鼓风式冷却塔在地铁车中的应用

鼓风式冷却塔在地铁车中的应用

贺杜

广州地铁设计研究院有限公司

随着我国城市经济总量和规模的不断扩大，城市交通压力也越来越大，地铁作为一种有效缓解城市拥堵的出行方式，得到了国家的大力扶植。但是随着城市轨道管网密度的增加，越来越多的地铁车站设置在城市建筑密集区，车站冷却塔的设置就变得越来越困难。本文通过比较针对这一问题的不同改进措施，结合鼓风式冷却塔设计实例，给出鼓风式冷却塔在地铁车站应用的可行性及优化改进建议。

近年来随着地铁环评要求的提高，在室外地面设置冷却塔的方式在城市核心区已经不能满足城市建设的需求。各城市地铁由此采用了各种措施来应对这一趋势，主要方式分为以下几种。

1、蒸发式冷凝空调机组

蒸发式冷凝空调机组以空气和水为冷却介质，利用水的蒸发潜热带走气态制冷剂的冷凝热，其制冷效率（COP）介于传统水冷和风冷之间[1]。

现阶段在北京、上海、重庆等地铁车站均有应用。虽然此种方案地面无需设置冷却塔，但在蒸发循环冷却水在长期使用后，换热器表面会有严重的水垢产生，即使是采用水循环处理机组，依然无法得到有效的解决。这一现象严重影响了冷冻水的出水温度，距离成熟运用还需要在更多的车站和更长久的实践。

2、集中供冷

集中供冷主要方式为冷却水集中供水及冷冻水集中供水，通过在地铁线路某一区域集中设置冷却塔或者大型冷站来满足一条线路所有或者部分车站的冷却水或冷冻水供应。集中供冷具有能效高、环境热污染小等特点[3]广州地铁二号线、成都地铁四号线一期采用了上述两种集中供冷系统。在实际的应用过程中，这种方式存在水系统分配控制模式较复杂，水系统输送能耗较大的问题，所以在后续其他线路车站空间条件能满足设置冷水机组的前提下，逐渐采用了常规的单站制冷模式。

3、冷却塔设置在上盖物业

地铁上盖物业是近年来随着地铁线网延伸和城市中心综合体结合而成的产物。城市中心相较于城郊无法提供满足设置冷却塔的位置，在放置冷却塔时就可以充分的结合地铁上盖物业，将上盖物业和地铁空调系统冷却塔设置在上盖物业裙楼。一方面既解决了地铁冷却塔的设置问题，另一方面，也减小了冷却塔对城市形象造成的影响。但是这种“结合”对上盖物业的形式以及车站和上盖物业的空间布局有较高的要求。所以各城市线网中采用的相对较少。

4、鼓风式冷却塔

冷却塔按照抽风方式不同可分为抽风式与鼓风式两种，前者利用抽风机创造流动空气，后者在进风口处安装鼓风机强制空气流动。抽风机使塔内呈负正压状态，有利于水蒸发。鼓风机正好相反，鼓风式冷却塔主要应用于小型核电站冷却塔或水对风机有侵蚀性的冷却塔[4][5]。抽风式冷却塔在民用建筑及地铁车站中应用较多。近年来随着对地铁环评要求的提高，各地区城市规划部门对地铁沿线设置地面式冷塔的要求越来越高，冷却塔设置方式也由以前的地面式，逐渐演变成半地下式以及全地下式。半地下式及全地下式由于冷却塔两侧进风口位于水平地面以下，进风口与两侧墙体的距离至少需要保证是冷却塔宽度的2.5倍以上才能保证冷却效果，但在实际应用中往往由于地面条件的限制，比较难以满足这个距离要求。最后使得抽风式冷却塔冷却效果反而不佳。

鼓风式冷却塔技术存在已久，但是应用到地铁空调系统还是近几年全国各大城市大力发展地铁产生的结果。在最初的应用中的由于条件不够成熟也产生了一些问题：（1）在设计之初，地铁排风井只考虑了鼓风式冷却塔的出风所需面积，并未真正的去校核整个安装空间的土建预留条件，使得最后虽然排风井面积足够满足冷却塔排风风量，但是由于鼓风式冷却塔排风口上部空间高度狭窄，鼓风式冷去塔出风口的高温高湿空气无法顺利从排风井排出，一遇到土建壁面就容易产生水珠，导致整个排风井的热湿条件极为恶劣。使得车站内部排风也无法顺利排出车站，导致整个冷却水系统换热效率低下；（2）另一个较容易产生问题的地方就是冷却塔与冷却水泵的相对高度满足不了汽蚀余量要求，使得整个冷却水系统不能正常的运行，从而使得整个车站空调系统不能正常运行。

针对上述问题，对以后涉及到鼓风式冷却塔在地下车站应用时提出几点优化性改进建议：（1）、在决定采用鼓风式冷却塔时，就应该在初设阶段与土建专业密切配合，预留够冷却塔所需安装空间，保证整个冷却塔出风口大部分面积能够在排风井投影线下方。保证鼓风式冷却塔出风排风能够顺利排出地面；（2）在地下两层车中采用鼓风式冷却塔一定要保证冷却塔积水盘与冷却水泵的高差，可以通过抬高冷却塔或者将冷水机房设置在站台的措施来保证高差；（3）对于地下三层车站，应尽可能将鼓风式冷却塔设置在站厅层，减小冷却塔出风口与地面之间的高差，降低排风阻力。同时应优先考虑将冷水机房设置在设备层，保证冷却塔积水盘和冷却水泵高差；（4）对于条件实在太差的车站，如果需要采用鼓风式冷却塔，应设置能够保证冷却塔出风气流顺畅，及时排除车站的措施，例如加装工业风扇或导流风机等措施。

5、结语

综上所述，随着地铁空调系统的不断发展，各种形式的空调系统也越来越多的应用到不同样式的地铁车站中来满足各车站空调系统的需求，各空调系统的优缺点也在地铁空调系统中运行的过程中被放大或缩小，这就客观上加大了各种形式空调系统在地铁中应用的选择难度。本文通过对地铁空调系统几种形式的分析、研究结合作者本身在设计过程中遇到的各种问题，总结了冷水系统的优缺点，尤其对鼓风式冷却塔在地下车站的应用中出现的问题提出了自己的一些解决思路，希望之后的设计人员能够从中有所收获。在今后的设计中能够更全面的结合车站空间的优劣势，结合城市的本身建设环境，从中找出最佳的地铁空调设计方案。为整个地铁事业的蓬勃健康发展贡献自己的一份力量。

参考文献

[1]朱金鸣曾振威蒸发式冷凝机组的性能分析（建筑热能通风空调）.

[2]李红莉鼓风式机械通风冷却塔空气动力特性数值模拟研究.

[3]付强集中供冷系统在广州地铁二号线的应用.

[4]赵顺安鼓风式机械通风冷却塔空气动力特性数值模拟研究.

[5]毋飞翔、赵顺安鼓风式机械通风冷却塔空气动力特性数值模拟研究.