地铁车站首次采用温湿度独立调节空调系统研究_杨子啸.pdf

LOW CARBON WORLD 2022/11地铁车站首次采用温湿度独立调节空调系统研究杨子啸（中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031）【摘要】简要分析了传统空调方式的弊端，并基于青岛“温度不高、湿度大”这一气候特点，在青岛地铁2号线一期工程麦岛站试点中采用了温湿度独立调节空调系统。通过探讨青岛地铁采用温湿度独立调节空调系统的必要性以及后续现场实测可知，该系统能够很好地适应青岛的实际气候特点，在空调季麦岛站公共区及设备房的相对湿度均低于其他车站。【关键词】青岛；温湿度独立调节空调系统；运行机制【中图分类号】U231.4【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）11-0151-031研究背景当前普遍使用的空调系统都应用冷凝的方式处理空气，所产生的热量与含湿量也使用同样的方法处理，然而冷凝方式存在一定的弊端，具体如下：冷凝除湿需要冷媒温度处于运行空间露点温度以下，而温度的降低仅需冷媒温度比运行空间干球温度低即可，在这种情况下使用冷凝方式必定导致能源的无辜耗费。该模式下温度的降低和含湿量的祛除是耦合反应，无法同步对屋内的湿度与温度进行精准管控，常常产生温度过低、湿度较大等情况1。此外，应用冷凝方式去除含湿量所形成的冷凝水较易导致病菌、霉菌等物质的产生，会影响到空调送风的质量。温湿度独立调节空调系统是一种处理上述弊病的科学方法，其运行原理主要是分别把湿与热加以处理，使用转轮、溶液等方法去除含湿量，依托高温冷源对屋内温度进行管控。该空调系统要求冷源温度达到一定的高度，不但可以大幅提升制冷机组的工作效率，还能够为江河水、地下水等冷源的运用奠定基础，实现能源节省的目标2-3。1.1青岛市气象条件分析依据 公共建筑节能设计标准（GB 501892005）表 4.2.1 可知，青岛属于寒冷地区，温度偏低。从地理角度来看，青岛地处北温带季风区域，具有海洋性气候特点。夏季湿度大、雨水多、温度高，然而不存在酷暑天气；冬季多风、温度低，但是不存在严寒天气。因南面和黄海相邻，形成了“湿度大、无过高温度与过低温度”的特征。本文选取青岛市 20032008年逐时气象参数进行统计分析，得出以下结论。1.1.1温度不高青岛市 20032008 年月平均温度如图 1 所示。由图 1 可知，青岛年平均温度约为 13，最热月（8 月）平均温度约为 25，最冷月（1 月）平均气温约为 0。在此 6 年的数据样本中，干球温度大于等于 30 的仅 158 h，大于等于 31 的仅 43 h，大于等于 32 的仅 11 h，大于等于 33 的仅 1 h。1.1.2湿度大青岛市 20032008 年月平均相对湿度如图 2所示。由图 2 可知，青岛气候具有湿度大的特征：年湿度均值约为 70%。八成以上的时间湿度均值都在50%以上。49 月的湿度均值都在 65%以上，具体而言，7 月的湿度均值达到了 87%。1.2传统空调方式的不足以前的空调系统使用冷凝方法（使用温度为 7 的冷冻水）去除含湿量，实现温度的降低。该种耦合处置方法存在 3 种问题，分别为耗费能量多、负荷变动适应能力低下、空气质量不理想。历年平均温度/302520151050-51023456789101112200320042005200620072008图1青岛市20032008年月平均温度月份绿色交通151DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.11.039LOW CARBON WORLD 2022/11图3温湿度独立调节空调系统原理湿度控制系统空调设备溶液调湿机组新风末端装置送风口车站内环境控制控制车站内湿度与 CO2浓度、异味等温度控制系统高温冷源水干盘管控制车站内温度1.3温湿度独立调节空调系统运行机制温湿度独立调节空调系统是对传统空气处置方法的革新，从根本上改变了传统空调使用温度较低的水同步处置湿负荷与热负荷的设计思想。该系统使用温度较高的冷水对余热进行处理，将盐溶液作为重要物质对湿度进行调节，不但节省了大部分能源，还提升了系统适应温度变动情况的能力，能够全方位调控温度与湿度，同时也能够大幅提升空调送风的质量，有效解决传统空调系统存在的弊病。温湿度独立调节空调系统原理如图 3 所示4-5。以热泵式溶液全空气机组为例，其主要工作原理如下：新风进入热泵式溶液全空气机组后，先与排风进行全热回收并被初步降温除湿，然后进入调湿单元进一步处理至低湿状态。干燥的新风与回风混合，进入调温单元（干盘管），使用高温冷水机组提供的 14/19 冷水降温至送风状态点。溶液调湿机组承担全部新风负荷和室内湿负荷，调节送风含湿量，同时也可承担部分室内显热负荷；高温冷水机组承担大部分的室内显热负荷，调节室内温度。2青岛地铁采用温湿度独立调节空调系统的必要性青岛“无极端天气、湿度长年偏高”的气候特征让空调系统所具有的能量耗费多、适应能力低下的弊病更加显著。使用冷凝除湿的情况下，冷负荷一般包含新风负荷、室内负荷、再热负荷等。