引言

近些年來,城市地鐵建設迅猛發(fā)展,市民出行的便利性大幅提升。目前,常規(guī)地鐵車站通風空調(diào)系統(tǒng)通常采用冷水機組、冷卻塔、循環(huán)水泵等組成空調(diào)水系統(tǒng)對車站進行供冷,冷卻塔與城市環(huán)境相協(xié)調(diào)問題日益凸顯。為了解決冷卻塔在中心城區(qū)設置困難的問題,需要一種新式系統(tǒng)來降低噪聲,滿足環(huán)保和景觀的需求。蒸發(fā)冷凝技術(shù)以潛熱傳熱為主、顯熱傳熱為輔,利用水蒸發(fā)的汽化潛熱排除機組的冷凝熱。蒸發(fā)冷凝器與常規(guī)冷卻塔的區(qū)別主要在于冷凝換熱器結(jié)構(gòu)不同。將蒸發(fā)冷凝器安裝于地下風井、風道等位置,以滿足散熱需求,取消地面的冷卻塔。本文以南方某條地鐵線路典型站為例,對地鐵站直膨式蒸發(fā)冷凝系統(tǒng)?效率進行分析。

1直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)

直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)相對于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)取消了原地面設置的冷卻塔,由冷媒直膨蒸發(fā)的蒸發(fā)器裝置替換常規(guī)的水系統(tǒng)末端設備,取消空調(diào)冷凍及冷卻水系統(tǒng)設備及水管,以達到節(jié)地、節(jié)能和簡化管路系統(tǒng)的目的。高溫高壓冷媒蒸汽經(jīng)過蒸發(fā)式冷凝器冷卻后變成高壓低溫的液態(tài)制冷劑,經(jīng)過節(jié)流裝置后變成低壓低溫的冷媒,進入直膨蒸發(fā)末端空調(diào)裝置的蒸發(fā)器與空調(diào)循環(huán)空氣進行蒸發(fā)換熱后,變成高溫低壓的蒸汽,然后經(jīng)過壓縮機吸入后壓縮變成高溫高壓的冷媒蒸汽,如此往復,完成制冷循環(huán)。

2?效率分析

2.1能量分析方法

為了評價能量系統(tǒng)的用能水平,需對系統(tǒng)進行能量分析。能量分析方法有能分析和?分析兩種。能分析法:基于熱力學第一定律,從能量的"量"的方面分析能量在數(shù)量上的平衡關系及效率:?分析法:基于熱力學第二定律,從能量的"量"與"質(zhì)"兩個方面分析能量中?的平衡關系及效率。

2.2?及?效率

?是物質(zhì)的一種狀態(tài)參數(shù),即在無其他(除環(huán)境介質(zhì)外)熱源的條件下,穩(wěn)定流動的工質(zhì)從初始狀態(tài)經(jīng)可逆過程變化到與環(huán)境介質(zhì)處于熱平衡時所能做的最大有用功,稱為"工質(zhì)在該初始狀態(tài)的熱力?"。?表明能量在轉(zhuǎn)換過程中不僅有量的守恒性,還具有質(zhì)的差異性。

?效率表示熱力系統(tǒng)?的利用程度,即收益的?與消耗的?的比值。?效率越高,表明系統(tǒng)的能量利用越合理。

2.3壓縮式制冷系統(tǒng)?效率分析

制冷系統(tǒng)中的熱力?為冷量?,溫度低于環(huán)境溫度的系統(tǒng)吸入熱量Q(冷量)時做出的最大有用功稱為"冷量?",其表達式為:

式中,Ex0為冷量?(kw):T0為環(huán)境溫度(K):T為載體的溫度(K)。直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng),制冷劑通過蒸發(fā)器直接將冷量?傳遞給空調(diào)循環(huán)空氣,該系統(tǒng)的?效率為:

式中,Ex0l為空調(diào)循環(huán)空氣的冷量?(kw):Ex02為蒸發(fā)器中制冷劑的冷量?(kw):Pe為壓縮機的功率(kw)。

空調(diào)循環(huán)空氣的冷量?為:

式中,T0為環(huán)境溫度(K):Tl為空調(diào)循環(huán)空氣的溫度(K):Ql為空調(diào)循環(huán)空氣獲得的冷量(kw)。

蒸發(fā)器中制冷劑的冷量?為:

式中,T0為環(huán)境溫度(K):T2為制冷劑的蒸發(fā)溫度(K):Q2為制冷劑釋放的冷量(kw)。

從理論上分析,為便于計算,不考慮制冷劑與空調(diào)循環(huán)空氣之間的換熱損失,所以Ql=Q2=Q0,Q0為制冷系統(tǒng)的制冷量。

綜上可得:

從式(5)可以看出,蒸發(fā)溫度越高,?效率值越大。

3實際工程案例分析

以某地鐵站直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)為例,制冷劑的蒸發(fā)溫度為11℃,空調(diào)循環(huán)空氣的溫度與室內(nèi)空氣溫度相同,為26℃,室外環(huán)境溫度為35℃。壓縮機的功率為207kw,系統(tǒng)的制冷量為l200kw。將上述數(shù)據(jù)代入式(5)中計算可得:ηex=0.147。

若該車站采用傳統(tǒng)集中式水冷中央空調(diào)系統(tǒng),冷水機組的蒸發(fā)溫度約為5℃,壓縮機的功率為226kw,系統(tǒng)制冷量為1200kw。為了便于比較,室內(nèi)空氣溫度和室外環(huán)境溫度均與前者一致,本次計算不考慮制冷劑與冷凍水、冷凍水與空調(diào)循環(huán)空氣的換熱損失,根據(jù)式(5)計算可得:ηexl=0.056。若考慮實際換熱過程中的熱損失,ηexl將會更小。

對比兩種空調(diào)系統(tǒng)的?效率,顯而易見,直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)的?效率值更大。

4結(jié)語

通過對直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)進行推演,制冷劑的蒸發(fā)溫度越高,系統(tǒng)?效率值越大。地鐵站直膨式蒸發(fā)冷凝空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)集中式水冷中央空調(diào)系統(tǒng)相比,減少了換熱循環(huán)次數(shù),提高了制冷劑的蒸發(fā)溫度,提高了?效率值,冷量利用更加合理。