节从五月初到十　负荷运行时间约１４．５３小时，则年满负荷运行时　月底，空调使用日按照１８０天计算。其中设计日　间为１７８０．６小时。各方案总年运行费用详见表　运行２Ｏ天，７５　负荷运行９Ｏ天，５Ｏ　９，６负荷运行７Ｏ　５。　表５各方案总年运行费用　单位：（万元）　方案　电费　水费　维修费保养　人工费　折旧费　其它　总计　常规水冷冷水机组　５３．Ｏ８　Ｏ．９Ｏ　Ｏ．７３　３．６Ｏ　６．５６　３．６４　６８．５ｌ　地源热泵　５２。８８　Ｏ　Ｏ．５７　３．６Ｏ　ｌ２．８９　７．１６　７７．１０　注：１．按该城市区当时能源价格，水费按１．１元／ｍ。，电价１．１６元／ｋＷｈ。２．年维修保养费，一般按工程中固定资产的百分　率进行估算。固定资产原值的０．２—０．８％。固定资产原值　的计算如下：　＝　・丁，式中，　系数，取９Ｏ～９５　；　Ｔ．一初投资，元。３．年折旧费：包括冷源、风水管网系统设备等的折旧。可按固定资产原值的４．５　选取。４．其它费用；　各种税金、水处理费用等。每年可统一按固定资产的２．５％选取。５．机房管理人员费用按聘用机房管理人员２人，月工　资及福利保险等按１５００元／年支出进行计算。６．由于两方案冷冻水的补水相同，因此不纳入比较范围，地源热泵系统的　冷却水因为是闭式系统，补水量很小，在此也忽略。　铁道勘测与设计　ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＵＲＶＥＹ　ＡＮＤ　ＤＥＳＩＧＮ　２００６　２）　２７　维普资讯 http://www.cqvip.com

铁道勘测与设计　４．３使用寿命周期内总投资分析　费用年值方法，不论各方案的各种设备使用　按技术经济投资分析方法，将各方案在使用　寿命各为多少年，只要将各方案的每一现金流量　寿命期内逐年的运行费投资折现至初始年份，再　都折算成年值，无论使用寿命相同或不同，都可以　加上初投资构成各方案使用寿命期内总投资。取　在共同的时段一“年度”内进行比较。　年利率为２．５　，以使用年限为Ｉ５年进行比较，　费用年值＝初投资／（（Ｉ＋Ｉ．０２５¨）～Ｉ）／　１５年的等额现金支出全部折现至初始年份的累　（Ｏ．０２５（１＋０．０２５）¨）＋年运行费用　加公式为：　则两方案使用寿命周期内总投资和寿命周期　各年等额现金支出×（（１十１．０２５　）一１）／　内费用年值分别见表６。　（Ｏ．０２５（１＋Ｏ．０２５）　）一年运行费×１２．３８。　表６两方案使用寿命周期内总投资和寿命周期内费用年值　项目　常规水冷冷水机组　地源热泵　初投资（万元）　１４１．５　２９８．２　初投资差值（万元）　１５６．７　年运行费用（万元）　６８．５　７７．１　年运行差值（万元）　８．５９　１５年总运行费用（万元）　８４８．１　９５４．５　１５年总运行费用差值（７ｉ元）　１Ｏ６．３５　寿命周期内总投资（７／元）　９８９．６　１２５２．７　总投资增加额（万元）　２６３．１　寿命周期内费用年值　７９．９４　１Ｏｌ＿２　寿命周期内费用年值差值　２１．２５　注：以常规水冷冷水机组方案总投资为对比标准。　５　推荐方案．　参考文献　［１］成都城市地铁１号线一期工程ＪＤ２标段（空调与通风系统、　根据上述综合分析及比较，地源热泵和常规　屏蔽门系统设计招标文件）　水冷冷水机组方案均能满足该站使用和实施。由　［ｚ］　成都城市地铁１号线一期工程可行行研究报告　［３］地铁设计规范￣ＧＢ５０１５７－－２００３　于室外冷却塔部分对城市环境噪声有一定的影　［４］公共建筑节能设计标准，ＧＢ５０１８９—２００５　响，但根据表４～６，常规水冷冷水机组方案有很　［５］成都城市地铁１号线一期工程ＪＤ２标段（空调与通风系统、　大的经济优势和易实施，同时考虑该站有设置冷　屏蔽门系统设计）投标文件（技术部分）　却塔的位置和地段，故推荐常规水冷冷水机组方　收稿日期：２００６—３—１４　案。　２８　铁道勘测与设计　ＲＡＩＬＷＡＹ　ＳＵＲＶＥＹ　ＡＮＤ　ＤＥＳＩＧＮ　２００６（２）