具体而言，再热负荷通常使用露点送风方式，所占比例较小，可忽略不计；新风负荷因新风占比较大，一般在 30%50%，为此新风负荷大多数是用来降低含湿量的潜热负荷。该地区轨道交通车站公共区，室外干球温度是 28 左右，通常情况下站厅设计为 29，站台为28，公共区回风混合后的干球温度处于 28.428.6，由此可知其新风负荷中的显热部分所占比例较小。3系统实施情况麦岛站是青岛地铁 2 号线一期工程的第 10 个车站，位于香港中路，为岛式暗挖车站，该站空调系统试点采用了温湿度独立调节空调系统，主要由热泵式溶液空调机组、高温冷水机组、干盘管组成。3.1系统设置车站公共区通风空调系统由热泵式溶液全空气机组、回/排风机、排烟风机等设备以及相关的辅助设备组成，分别设置于 A、B 两端通风空调机房内，各负担半个车站的负荷。模式转换按焓值和温度控制：当站外空气焓值大于车站空调大系统回风焓值时，空调系统采用小新风加一次回风运行，新风经机组除湿段除湿后，与一次回风在混合室混合，经机组表冷器冷却后送出。当站外空气焓值小于或等于车站空调大系统回风焓值，且站外空气温度大于空调送风温度时，采用全新风空调运行，一部分新风经机组除湿段除湿后，与另一部分新风在混合室混合，经机组表冷器冷却后送出至空调区域。当站外空气温度低于空调送风温度时，水系统停止运行，采用全新风空调运行，一部分新风经机组除湿段除湿后，与另一部分新风在混合室混合后直接送出至空调区域。在小新风以及全新风工况下，温湿度独立调节空调系统分别控制温度和湿度这两个参数：根据室内的干球温度调节热泵式溶液全空气机组干盘管段回水管上的电动二通阀。根据室内 CO2浓度自动调节新风量，根据室内相对湿度调整新风送风含湿量。温湿度独立调节空调系统的空气处理过程如图 4所示1。对于空调房间，空调季节室外新风采用独立的热泵式溶液调湿新风机组单独处理新风，进行空调系统的温湿度独立控制。在过渡季，满足室内温湿度的情况下，可不开启热泵式溶液调湿新风机组，新风由单独设置的小新风直接送至室内。热泵式溶液调湿新风机组负担车站 A、B 端设备管理用房的新风。设备用房的空调负荷以显热为主，由设置于两端通图2青岛市20032008年月平均相对湿度历年平均月份200820072006200520042003121110987654321050657060557580859095100相对湿度/%绿色交通152LOW CARBON WORLD 2022/11图5现场溶液调湿机组图6现场高温冷水机组图4温湿度独立调节空调系统的空气处理过程干球温度 t/1520253035810121416182022含湿量 d/（g kg-1）混风点N 室内点W 新风M 送风点L 溶液除湿点O相对湿度为 100%的相对湿度线风空调机房内的干式盘管空调柜机负担，两端管理用房内设置干式风机盘管机组，用于处理室内余热。现场溶液调湿机组如图 5 所示。现场高温冷水机组如图 6 所示。3.2现场实测情况2020 年 78 月，正是青岛最热最湿的季节，本文对公共区及典型设备用房进行了相对湿度现场实测，对比情况如图 7、图 8 所示。由图 7、图 8 可以看出，设置了温湿度独立调节空调系统的麦岛站的公共区、设备房相对湿度均低于设置常规空调系统的海游路站。4结语本文结合青岛地区室外气象参数“温度不高、湿度大”这一特点，在青岛地铁 2 号线一期工程麦岛站试点采用了温湿度独立调节空调系统。通过实施必要性分析及后续现场实测，得出以下结论。（1）温湿度独立调节空调系统的使用必须结合当地的气象参数进行分析。（2）温湿度独立调节系统能够很好地适应青岛的实际气候特点。参考文献1 侯喜快，刘伊江，李俊飞.青岛某地铁车站温度湿度独立控制空调系统全年能耗分析J.暖通空调，2013，43（9）：91-95.2 刘拴强，刘晓华，江亿.温湿度独立控制空调系统在医院建筑中的应用J.暖通空调，2009，39（4）：68-73.3 刘晓华，江亿.温湿度独立控制空调系统M.北京：中国建筑工业出版社，2006：15-19.4 潘云钢，刘晓华，徐稳龙.温湿度独立控制（THIC）空调系统设计指南M.北京：中国建筑工业出版社，2016：47-525 易晓勤.温湿度独立控制空调系统在地铁车站的应用J.暖通空调，2010，40（7）：19-21，14.作者简介：杨子啸（1978），男，汉族，湖南邵阳人，本科，高级工程师，主要从事城市轨道交通工程设计工作。图7公共区相对湿度实测数据公共区实测湿度/%505560657075808590957.217.227.237.247.257.267.277.287.297.37.318.38.48.58.68.78.88.98.178.198.18.28.18海游站厅海游站台麦岛站厅麦岛站台日期图8典型设备房相对湿度实测数据部分设备房实际湿度/%50556065707580859095麦岛 0.4 kV 开关柜室麦岛综合监控设备室海游通风空调电控室海游蓄电室7.217.227.237.247.257.267.277.287.297.37.318.18.28.38.48.58.68.78.88.98.178.198.18日期绿色交通153